高压H桥电机驱动电路的研究与设计

发布时间：2020-04-14 05:54

【摘要】：随着电力电子技术、功率器件、BCD工艺的不断发展,智能功率集成电路(SPIC)以小体积、低成本、高可靠性及高集成度等优势,普遍应用在各行各业的中小型功率设备中。作为SPIC的核心模块,电机驱动电路拥有广阔的应用和市场前景。在倡导绿色节能的今天,电机驱动芯片更是成为集成电路领域必不可少的研究对象。本文基于Dongbu 0.18μm BCD工艺,设计了一款三相H桥电机驱动芯片。该芯片电源电压为10V~80V,以120°导通方式工作,具有恒压和PWM控制两种模式。该芯片内含电源电路、逻辑控制电路、高低边驱动电路、输出级驱动电路及各类保护电路等关键模块,可应用于电机电流小于6A的中小功率无刷直流电机系统。首先,本文阐述了驱动电路的工作原理、数学模型、控制原理及开关特性等基础理论。其次,简述三相H桥驱动电路的设计思想,从而确定驱动电路的整体框架和设计指标。另外,完成部分电路的分析与设计,包括带隙基准电路、LDO电路、逻辑控制电路、电平移位电路、输出级电路及过温保护电路等。通过不同条件下的仿真,验证各电路的功能及性能。同时,搭建整体电路仿真测试平台,完成整体电路的仿真,以确保电路的正确性。最后,根据版图的可靠性和器件匹配原则,完成重要电路的版图设计。本文首先将预稳压电路与高压LDO电路结合,在温度和工艺变化较大的条件下,为内部电路提供可靠且稳定的电源电压。其次,基于固定偏置电流和电容微分尖峰电流的原理,提出一种窄脉冲调制的新型两级电平移位电路,具有低功耗、低延时和高稳定性的特点,为高边功率管提供可靠且满足要求的栅驱动信号。再针对电荷泵和自举电路相结合的电路架构,采用一种稳定性高、线性度好的RC张弛振荡器,为电荷泵电路提供1MHz的工作频率,实现宽频率范围的电机控制。最后,在栅驱动电路中采用固定时间与自适应的死区时间产生电路,使同一信号控制的PMOS和NMOS具有一定的交叉传导时间,保证电路的高可靠性。将设计的三相电机驱动芯片应用于电机驱动系统,基于H_PWM-L_ON控制模式,完成整体电机驱动芯片的功能仿真和性能仿真。仿真结果表明,典型条件的电机电流可达3.82A,上电时间为80μs,关断电流为9.6μA,静态供电电流为6.74mA,拉电流达208mA,灌电流可达228mA。为探究电机的变速运动,讨论并研究了影响电机电流的各种因素。结果显示,可通过改变电源电压、PWM频率、PWM占空比、电机负载来调节电机电流的大小,从而实现电机的变速控制。本文所设计的三相H桥电机驱动芯片简单实用,可较好地地应用于高压电机驱动系统。
【图文】：

电机驱动,绿色,能源,电机系统

足用户及社会的需求，因此，需要不断研究与开发电机驱动芯片来满足电机系统各个领域的应用需求。图1.2 电机驱动芯片的应用与此同时，在气候日益变暖和能源愈发紧张的今天，绿色、智能化已逐渐成为芯片市场发展的重要趋势。随着新能源汽车项目的推广，绿色智能化的电机系统受到人们广泛地关注。在电能处理领域，功耗和成本已逐渐成为两重点关注指标。据统计，，我国电机总能耗约占全社会用电量的 64％，成为用电量最大的耗电设备[13]。如何减

波形,电源电压,电流,静态功耗

电流I1、I2、I3与电源电压的关系图
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM30;TN402

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