作为一名电源研发工程师，自然常常与各种芯片打交道，可能有的工程师对芯片的内部并不是很理解，不少同学在运用新的芯片时直接翻到Datasheet的运用页面，按照推举设计搭建外围完事。如此一来纵然运用没有问题，却也忽略了更多的技能细节，对付自身的技能发展并没有积累到更好的履历。本日以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例，只管即便详细讲解下一颗芯片的内部设计事理和构造，IC行业的同学随便看看就好，欢迎指教！
LM2675-5.0的范例运用电路
打开LM2675的DataSheet，首先看看框图
这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块，BUCK构造我们已经很理解了，这个芯片的紧张功能是实现对MOS管的驱动，并通过FB脚检测输出状态来形成环路掌握PWM驱动功率MOS管，实现稳压或者恒流输出。这是一个非同步模式电源，即续流器件为外部二极管，而不是内部MOS管。
下面咱们一起来剖析各个功能是怎么实现的
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供应稳定的参考电压。这个基准电压哀求高精度、稳定性好、温漂小。芯片内部的参考电压又被称为带隙基准电压，由于这个电压值和硅的带隙电压附近，因此被称为带隙基准。这个值为1.2V旁边，如下图的一种构造：
这里要回到教材讲公式，PN结的电流和电压公式：
可以看出是指数关系，Is是反向饱和泄电流（即PN结由于少子漂移造成的泄电流）。这个电流和PN结的面积成正比！
即Is->S。
如此就可以推导出Vbe=VTln(Ic/Is) !
回到上图，由运放剖析VX=VY，那么便是I1R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且由于M3和M4的栅极电压相同，因此电流I1=I2，以是推导出公式：I1=I2=VTln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比！
回到上图，由运放剖析VX=VY，那么便是I1R1+Vbe1=Vbe2，这样可得：I1=△Vbe/R1，而且由于M3和M4的栅极电压相同，因此电流I1=I2，以是推导出公式：I1=I2=VTln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比！
这样我们末了得到基准Vref=I2R2+Vbe2，关键点：I1是正温度系数的，而Vbe是负温度系数的，再通过N值调节一下，可是实现很好的温度补偿！
得到稳定的基准电压。N一样平常业界按照8设计，要想实现零温度系数，根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2VT，以是大概在1.2V旁边的，目前在低压领域可以实现小于1V的基准，而且除了温度系数还有电源纹波抑制PSRR等问题，限于水平没法深入了。末了的简图便是这样，运放的设计当然也非常讲究：
如图温度特性仿真：
二、振荡器OSC和PWM
我们知道开关电源的基本事理是利用PWM方波来驱动功率MOS管，那么自然须要产生振荡的模块，事理很大略，便是利用电容的充放电形成锯齿波和比较器来天生占空比可调的方波。
末了详细的电路设计图是这样的：
这里有个技能难点是在电流模式下的斜坡补偿，针对的是占空频年夜于50%时为了稳定斜坡，额外增加了补偿斜坡，我也是粗浅理解，有兴趣同学可详细学习。
三、偏差放大器
偏差放大器的浸染是为了担保输出恒流或者恒压，对反馈电压进行采样处理。从而来调节驱动MOS管的PWM，如简图：
四、驱动电路
末了的驱动部分构造很大略，便是很大面积的MOS管，电流能力强。
五、其他模块电路
这里的其他模块电路是为了担保芯片能够正常和可靠的事情，虽然不是事理的核心，却实实在在的在芯片的设计中霸占主要位置。
详细说来有几种功能：
1、启动模块
启动模块的浸染自然是来启动芯片事情的，由于上电瞬间有可能所有晶体管电流为0并坚持不变，这样没法事情。启动电路的浸染便是相称于“点个火”，然后再关闭。如图：
上电瞬间，S3自然是打开的，然后S2打开可以打开M4 Q1等，就打开了M1 M2，右边恒流源电路正常事情，S1也打开了，就把S2给关闭了，完成启动。如果没有S1 S2 S3，瞬间所有晶体管电流为0。
2、过压保护模块OVP
很好理解，输入电压太高时，通过开关管来关断输出，避免破坏，通过比较器可以设置一个保护点。
3、过温保护模块OTP
温度保护是为了防止芯片非常高温破坏，事理比较大略，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
在譬如输出短路的情形下，通过检测输出电流来反馈掌握输出管的状态，可以关断或者限流。如图的电流采样，利用晶体管的电流和面积成正最近采样，一样平常采样管Q2的面积会是输出管面积的千分之一，然后通过电压比较器来掌握MOS管的驱动。
还有一些其他赞助模块设计。
六、恒流源和电流镜
在IC内部，如何来设置每一个晶体管的事情状态，便是通过偏置电流，恒流源电路可以说是所有电路的基石，带隙基准也是因此产生的，然后通过电流镜来为每一个功能模块供应电流，电流镜便是通过晶体管的面积来设置须要的电流大小，类似镜像。
七、小结
以上大概便是一颗DC/DC电源芯片LM2675的内部全部构造，也算是把以前的皮毛知识复习了一下。当然，这只是事理上的基本架构，详细设计时还要考虑非常多的参数特性，须要作大量的剖析和仿真，而且必须要对半导体工艺参数有很深的理解，由于制造工艺决定了晶体管的很多参数和性能，一欠妥心出来的芯片就有缺陷乃至根本没法运用。全体芯片设计也是一个比较繁芜的系统工程，哀求很好的理论知识和实践履历。末了，学而时习之，不亦说乎！
‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧ END‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧‧
