作为一名R&D电源工程师，我经常和各种芯片打交道。一些工程师可能不太了解芯片的内部。很多同学在应用新芯片的时候，直接翻到数据表的应用页面，按照推荐的设计搭建外围。这样即使应用没有问题，更多的技术细节被忽略，也没有为自身的技术成长积累更好的经验。今天以一款DC/DC的降压电源芯片LM2675为例，试着详细讲解下一款芯片的内部设计原理和结构。IC行业的同学可以随便看看。欢迎指教！
LM2675-5.0的典型应用电路
打开LM2675的数据手册，先看一下框图。
该图包含电源芯片的所有内部单元模块。我们已经很好地理解了降压结构。该芯片的主要作用是驱动MOS晶体管，通过检测FB引脚的输出状态，形成一个闭环控制的PWM驱动功率MOS晶体管，从而实现稳压或恒流输出。这是一个异步模式电源，即续流器件是一个外部二极管，而不是内部MOS管。
我们来分析一下各个功能是如何实现的。
一.基准电压
类似于板级电路设计的基准电源，芯片内部基准电压为芯片其他电路提供稳定的基准电压。这种基准电压要求精度高、稳定性好、温漂小。芯片内部的基准电压也叫带隙基准电压，因为这个电压接近硅的带隙电压，所以叫带隙基准。该值约为1.2V，如下图所示:
我们回到课本上来讲一下公式，PN结的电流电压公式:
可以看出是指数型的，Is是反向饱和漏电流(即少数载流子漂移引起的PN结漏电流)。这个电流和PN结面积成正比！是->: S .
这样就可以推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is)！
回到上图，根据运放分析，VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，那么我们就可以得到:I1=△Vbe/R1，并且因为M3和M4的栅极电压相同，电流I1=I2，所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1和Q2的PN结面积之比！
回到上图，根据运放分析，VX=VY，那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2，那么我们就可以得到:I1=△Vbe/R1，并且因为M3和M4的栅极电压相同，电流I1=I2，所以推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1和Q2的PN结面积之比！
这样，我们最终得到基准Vref=I2*R2+Vbe2。关键是I1是正温度系数，而Vbe是负温度系数。调整N的值后，可以达到很好的温度补偿！并且获得稳定的参考电压。一般行业都是按照8来设计的。为了实现零温度系数，根据公式计算出Vref=Vbe2+17.2*VT，所以目前大概是1.2V，低压领域可以做到1V以下的基准，除了温度系数，还有电源纹波的PSRR抑制等问题，由于级别原因无法加深。最后一张图是这样的，运算放大器的设计当然很有讲究:
如图温度特性模拟:
二。振荡器OSC和PWM
我们知道开关电源的基本原理是利用PWM方波驱动功率MOS晶体管，所以自然需要一个产生振荡的模块。原理很简单，就是通过电容充放电形成锯齿波，用比较器产生比例可调的方波空。
最终详细的电路设计如下:
这里一个技术难点是电流模式下的斜率补偿，目的是当空的比值大于50%时稳定斜率。我也略知一二，有兴趣的同学可以详细研究一下。
三。误差放大器
误差放大器的作用是对反馈电压进行采样，保证输出恒流或恒压。从而调整驱动MOS管的PWM，如图所示:
四。驱动电路
最后，驱动部分的结构很简单，就是一个大面积的MOS管，电流能力很强。
V .其他模块电路
这里的其他模块电路是为了保证芯片能够正常可靠的工作，虽然不是原理的核心，但是在芯片的设计中确实占有重要的地位。
具体来说，它有几个功能:
1。启动模块
启动模块的作用自然是启动芯片工作，因为上电的一瞬间，有可能所有的晶体管电流都为零，保持不变，所以无法工作。启动电路的作用相当于“点了一把火”，然后关掉。如图所示:
在开机的一瞬间，S3自然开机，然后S2可以打开M4 Q1等。，所以M1 M2是打开的。右边的恒流源电路正常工作，S1导通，S2关断，启动完成。如果没有S1·S2·S3，所有晶体管的瞬时电流为0。
2。过压保护模块OVP
很容易理解，当输入电压过高时，可以通过开关管关断输出，避免损坏，还可以通过比较器设置一个保护点。
3。过温保护模块OTP
温度保护是为了防止芯片被异常高温损坏。原理比较简单。利用晶体管的温度特性，然后通过比较器设置保护点来关断输出。
4.过流保护模块OCP
比如输出短路时，通过检测输出电流可以反馈控制输出管的状态，可以关断或限制电流。如图所示，晶体管的电流采样与面积成正比。一般采样管Q2的面积会是输出管面积的千分之一，然后由电压比较器控制MOS管的驱动。
还有一些其他的辅助模块设计。
六。恒流源和电流镜
在IC内部，如何设置每个晶体管的工作状态是通过偏置电流来实现的。恒流源电路可以说是所有电路的基石，带隙基准也随之产生。然后，利用电流镜为各功能模块提供电流。电流镜用于设置通过晶体管区域的所需电流，类似于镜像。
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