3D打印头用温度自适应驱动电路设计

摘要

3D（Three Dimension）打印作为一种绿色环保、高速、高精度的增材制造技术，在纺织、陶瓷、电子和医疗等领域，发挥着俞加显著的作用。3D打印头作为3D打印的执行单元，是3D打印系统的核心。传统3D打印头用驱动电路，在高温环境中，其驱动能力会退化，无法满足打印头电流阈值的要求，导致打印头性能退化。因此，3D打印头用驱动电路亟需实现温度自适应，提升3D打印头性能。 本文首先基于3D打印头的工作原理，分析打印头电流阈值与驱动电流的相对关系对打印头性能和寿命的影响。在此基础上，本文设计了一种温度自适应驱动电路，其由输出级模块、温度检测模块和参考电压模块共同构成，其中输出级模块的功率管分为主功率管和辅助功率管，通过温度检测模块监测主功率管温度进而生成温度检测电压Vtemp，与参考电压模块所产生的基准值Vref对比，当主要功率管温度高于设定的温度阈值T1后，驱动电路自动开启辅助功率管支路，补偿输出级的电流能力，维持驱动电流大于打印头电流阈值。 论文所设计的驱动电路基于1μm40V工艺进行版图设计和仿真验证。后仿真结果表明，驱动电流在0~100℃温度范围内始终大于打印头电流阈值，其均值为45.61mA，驱动电流最大偏移率仅2.26%，标准差偏移率压缩至1.13%，静态电流小于100μA，实现了驱动电路的温度自适应。

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Abstract

第一章 绪论

1.1 论文背景及研究意义

1.1.1 3D打印概述

1.1.2 3D打印头用驱动技术研究意义

1.2 3D打印头用驱动技术概述

1.2.1 3D打印头用驱动技术国内外研究现状

1.2.2 3D打印头用驱动技术发展趋势

1.3 论文研究内容及设计指标

1.3.1 研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文组织结构

第二章 3D打印头驱动原理

2.1 3D打印头简介

2.1.1 3D打印头工作原理

2.1.2 3D打印头驱动特性

2.2 功率管简介

2.2.1 功率管结构

2.2.2 温度对功率管影响

2.3 温度自适应驱动概要

2.4 本章小结

第三章 3D打印头用驱动技术分析

3.1 3D打印头用驱动技术

3.1.1 高栅压驱动技术

3.1.2 受控电流源驱动技术

3.1.3 温度检测补偿驱动技术

3.2 温度自适应驱动实现原理

3.3 本章小结

第四章 温度自适应驱动技术研究与电路设计

4.1 温度自适应驱动实现策略

4.2 温度自适应驱动电路设计

4.2.1 参考电压生成模块设计

4.2.2 温度检测模块设计

4.2.3 高速判决模块设计

4.2.4 前置驱动设计

4.3 温度自适应功能仿真分析

4.4 本章小结

第五章 电路版图设计与验证

5.1 电路版图设计

5.1.1 工艺简介

5.1.2 驱动电路版图

5.2 后仿真验证与分析

5.2.1 温度自适应电压量验证分析

5.2.2 驱动电流温度稳定性验证分析

5.2.3 静态电流验证分析

5.2.4 仿真验证总结

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

硕士期间取得成果