h桥功率驱动电路设计及其bcd工艺平台开发

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1、第一章引言第一章引言1.1概况[1]电机及其驱动控制技术在国民经济中起着重要作用。现代社会中，电机已经广泛应用于医疗电子、办公设备、工业或农业的生产、运输和家电中，而功率半导体器件和智能功率集成电路的发展对电机的控制技术极为重要，它们密切相关，互相促进。常用的电机种类分为三大类，分别为交流电动机、直流电动机和交直流两用的电动机，而交流电动机又包括异步和同步这两种电动机。这些电动机除了将电能转换为动能以外，在应用时还需要对电机进行启动停止、转速、转向和保护电[2]路的控制，通常将这些对电机的控制纳入“电气传动”范畴。另外还

2、有一些用于特定用途的电机，主要包括控制电机。控制电机是指在自动控制装置或系统中使用的各种电机。控制电机的控制部分与电动机部分是一个紧密相连的系统，缺一不可。随着机电一体化技术的发展，由控制部分的电力电子技术和电动机部分组成的伺服系统将成为当今和以后很长时间内电力电子技术发展的新方向。[3][4][5]进入上世纪80年代以来，智能功率集成电路(SmartPowerIC,SPIC)在国际电子领域问世。智能功率集成电路就是将驱动电动机的功率管与电动机的电子控制模块用集成电路来实现并将其集成在同一块芯片上，而这块芯片就能向负载电

3、机提供高电压和大电流。芯片同时还集成了保护电路模块，一般包括过温保护、过流保护、欠压保护等保护电路。由于智能功率集成电路功能齐全，因此能广泛应用于包括汽车电子、工业自动化和消费类电子所需要使用的显示驱动、电机控[6]制和高压多路调制解调器等各个领域中。智能功率集成电路的出现，打破以往微电子与电力电子长期分割的局面，它可以将控制电机运动的电力电子技术很好地应用于集成电路中，使得系统能够缩[7][8]小体积和重量，从而可以大规模生产来降低成本。功率集成电路是机电一体化系统中强电与弱电连接的桥梁，是实现机电一体化的重要手段。智

4、能功率集成电路不但能提供一定的功率输出，而且功能完善，包括逻辑控制、驱动、监测和保护功能，通过芯片的智能控制作用来对功率器件的状态进行实时检测。1万方数据电子科技大学硕士学位论文由于智能功率集成电路涉及到功率输出，因此一般采用多种器件结构来对电路进行设计，这些器件主要是功率放大部分的三极管(Bipolar)，控制部分的CMOS器件和作为智能功率开关的DMOS器件，将这三类器件集成在一起的工艺被称为[9]BCD工艺，BCD是一种单片集成工艺技术，飞速增长的单片式智能功率集成电路市场，极大地推动了BCD工艺的发展。由于BCD

5、工艺中器件种类众多，因此必须做到高压器件和低压器件的兼容，双极工艺和CMOS工艺的相兼容，因此要选择合适的隔离技术；为减小制造芯片所花费的成本，需要考虑光刻版的兼容性和可重复利用性。BCD工艺目前正朝着高压、高集成度和高功率这三个方向在发展，高压BCD的主要电压范围是500V到700V，电流较小；高集成度BCD主要的电压范围是5V到50V，一些汽车电子应用会到70V；高功率BCD主要的电压范围是40V到[10]90V，主要的应用为汽车电子。BCD工艺的发展重点是与CMOS工艺平台相结合，便于光刻尺寸的减小和多种器件的集成

6、，使智能功率集成电路的设计更灵活。1.2国内外发展现状近年来，电机驱动控制的市场一直保持强劲增长，同时面临着很多新的挑战。20世纪后期包括大规模集成电路技术、电力电子技术的飞速发展、电机电子系统控制理论的完善以及计算机仿真软件的发展日渐成熟，这极大地推动了电动机控[11]制技术的发展。在国际上，对智能功率集成电路的研究正在逐步完善，半桥、双半桥、单H桥、双H桥功率驱动器等都是典型的智能功率集成电路，都是通过外部输入信号[12]来对电机的转动方向、转动速度和电机的制动进行控制。桥式驱动就是使通电电流沿着步进电动机单一线圈的

7、两个方向流动，共有两种方法。一种方法是用正负两个电源，两个半桥驱动电路组合,这种方法驱动功率管用得很少，电路结构简单，但需要两个电源，不能说是很理想的方法。另一种方法是单一电源与全桥式驱动电路组合，这种方法用功率管是前一方法的两倍，但可用一个电源，目前一[13]般都采用单一电源法。作为在智能功率集成电路中起开关作用的功率管主要有[14]双极型晶体管、功率场效应管(MOSFET)和绝缘栅双极晶体管(IGBT)。有很多公司生产MOSFET或IGBT驱动集成电路，如IR公司生产的IR21系列、IR23系列，STMicroele

8、ctronics的L62XX系列，IXYS公司的IX6R11，FAIRCHILD公司的FAN7384，飞思卡尔公司的MC33135，富士公司的EXB840等，都可以供设计时选用。2万方数据第一章引言FAN7384是飞兆半导体公司（FairchildSemiconductor）推出的单片高压半桥驱动集成电路。该器件适用