一种基于PWM控制的H桥功率驱动器的设计

论文题目: 一种基于PWM控制的H桥功率驱动器的设计

论文类型: 硕士论文

论文专业: 微电子学与固体电子学

作者: 吕连国

导师: 李肇基

关键词: 电荷泵,自举电路,电流取样,双稳态

文献来源: 电子科技大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文主要阐述了一种基于PWM 控制、应用于直流及步进电机驱动的H 桥功率驱动器的电路设计。作为一种典型的智能功率集成电路(SPIC 电路),该电路采用的是先进的BCD 工艺, 主要性能指标为:供电电压35V、连续输出电流2A、输出开态导通电阻0.3?。智能功率集成电路(SPIC)的出现对提高系统的可靠性,降低其成本、重量和体积,实现汽车、工业、通讯等领域中系统的小型化、智能化有着重要的意义。本文首先从系统的角度出发,对电路进行总体设计,确定了电路的功能模块及模块之间的功能衔接。接着,根据项目的性能指标要求,详细设计并分析了本电路中的电荷泵电路、自举电路、过温保护电路、电流取样电路四个功能模块及PWM 速度反馈控制应用电路,这是本文的重点所在。其中的电荷泵上升时间数学归纳分析法、自举电路上升时间微分分析法和双稳态过温保护电路是本文的创新点。最后,本文在厂方提供的模型基础上利用EDA 软件对各个子电路及整体电路进行了仿真,确保设计的电路能满足性能指标要求,并给出了仿真结果。作者对电荷泵的上升时间采用数学归纳法得出其计算公式,并根据电荷泵上升时间的性能指标要求确定了最小的内部集成电荷泵电容;为获得最短的自举电路上升时间,本文采用了微分分析法,具体是先列出微分方程组描述正反馈的上升过程,然后求解该方程组得出上升时间的表达式,再基于该表达式的二阶导数分析单调性,确定了外接自举电容的大小,最终得出该段上升时间为681ns。本文提出了一种双稳态过温保护电路,利用双稳态概念引入正反馈产生滞回,并且大大提高两个稳态之间的转换速度,设计后得出的过温保护电路分别在145℃和170℃产生报警和关断信号,转换速度在2℃以内(比传统过温保护电路提高了三倍以上),并有10℃的滞回量。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章引言

1.1 概况

1.2 国内外发展动态

1.3 本文的主要工作

第二章总体电路设计

2.1 直流电机的工作原理及数学模型

2.2 控制电机运转的两种模式

2.2.1 Signal/Magnitude control(S/M 控制)

2.2.2 Locked Anti-Phase control(LAP 控制)

2.3 总体电路设计

2.4 总体功能框图

2.5 总体电路性能指标要求

2.6 H 桥电流取样反馈控制电机速度的设计思路

第三章子电路设计

3.1 DMOS H 桥

3.2 高端功率管驱动电路-自举电路及电荷泵电路

3.2.1 自举电路上升时间及外接自举电容的确定

3.2.2 电荷泵上升时间及电荷泵电容的确定

3.3 过流保护电路

3.4 过温保护电路

3.4.1 双稳态过温保护电路雪崩式状态转变及滞回的理论分析

3.4.2 转换速度及温度滞回量的确定

3.4.3 带隙基准产生电路

3.5 电流取样电路

3.6 死区时间产生原理分析

第四章总体仿真及主要性能指标仿真

4.1 总体电路图

4.2 总体功能仿真结果

4.3 总体功耗的计算及仿真结果

4.4 输出开启及关断时间仿真结果

第五章应用电路设计

第六章版图与工艺实验

6.1 总体版图

6.2 主要工艺流程

第七章结论

参考文献

致谢

个人简历

发布时间: 2005-09-23

参考文献

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