超声电机驱动IC中的H桥电路设计

摘要

随着微型嵌入式电子设备与高精密机电设备产品的不断发展，对电机与驱动系统的一体化、小型化要求也日益迫切。超声电机具有小体积、高扭矩、响应快等优势，使其成为理想的微型电机，但超声电机对驱动器高输出电压的要求使其驱动电路体积的缩小较难实现。随着高压集成电路工艺的发展以及新型超声电机工作电压的降低，让设计单芯片、无变压器的超声电机驱动成为可能。
　　本研究提出一种用于超声电机驱动IC的H桥电路，该电路基于特征尺寸为0.35μm、最高器件耐压40V的BCD芯片制造工艺，使用高压 LDMOS器件作为功率开关，能够直接驱动工作电压在40V及以内的超声电机。内部集成两个对称的超声电机 H桥驱动电路，输入与输出独立设计，其频率、相位参数可由外部激励源自由调节，满足超声电机对两路相位差90°驱动电压输入的需求，且无需片外器件，最大限度地缩小超声电机驱动系统的体积。所设计的H桥电路采用自适应与固定死区时间相结合的死区时间控制方法，合理设计栅驱动器结构，提升了LDMOS的开关速度。使用了高性能、低功耗的电平位移电路，实现了片内低压逻辑电平向高压栅驱动信号转换的功能，且通过一系列措施优化了电平位移电路的建立时间与稳定性。本 H桥电路使用了无片外输出电容的栅驱动线性稳压器，并借助自适应偏置电流和实时补偿切换技术，提高了其在高瞬态负载电流环境下的相应性能。基于以上优化技术，本 H桥电路可在0~3MHz宽频率范围工作，静态功耗最低仅有80μA。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2超声电机的原理概述

1.3超声电机及驱动电路的发展动态

1.4本文工作内容及结构安排

第二章 H桥电路及其驱动机理

2.1超声电机驱动电路的类型

2.2 H桥电路简介

2.3 H桥中LDMOS及其驱动机理

2.4 超声电机的负载模型

2.5 本章小结

第三章 超声电机驱动IC中的H桥电路的架构与驱动方案设计

3.1 H桥电路的架构设计

3.2自适应死区时间控制

3.3 H桥电路中的多电平电路设计

3.4栅驱动线性稳压器

3.5 本章小结

第四章 超声电机驱动IC中H桥功能模块的实现与仿真

4.1功率LDMOS的参数设计与仿真

4.2具有自适应死区时间的栅驱动器的设计与仿真

4.3栅驱动线性稳压器的设计与仿真

4.4 H桥电路的整体电路与仿真

4.5本章小结

第五章 超声电机H桥驱动芯片的版图、封装与测试

5.1芯片Layout与封装

5.2测试电路及PCB设计

5.3实际芯片测试结果

5.4测试结果分析与测试总结

5.5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