作为一名电源研发工程师，自然经常与各种芯片打交道，但有的工程师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。这样应用上并没问题，却忽略了技术细节，不利于自身技术成长积累经验。

  笔者遍查资料，也依旧是一头雾水，大写的懵！这时候从各种平台资料中发现了这篇电源芯片内部结构详解，今天就和大家伙儿一起来分享学习一下！

  本文将以一颗DC/DC降压电源芯片LM2675为例，尽量详细讲解下一颗芯片的内部设计原理和结构。

  这个图包含了电源芯片的内部全部单元模块。BUCK结构我们已很理解了，这个芯片的基本功能是实现对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。

  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、稳定性高、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：

  可以看出是指数关系，Is是反向饱和漏电流(即PN结因为少子漂移造成的漏电流)。这个电流和PN结的面积成正比!即Is-S。

  这样我们得到基准Vref=I2*R2+Vbe2，关键点：I1是正温度系数的，而Vbe是负温度系数的，再通过N值调节一下，可实现很好的温度补偿!得到稳定的基准电压。N一般业界按照8设计，要想实现零温度系 数，根据公式推算出Vref=Vbe2+17.2*VT，所以大概在1.2V左右的，目前在低压领域能轻松实现小于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。简图就是这样，运放的设计当然也非常讲究：

  我们知道开关电源的基础原理是利用PWM方波来驱动功率MOS管，那么自然需要产生振荡的模块。原理很简单，是利用电容的充放电形成锯齿波和比较器来生成占空比可调的方波。

  这里有个技术难点是在电流模式下的斜坡补偿，针对的是占空比大于50%时为了稳定斜坡，额外增加了补偿斜坡。

  误差放大器的作用是为了能够更好的保证输出恒流或者恒压，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：

  这里的其他模块电路是为了能够更好的保证芯片能战场和可靠的工作，虽不是原理的，却实实在在的在芯片的设计中占了重要位置。

  启动模块的作用自然是来启动芯片工作的。因为上电瞬间有可能所有晶体管电流为0并维持不变，这样没法工作。启动电路的作用就是相当于“点个火”，然后再关闭。如图：

  上电瞬间，S3自然是打开的，然后S2打开能打开M4 Q1等，就打开了M1 M2，右边恒流源电路正常工作，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。

  输入电压太高时，通过开关管来关断输出，避免损坏，通过比较器可设为一个保护点。

  温度保护是为避免芯片异常高温损坏，原理最简单。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。

  在譬如输出短路的情况下，通过检验测试输出电流来反馈控制输出管的状态，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比来采样，一般采样管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控制MOS管的驱动。

  在IC内部，如何来设置每一个晶体管的工作状态，是通过偏置电流。恒流源电路能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提供电流，电流镜是通过晶体管的面积来设置需要的电流的大小，类似镜像。

  以上大概就是一颗DC/DC电源芯片LM2675的内部全部结构，也算是把以前的皮毛知识复习了一下。

  当然，这只是原理上的基本架构，具体设计时还应该要考虑非常多的参数特性，需要作大量的分析和仿真，而且必须要对半导体工艺参数有很深的理解，因为制造工艺决定了晶体管的很多参数和性能，一不小心出来的芯片就有缺陷甚至根本没法应用。整个芯片设计也是一个很复杂的系统工程，要求很好的理论知识和实践经验。

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