干貨 教你從電源芯片內部設計,看各個功能是如何實現的


原標題:干貨 教你從電源芯片內部設計,看各個功能是如何實現的
電源芯片的內部設計是一個復雜而精細的過程,它涉及多個功能模塊和電路元件的協同工作。以下是從電源芯片內部設計角度,解析各個功能是如何實現的:
一、基準電壓
類似于板級電路設計的基準電源,芯片內部基準電壓為芯片其他電路提供穩定的參考電壓。這個基準電壓要求高精度、穩定性好、溫漂小。芯片內部的參考電壓又被稱為帶隙基準電壓,因為這個電壓值和硅的帶隙電壓相近,因此被稱為帶隙基準。這個基準電壓是電源芯片正常工作的基礎,它確保了其他電路模塊能夠穩定、準確地工作。
二、振蕩器OSC和PWM
開關電源的基本原理是利用PWM(脈寬調制)方波來驅動功率MOS管。因此,電源芯片內部需要有一個振蕩器OSC來產生振蕩信號。這個振蕩信號經過PWM電路處理后,形成占空比可調的方波,用于驅動功率MOS管的通斷。PWM電路的設計需要考慮到電流模式下的斜坡補償,以確保在占空比大于50%時,斜坡能夠保持穩定。
三、誤差放大器
誤差放大器的作用是為了保證輸出恒流或者恒壓。它通過對反饋電壓進行采樣處理,將采樣結果與基準電壓進行比較,產生誤差信號。這個誤差信號經過放大后,用于調節驅動MOS管的PWM信號,從而實現對輸出電壓或電流的控制。誤差放大器的設計需要考慮到其增益、穩定性和響應速度等參數,以確保電源芯片的輸出能夠穩定、準確地跟隨負載的變化。
四、驅動電路
驅動電路是電源芯片中用于驅動功率MOS管的部分。它通常由很大面積的MOS管組成,具有強大的電流能力。驅動電路的設計需要考慮到MOS管的開關速度、損耗和可靠性等因素,以確保功率MOS管能夠高效、穩定地工作。
五、其他功能模塊
除了上述基本功能模塊外,電源芯片內部還包含了一些其他重要的功能模塊,如啟動模塊、過壓保護模塊(OVP)、過溫保護模塊(OTP)、過流保護模塊(OCP)等。這些模塊的設計都是為了確保電源芯片能夠正常、可靠地工作。
啟動模塊:用于啟動芯片工作。在上電瞬間,所有晶體管電流可能為0并維持不變,無法正常工作。啟動模塊的作用就是相當于“點個火”,然后再關閉。
過壓保護模塊(OVP):當輸入電壓太高時,通過開關管來關斷輸出,避免損壞。通過比較器可以設置一個保護點,當輸入電壓超過這個保護點時,過壓保護模塊就會觸發,關斷輸出。
過溫保護模塊(OTP):為了防止芯片異常高溫損壞,利用晶體管的溫度特性然后通過比較器設置保護點來關斷輸出。
過流保護模塊(OCP):在輸出短路的情況下,通過檢測輸出電流來反饋控制輸出管的狀態,可以關斷或者限流。利用晶體管的電流和面積成正比來采樣,一般采樣管的面積會是輸出管面積的千分之一,然后通過電壓比較器來控制MOS管的驅動。
六、晶體管工作狀態設置
在電源芯片內部,每一個晶體管的工作狀態都是通過偏置電流來設置的。恒流源電路可以說是所有電路的基石,帶隙基準也是因此產生的。然后通過電流鏡來為每一個功能模塊提供電流,電流鏡就是通過晶體管的面積來設置需要的電流大小,類似鏡像。
綜上所述,電源芯片的內部設計涉及多個功能模塊和電路元件的協同工作。這些功能模塊和電路元件共同實現了電源芯片的穩壓、恒流、保護等功能,確保了電源芯片能夠正常、可靠地工作。
責任編輯:David
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