一种高速高压半桥驱动电路的分析与设计

论文摘要

本文设计了一种可应用于高频开关电源、电机控制的高速、高压半桥驱动电路,其具有可驱动两个中功率MOSFET或IGBT管、实现DC/AC逆变等功能。论文的主要工作有：描述了高压集成电路(HVIC)的主要技术和应用领域；对驱动电路的主要结构与特性进行了分析研究,依据应用要求提出了半桥驱动电路的结构方案,并对电路的主要参数进行了分析计算；详细分析设计了主要模块电路即输入级电路、死区时间产生电路、欠压保护电路、高电平位移电路与输出级电路的结构与功能。输入级电路实现了TTL的5V输入电平到15V电平的位移,并对输入波形进行了整形；死区时间产生电路控制高低两路产生了两个有时间间隔的信号,避免了输出同时为高电平而导致的直通现象；欠压保护电路通过采样电压与基准电压相比较,输出一个高电平,锁定高低两路信号输出；电平位移电路实现了脉冲信号由低到高的平移,为了避免普通MOS管被高压击穿,采用了具有特殊结构的耐高压LDMOS管；为了防止静电效应与噪声干扰,在输入输出端设置了ESD保护。采用了华润上华的0.5μmCMOS工艺模型,运用Hspice与Spectre软件对各个电路模块进行了仿真分析,验证了设计的合理性。最后,采用版图设计软件Cadence中的Virtuoso Layout Editor对电路的版图进行了设计,取得了预期效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 高压集成电路
• 1.2 电子镇流器
• 1.2.1 镇流器的类别与特点
• 1.2.2 电子镇流器的工作原理
• 1.3 半桥驱动芯片
• 1.3.1 半桥驱动电路简介
• 1.3.2 半桥结构
• 1.3.3 半桥电路的驱动
• 1.4 本文主要工作和研究内容
• 第二章 半桥驱动电路的结构与应用
• 2.1 驱动电路的性能指标及设计考虑
• 2.2 电路结构与工作原理
• 2.2.1 电路总体结构设计
• 2.2.2 电路基本工作原理
• 2.3 半桥驱动电路的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 半桥驱动电路的分析与设计
• 3.1 输入接口电路
• 3.1.1 ESD防护设计
• 3.1.2 施密特触发器
• 3.1.3 锁存器
• 3.2 死区产生电路
• 3.2.1 RC延时结构
• 3.2.2 改进的死区时间控制电路
• 3.3 欠压检测与保护电路
• 3.3.1 基本欠压保护电路
• 3.3.2 基本框架的确定
• 3.3.3 课题中的欠压保护电路
• 3.3.4 参数计算
• 3.4 脉冲产生电路
• 3.4.1 基本的脉冲产生电路
• 3.4.2 改进的脉冲产生电路
• 3.5 高压电平位移电路
• 3.5.1 常见直流电平位移电路
• 3.5.2 高电平位移电路设计
• 3.5.3 滤波电路与触发器
• 3.6 输出级电路
• 3.7 反相器研究
• 3.7.1 直流特性
• 3.7.2 开关特性
• 3.7.3 功耗-延时积
• 3.7.4 反相器的设计
• 3.8 小结
• 第四章 核心模块的仿真与分析
• 4.1 输入级电路仿真
• 4.2 死区产生电路仿真
• 4.3 欠压保护电路仿真
• 4.4 脉冲产生电路仿真
• 4.5 滤波电路仿真
• 4.6 RS触发器的仿真
• 4.7 输出电路仿真
• 4.8 小结
• 第五章 工艺与电路版图设计
• 5.1 工艺介绍
• 5.1.1 CMOS工艺简介
• 5.1.2 高低压兼容工艺步骤
• 5.1.3 LDMOS设计
• 5.2 版图的设计
• 5.2.1 版图设计规则考虑
• 5.2.2 主要元器件的设计
• 5.2.3 整体版图设计
• 5.3 小结
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果