基于PWM两相步进马达驱动IC的设计

论文摘要

随着马达在消费类电子市场产品中的广泛应用,马达驱动芯片受到越来越多的关注,而步进马达驱动作为马达驱动中重要的分支,不可避免地受到了许多科研机构和公司重视。本文在详细论述了步进马达驱动原理的基础上设计了一种高压、大电流、中等功率、基于PWM的两相混合式步进马达驱动IC,主要应用于打印机、复印机、电脑扫描和绘图仪等位置与速度伺服系统控制。芯片可控额定最高电压V（max）为36V,最大输出连续电流Io（max）为1.2A,功率MOS输出晶体管的导通电阻RDS（on）为1.8Ω。本文设计的芯片主要是基于PWM的两相混合式步进马达驱动IC,它利用PWM输入信号控制可实现的全步、半步及1/4步进角的电流驱动模式,并且它的电流衰减模式可选择从而可以提高输出电流的有效利用率,芯片还具有同步整流、Powersave功能,同时具有过热、过流、欠压及交叉直通电流等保护功能。芯片采用UMC 0.6um 5V-40V CMOS工艺,用Hspice软件对电路进行了设计及仿真,并对芯片进行了工程流片及测试,测试结果表明:芯片基本实现工作要求,且大部分参数已达到设计指标的要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 步进马达驱动控制技术的研究现状
• 1.2 步进马达驱动控制系统的构成
• 1.3 步进马达不同的驱动控制方式
• 1.4 步进马达的分类及工作原理
• 1.4.1 步进马达的分类
• 1.4.2 工作原理
• 1.5 步进马达驱动控制器的发展趋势
• 1.6 研究内容及章节安排
• 第二章 芯片系统原理及运用
• 2.1 芯片简介
• 2.1.1 芯片基本结构框图
• 2.1.2 芯片特点
• 2.1.3 电气参数指标
• 2.2 芯片工作原理
• 2.2.1 芯片系统工作原理
• 2.2.2 工作过程
• 2.3 芯片基本特性描述
• 2.3.1 电流设定及开关时间
• 2.3.2 电流衰减模式
• 2.4 芯片应用
• 2.4.1 芯片应用
• 2.4.2 应用中的注意点
• 2.5 小结
• 第三章 电路设计与仿真
• 3.1 Bandgap
• 3.1.1 电路原理
• 3.1.2 实际电路原理
• 3.1.3 启动电路
• 3.1.4 偏置电流
• 3.1.5 仿真结果
• 3.2 Regulator
• 3.2.1 基本构架
• 3.2.2 频率补偿
• 3.2.3 实际电路
• 3.2.4 仿真结果
• 3.3 保护电路
• 3.3.1 过温保护（TSD）
• 3.3.2 欠压保护（UVLO）
• 3.4 DAC
• 3.4.1 DAClogic
• 3.4.2 Buffer
• 3.5 限流比较器
• 3.5.1 限流比较器的功能模块
• 3.5.2 内部比较器基本原理
• 3.5.3 比较器特性
• 3.5.4 比较器仿真结果
• 3.6 Oneshot
• 3.6.1 Oneshot 整体模块分析
• 3.6.2 Oneshot内部电路分析
• 3.7 死区时间产生
• 3.8 输出驱动级电路
• 3.9 整体功能仿真验证
• 3.9.1 输出波形
• 3.9.2 数据统计
• 3.10 小结
• 第四章 版图及测试
• 4.1 版图布局
• 4.1.1 版图布局设计
• 4.1.2 关于ESD与 LATCH-UP
• 4.2 芯片测试
• 4.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读期间研究成果