驱动电路设计论文提纲

论文题目：用于步进电机驱动器的宽工作电压范围驱动电路设计

摘要：随着电力电子技术、微电子技术和微处理器技术的不断完善和成熟,步进电机系统尤其是步进电机驱动器得到了飞速的发展,广泛应用于锂电池供电的电动设备、电源管理芯片供电的家电等。为了保证驱动器的稳定工作,宽工作电压范围的驱动电路和快速响应的H桥功率电路需要重点进行研究。本论文设计了一种宽工作电压范围的驱动电路。首先,从步进电机系统出发,综述总结了步进电机驱动器技术。其次,给出设计指标和整体电路的框架结构。接着,提出宽工作电压范围的驱动电路解决方案,此方案通过改进内部供电电路产生无阈值损耗的低压电源,保证驱动电路在全电压范围内正常工作;同时,本文设计了互补CMOS结构的H桥及其栅极驱动电路,功率管开启和关断速度快,使得步进电机能够快速响应控制器;此外,为了提高步进电机系统的可靠性,驱动器集成了低功耗模式、欠压锁定保护、过温保护和过流保护等功能。然后,通过Cadence仿真验证所设计电路的各项指标和驱动器的整体功能,并给出版图设计。最后,搭建测试环境,对流片成功的驱动器进行了有效的实物测试。测试结果表明,驱动器的工作电压范围是2.5V～32V,超低功耗待机电流小于20n A,输入到输出的延时分别是1330ns和1510ns,死区时间是1150ns,输出上升和下降时间均是13ns（负载接1n F电容）,可整步驱动两相混合式步进电机,驱动电路的参数和功能均符合设计指标。

关键词：步进电机驱动器;驱动电路;宽工作电压范围;无阈值损耗;H桥

学科专业：软件工程（专业学位）

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题背景与研究意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与设计指标

1.3.1 主要研究内容

1.3.2 设计指标

1.4 论文组织结构

第二章 步进电机系统及其驱动技术分析

2.1 步进电机概况

2.1.1 两相混合式步进电机的基本原理

2.1.2 两相混合式步进电机的工作方式

2.2 步进电机驱动器技术分析

2.2.1 步进电机驱动控制方式

2.2.2 H桥电路结构

2.2.3 H桥电流衰减模式

2.2.4 宽工作电压的内部电源电路

2.3 步进电机控制器

2.4 步进电机驱动器系统设计

2.5 本章小结

第三章 子电路设计与功能仿真

3.1 无阈值损耗的低压电源电路

3.1.1 无阈值损耗的低压电源产生电路

3.1.2 振荡器

3.1.3 电荷泵电路

3.1.4 基准电压源

3.2 快速响应的栅极驱动电路

3.2.1 高侧功率管驱动电路

3.2.2 低侧功率管驱动电路

3.2.3 栅极驱动电路整体仿真

3.3 可靠性电路

3.3.1 超低功耗电路

3.3.2 欠压锁定电路

3.3.3 过温保护

3.4 本章小结

第四章 整体功能仿真和版图设计

4.1 整体功能仿真与验证

4.1.1 工作模式仿真

4.1.2 欠压保护仿真

4.1.3 过温保护仿真

4.1.4 过流保护仿真

4.2 驱动器版图设计

4.2.1 版图设计规则

4.2.2 模拟电路的版图技术

4.2.3 驱动器版图设计

4.3 本章小结

第五章 实物测试

5.1 实物测试

5.1.1 单芯片测试

5.1.2 系统测试

5.2 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献