一种三相无刷电机驱动芯片的设计

摘要

伴随着电力电子技术的发展和集成电路制造工艺的不断进步和快速的发展，作为电力电子技术的重要基础的功率半导体的应用范围也在不断的扩展，广泛应用在电网、家用电器、交通运输、通信和国防等战略性产业和社会生活的方方面面。经过数十年的发展，功率器件经历了以双极型三极管（BJT）和可关断晶闸管（GTO）为代表的流控器件、以功率MOSFET和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）为代表的压控器件再到以新型半导体材料为基础的SiC和GaN等新型功率器件的发展历程，与之相应的是功率驱动电路也从最早的由分立器件搭建在PCB上的板级电路发展为现在的将驱动电路和功率器件集成到一起的智能功率集成电路（SPIC）。相信在日益强调节能环保的今天，功率半导体一定能得到更快的发展和更加广阔的应用前景。 本文所涉及的三相无刷电机驱动电路是基于华润上华（CSMC）1μm600V BCD工艺平台进行设计的。在该芯片的接口电路模块中引入了施密特触发器，从而实现了对3.3V CMOS电平和5V TTL电平兼容的设计要求，电源电压幅值范围为10~20V，直流供电电压最高可达600V。集成了欠压保护、过流保护、过温保护等保护模块，同时集成有故障检测逻辑模块，大大提高了芯片在特殊情况下的安全性和可靠性。电路采用高压电平位移隔离技术并结合半桥驱动技术来实现高压驱动。 本文首先介绍了三相无刷驱动电路各个子模块的工作原理和作用，并使用Synopsys公司的HSPICE仿真工具进行必要的仿真测试，通过仿真测试，验证子模块和整体电路在不同的工艺角和温度仿真条件下是否能正常工作，仿真结果是否符合电路设计指标要求。接着介绍驱动电路版图的设计。最后通过实际的测试电路对流片结果进行测试。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1课题的研究背景及研究意义

1.2国内外发展现状及趋势

1.3 本文主要内容

第二章 IGBT的工作原理及驱动芯片设计

2.1 IGBT器件结构

2.2 IGBT工作原理

2.3.1 IGBT的静态特性

2.3.2 IGBT动态特性

2.4 IGBT的擎住效应（闩锁效应）

2.5 半桥电路误触发模型分析

2.5.1 dv/dt误触发模型分析

2.5.2改善dv/dt对半桥电路影响的解决方案及结论

2.6 IGBT驱动电路系统介绍

2.7 本章总结

第三章 驱动电路子模块的设计与仿真验证

3.1 接口电路

3.1.1接口电路的工作原理分析

3.1.2接口电路仿真验证

3.2 脉冲产生电路

3.2.1 脉冲产生电路的工作原理分析

3.2.2 脉冲产生电路仿真验证

3.3 过温保护模块

3.3.1 过温保护模块的工作原理分析

3.3.2过温保护模块仿真验证

3.4 过流保护模块

3.4.1过流保护模块工作原理分析

3.4.2过流保护模块仿真验证

3.5 欠压保护模块

3.5.1欠压保护模块工作原理分析

3.5.2欠压保护模块仿真验证

3.6 输出驱动模块

3.6.1输出驱动模块工作原理分析

3.6.2输出驱动模块仿真验证

3.7 本章小结

第四章 驱动电路整体仿真验证

4.1 动态电学特性仿真电路的搭建和仿真

4.2 静态电学特性仿真电路的搭建和仿真

4.3 驱动电路的驱动能力仿真电路的搭建和仿真

4.5 本章小结

第五章 驱动电路版图介绍和流片测试

5.1 驱动芯片版图介绍

5.2 驱动芯片流片测试

5.2.1 芯片封装

5.2.2 芯片测试结果

5.3 本章小结

第六章 总结

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果