探索电源芯片内部的隐秘

 电源管理芯片(Power Management Integrated Circuits),是在电子设备系统中担负起对电能的变换、分配、检测及其他电能管理的职责的芯片.主要负责识别CPU供电幅值,产生相应的短矩波,推动后级电路进行功率输出。

 
作为一名硬件工程师,自然经常与各种芯片打交道,可能有的同学对芯片的内部并不是很了解,不少同学在应用新的芯片时直接翻到Datasheet的应用页面,按照推荐设计搭建外围完事。如此一来即使应用没有问题,却也忽略了更多的技术细节,对于自身的技术成长并没有积累到更好的经验。作为曾经短暂搞过IC设计也算流过片的一名硬件工程师,今天以一颗DC/DC降压电源芯片为例,尽量详细讲解下一颗芯片的内部设计原理和结构,IC行业的同学随便看看就好,欢迎指教!
 
这是一颗电机驱动芯片的内部版图(类比如PCB的LayOut)颜色是根据不同材质结构染的色。
探索电源芯片内部的隐秘
可以看到芯片的内部结构也和PCB设计一样,模块结构布局清晰明了,接下来我们看看芯片的内部线路图是如何设计的,和板级的线路设计有何异同。以TI 的一颗常用芯片LM2675为例,打开DataSheet,首先看框图:
探索电源芯片内部的隐秘
这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块,BUCK结构我们已经很理解了,这个芯片的主要功能是实现对MOS管的驱动,并通过FB脚检测输出状态来形成环路控制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。
 
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参考电压。这个基准电压要求高精度、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,因为这个电压值和硅的带隙电压相近,因此被称为带隙基准。这个值为1.2V左右,如下图的一种结构:
探索电源芯片内部的隐秘