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一种低电压无刷直流振动电机驱动芯片设计

作　者: 吴佩莉
导　师: 方玉明；徐跃
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: CMOS工艺 H桥驱动 PWM控制 启动时间控制电路 死区时间 欠压锁定 过热关断
分类号: TM33
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 14次
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内容摘要


智能功率模块(Intelligent Power Modules,IPM)不仅集成有功率开关器件和栅极驱动电路,还内置欠压、过压、过热、过流等故障检测电路,保障IPM的安全可靠运行及使用寿命。加之IPM具有体积小巧、灵活,使用方便的特点,已经广泛应用在航空航天、汽车电子、工业控制及消费电子等各个领域。本论文设计的电机功率驱动电路,作为一种典型的IPM,可应用于低电压、中小功率场合下无刷直流振动电机系统的驱动。基于PWM控制模式,并采用CMOS制造工艺,工作电源电压范围在2V～4V,工作温度范围在-25℃～125℃之间,具有欠压锁定及过温关断的自检测及保护功能,并设计了安全可靠的高速启动模式和H桥死区时间产生电路来完善电机功能。论文从介绍无刷直流电机的数学模型及电机启动特性出发,给出H桥驱动电路整体设计构思:规划了具体功能模块及各模块之间的逻辑连接,重点设计了启动时间控制电路、PWM控制电路和H桥驱动具体结构三个模块,详细分析了环形振荡器、欠压锁定电路及过热关断电路。完成具体电路的设计后,在CSMC 0. 5?m CMOS工艺下,利用Cadence集成的Spectre仿真器逐一进行电路仿真及结果分析,验证设计的准确性。最后完成整体电路的版图设计并在通过DRC、EXT及LVS后进行电路的后仿真工作,确定了电路设计满足性能要求。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-8
第一章 引言  8-13
  1.1 无刷直流电机概述  8-10
    1.1.1 无刷直流电机发展概况  8-9
    1.1.2 无刷直流电机基本结构及工作原理  9-10
  1.2 无刷直流电机控制技术概述  10-11
    1.2.1 无刷直流电机的驱动控制电路  10-11
    1.2.2 无刷直流电机的控制方式  11
    1.2.3 无刷直流电机的无位置传感器控制  11
  1.3 本论文的主要内容  11-13
第二章 驱动控制电路原理分析与设计  13-24
  2.1 无刷直流电机的驱动控制原理分析  13-17
    2.1.1 无刷直流电机的简化模型  13-14
    2.1.2 电机的动态响应特性  14-15
    2.1.3 电机的PWM 控制原理  15-16
    2.1.4 电机的驱动方式  16-17
  2.2 具体功能模块原理分析与设计  17-23
    2.2.1 功率管器件的选择  17
    2.2.2 H 桥栅极驱动结构设计  17-19
    2.2.3 驱动电路的逻辑控制设计  19-20
    2.2.4 死区时间分析  20-21
    2.2.5 保护电路设计  21-22
    2.2.6 驱动电路其他部分设计  22
    2.2.7 驱动电路整体电路框图及性能指标  22-23
  2.3 本章小结  23-24
第三章 具体电路分析设计与仿真  24-52
  3.1 环形振荡器设计与仿真  24-26
    3.1.1 环形振荡器结构  24-25
    3.1.2 环形振荡器仿真与分析  25-26
  3.2 电机控制模式的电路设计与仿真  26-41
    3.2.1 启动时间控制电路设计与仿真  26-30
    3.2.2 PWM 控制电路设计与仿真  30-41
  3.3 保护电路设计与仿真  41-47
    3.3.1 欠压锁定电路  41-43
    3.3.2 过热关断电路  43-47
  3.4 H 桥电路设计  47-49
  3.5 逻辑控制电路  49
  3.6 电路总体功能仿真结果  49-51
  3.7 本章小结  51-52
第四章 版图设计、验证及后仿真  52-61
  4.1 版图设计相关概念  52-53
    4.1.1 CMOS 制造工艺  52
    4.1.2 版图设计规则  52-53
    4.1.3 版图规划  53
  4.2 版图验证  53-54
  4.3 驱动电路版图设计与后仿真  54-60
    4.3.1 驱动电路版图设计  54-56
    4.3.2 驱动电路版图后仿真  56-60
  4.4 本章小结  60-61
第五章 结束语  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-64

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 电机 > 直流电机
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