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  产品 方案

一文相识 DC-DC电源IC外部 结构

来 源:  时 间:2021-11-01

本文以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例,详细解说 下一颗芯片的外部 设计原理和结构

LM2675-5.0的典型运用 电路

翻开 LM2675的DataSheet,首先看看框图


     

这个图征求 了电源芯片的外部 一切 单元模块,BUCK结构 色多多视频app安卓无限观看已经很明白 了,这个芯片的主要 成效 是完成 对MOS管的驱动,并经过 FB脚检测输入 形状 来构成 环路控制PWM驱动功率MOS管,完成 稳压或许 恒流输入 。这是一个非同步形式 电源,即续流器件为外部 二极管,而不是外部 MOS管。

下面 我们 一同 来剖析 各个成效 是怎样 完成 的


一、基准电压
相似 于板级电路设计的基准电源,芯片外部 基准电压为芯片其他电路提供动摇 的参考电压。这个基准电压要求高精度、动摇 性好、温漂小。芯片外部 的参考电压又被称为带隙基准电压,因为 这个电压值和硅的带隙电压相近,是以 被称为带隙基准。这个值为1.2V左右,如下图的一种结构 :

这里要回到课本讲公式,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结因为 少子漂移酿成的 泄电 流)。这个电流和PN结的面积成正比 !即Is->S。
云云 就可以 推导出Vbe=VT*ln(Ic/Is) !
回到上图,由运放剖析 VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为 M3和M4的栅极电压相反 ,是以 电流I1=I2,以是 推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比!
回到上图,由运放剖析 VX=VY,那么就是I1*R1+Vbe1=Vbe2,这样可得:I1=△Vbe/R1,而且因为 M3和M4的栅极电压相反 ,是以 电流I1=I2,以是 推导出公式:I1=I2=VT*ln(N/R1) N是Q1 Q2的PN结面积之比!
这样色多多视频app安卓无限观看最后 取得 基准Vref=I2*R2+Vbe2,关键 点:I1是正温度系数的,而Vbe是负温度系数的,再经过 N值调治一下,可是完成 很好的温度赔偿!取得 动摇 的基准电压。N一样往常 业界凭证 8设计,要想完成 零温度系 数,凭证 公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT,以是 或许在1.2V左右的,如今 在高压 范围 可以完成 小于1V的基准,而且除了温度系数尚有 电源纹波抑制PSRR等效果 ,限于水平 没法深化 了。最后 的简图就是这样,运放的设计虽然也很是考究 :


 如图温度特征 仿真:

二、振荡器OSC和PWM
色多多视频app安卓无限观看知道 开关电源的基底子 理是运用 PWM方波来驱动功率MOS管,那么自然需求 发作 振荡的模块,原理很简朴 ,就是运用 电容的充放电构成 锯齿波和竞赛 器来天生 占空比可调的方波。


 最后 详细的电路设计图是这样的:

这里有个手艺 难点是在电流形式 下的斜坡赔偿,针对的是占空比大于50%时为了动摇 斜坡,特殊 增添 了赔偿斜坡,我也是深刻 相识 ,有兴味 同砚 可详细学习。
三、误差缩小 器
误差缩小 器的作用是为了保险 输入 恒流或许 恒压,对反应 电压举行 采样处置赏罚 。从而来调治驱动MOS管的PWM,如简图:

四、驱动电路
最后 的驱动局限 结构 很简朴 ,就是很大面积的MOS管,电流才干 强。

五、其他模块电路
这里的其他模块电路是为了保险 芯片可以 正常和牢靠 的事情,虽然不是原理的焦点,却实着实 在的在芯片的设计中占有 主要 位置 。
详细 说来有几种成效 :
1、启动模块启动模块的作用自然是来启动芯片事情的,因为 上电瞬间 有能够 一切 晶体管电流为0并维持动摇 ,这样没法事情。启动电路的作用就是相当于“点个火”,然后再封锁 。如图:
上电瞬间 ,S3自然是翻开 的,然后S2翻开 可以翻开 M4 Q1等,就翻开 了M1 M2,左边 恒流源电路正常事情,S1也翻开 了,就把S2给封锁 了,完成启动。若是 没有S1 S2 S3,瞬间 一切 晶体管电流为0。


2、过压掩护模块OVP很好明白 ,输入 电压太高时,经过 开关管来关断输入 ,阻止 损坏,经过 竞赛 器可以设置一个掩护点。

3、过温掩护模块OTP温度掩护是为了防止 芯片异常高温 损坏,原理竞赛 简朴 ,运用 晶体管的温度特征 然后经过 竞赛 器设置掩护点来关断输入 。


 

4、过流掩护模块OCP在譬如输入 短路的情形 下,经过 检测输入 电流来反应 控制输入 管的形状 ,可以关断或许 限流。如图的电流采样,运用 晶体管的电流和面积成正近来 采样,一样往常 采样管Q2的面积会是输入 管面积的千分之一,然后经过 电压竞赛 器来控制MOS管的驱动。


    尚有 一些其他辅佐 模块设计。

六、恒流源和电流镜
IC外部 ,怎样 来设置每个 晶体管的事情形状 ,就是经过 偏置电流,恒流源电路可以说是一切 电路的基石,带隙基准也是是以 发作 的,然后经过 电流镜来为每个 成效 模块提供电流,电流镜就是经过 晶体管的面积来设置需求 的电流巨细,相似 镜像。

 

七、小结
以上或许就是一颗DC/DC电源芯片LM2675的外部 一切 结构 ,也算是把以前的皮毛知识温习 了一下。虽然,这只是原理上的基本 架构,详细 设计时还要思量 很是多的参数特征 ,需求 作少量 的剖析 和仿真,而且必需 要对半导体工艺参数有很深的明白 ,因为 制造工艺决议 了晶体管的许多参数和功用 ,一不小心出来的芯片就出缺 陷甚至基础 没法运用 。整个芯片设计也是一个竞赛 严重 的系统 工程,要求很好的实际 知识和实际 履历 。

 



 

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