【摘要】：隨著集成電路集成規(guī)模越來越大,與其相對應(yīng)的功耗也跟隨上升,造成芯片工作溫度持續(xù)增加,電源、芯片散熱成為了突出問題,本文通過對單相無刷直流風(fēng)扇電機(jī)工作原理的分析和掌握,利用UMC0.6μmBiCMOS工藝,設(shè)計(jì)了單相直流風(fēng)扇電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC,該款I(lǐng)C可實(shí)用于服務(wù)器電源、筆記本CPU和車載音響等設(shè)備的散熱領(lǐng)域。驅(qū)動(dòng)電路需要一個(gè)外置霍爾傳感器配合使用,利用霍爾傳感器反饋風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子相位信息,經(jīng)過內(nèi)部邏輯運(yùn)算模塊的識別和處理,霍爾信號轉(zhuǎn)化為功率管的控制信號,實(shí)現(xiàn)電磁力矩的適當(dāng)切換,從而正確驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇按原方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)上述原理,驅(qū)動(dòng)電路中功率運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì),采用第一級提供高增益,第二級提供功率驅(qū)動(dòng)的兩極結(jié)構(gòu),利用環(huán)路電阻比例以及增大放大器的失調(diào)電壓來實(shí)現(xiàn)對輸入霍爾信號的360倍線性放大和軟開關(guān)切換功能,軟開關(guān)切換功能是指輸入霍爾信號幅值的高低調(diào)整,可以控制驅(qū)動(dòng)電路輸出電壓上升沿的上升速度,利用此項(xiàng)功能,風(fēng)扇電機(jī)隨輸入霍爾信號的幅值變化,可以自動(dòng)調(diào)整換相輸出時(shí)的電壓上升速率,從而使風(fēng)扇工作時(shí)具有低噪聲特性。此外,整個(gè)電路還包含有基準(zhǔn)源、電源電壓比較器、高溫保護(hù)和鎖定檢測與自動(dòng)重啟等功能模塊,用以提高芯片的工作可靠性。電源電壓比較器保證系統(tǒng)可以在2.2V低壓供電時(shí)正常工作;鎖死檢測及自動(dòng)重啟功能是指當(dāng)風(fēng)扇電機(jī)因外在阻礙導(dǎo)致電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),為防止電機(jī)過熱燒毀,自動(dòng)關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電流2秒,同時(shí)每隔2秒對電機(jī)進(jìn)行0.2秒的驅(qū)動(dòng)嘗試,直到電機(jī)恢復(fù)正常工作為止。本文利用EDA工具CANDENCE對電路進(jìn)行設(shè)計(jì),同時(shí)利用電路特性分析仿真軟件HSPICE對電路的功率運(yùn)算放大器、電源電壓比較器和鎖定檢測及自動(dòng)重啟等主要子模塊進(jìn)行仿真,確定各個(gè)子模塊電路的仿真結(jié)果滿足設(shè)計(jì)要求,隨后對整體電路進(jìn)行仿真和版圖設(shè)計(jì)。最后,為驗(yàn)證IC主要參數(shù)是否滿足設(shè)計(jì)指標(biāo),對芯片小樣進(jìn)行了測試,所得結(jié)果令人滿意。芯片工作電壓范圍為2.2V-13.8V,風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)速與電源電壓呈線性關(guān)系,具有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力,很寬的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍和低噪聲特征。
【圖文】：

2.1.3 驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)流程和整體結(jié)構(gòu)解析本文所設(shè)計(jì)的 IC 是單相無刷直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路，由前面所述，，其配合小型風(fēng)扇使用，可用于車載音響設(shè)備散熱，筆記本 CPU 散熱和服務(wù)器電源散熱等散熱領(lǐng)域，工作電壓范圍為 2.2V-13.8V。外置霍爾傳感器將風(fēng)扇電機(jī)轉(zhuǎn)子相位信息反饋給芯片，芯片內(nèi)部邏輯運(yùn)算模塊將霍爾信號識別和放大轉(zhuǎn)化為功率管的控制信號，實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇電機(jī)繞組上導(dǎo)通電流的適時(shí)換相，從而維持風(fēng)扇按原方向持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)芯片因外力鎖定不轉(zhuǎn)時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)鎖定保護(hù)并輸出報(bào)警信號，同時(shí)具有阻礙解除后，風(fēng)扇自動(dòng)重新啟動(dòng)功能。

圖 2-3 驅(qū)動(dòng)電路整體結(jié)構(gòu)框圖（1）BIAS 電路BIAS 電路包括 PTAT 電流源和 Bandgap 基準(zhǔn)電壓源，該電路主要功模塊提供固定的偏置電流，這個(gè)電流基準(zhǔn)源是由 Bandgap 電壓產(chǎn)生， 7.6μA；給其他模塊提供固定的參考電壓，典型值為 1.22V。（2）COMP_POWER 電路電源 VCC 的工作電壓范圍為 2.2V-13.8V，因此當(dāng)電源電壓較低時(shí)，結(jié)構(gòu)的 Regulator 電路供電，會(huì)比輸入的電源電壓低一個(gè) VBE的壓降，動(dòng)電路的其它模塊不能正常工作，于是當(dāng)輸入電源電壓較低時(shí)直接用壓為驅(qū)動(dòng)電路供電。該電路的主要功能就是實(shí)現(xiàn)在電源電壓大于 5.8gulator 電路供電；當(dāng)電源電壓小于 5.8V 時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路將直接采用電源（3）Regulator 電路雖然電源電壓范圍為 2.2V-13.8V，但是在其他模塊的應(yīng)用中，5V 的夠，并且高電源電壓對器件工藝要求也很高，由于工藝的限制，所以 LDO 式的 Regulator 電路給內(nèi)部電路提供 5V 的穩(wěn)定電源。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM33

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 王召;CMOS Rail-to-Rail運(yùn)算放大器的分析與設(shè)計(jì)[D];西北大學(xué);2008年

本文編號：2560570