BLDCM驱动IC中霍尔检测放大电路及PWM频率转换电路的设计

摘要

作为马达驱动产品类的一种，无刷直流电机（BLDCM）驱动器得到了广泛的研发和应用。本文首先讲述两种无刷直流电机驱动方式，包括有感驱动：利用霍尔传感器进行换相控制和无感驱动：利用反电动势进行换相控制，叙述了各自的原理和其控制技术。针对笔记本散热应用的单相电机，本文将叙述集成霍尔传感器和功率管的单相电机驱动IC的设计方法。详细的叙述了其中两大关键模块：霍尔检测放大电路和PWM频率转换电路的设计。电路设计基于Maxchip 0.18?mBCD工艺，通过Hspice仿真验证电路设计的可行性。 设计霍尔检测放大电路是为了放大随磁场变化的霍尔信号并转换为开关信号，借此驱动电机换相。为了消除放大器失调对电路的影响，在传统仪用放大器的基础上运用了斩波调零技术，失调在前半时钟周期被采集，后半时钟周期被消除。根据仿真结果看出：放大电路的增益约为34.3倍。同时为了保证电路具备合适的磁翻转特性，增加了修调电路，可在芯片进行测试时，对电路进行修调，失调以 2.08mV 为步长在± 263.5mV 内可调。电路采用了迟滞比较器将放大的霍尔信号转换为开关信号，比较器引入迟滞量增强了对噪声的抑制能力。最后对电路整体验证结果证明：电路对于幅度在几mV到几十mV，频率小于3KHz的霍尔信号能准确的放大并转换为开关信号。 设计 PWM 频率转换电路是为了转换外部 5KHz~100KHz的PWM 信号为频率44KHz左右占空比一致的内部PWM信号。为了产生固定频率的PWM信号，需产生固定频率的三角波，本文利用基准电压源来对三角波高低端电平进行钳位，并产生了近乎零温度系数电流来对电容充放电以保证三角波频率的恒温特性。在典型条件下，基准电压的温度系数为12.30ppm。在3.3V电源下，基准电压的绝对值在1.220V~1.245V范围内变化，输出电流随温度在±0.015?A 内变化。设计了对轨比较器取代传统比较器，可同时满足最低2V电源电压和三角波高幅度的需求。最终所设计的三角波发生器，输出三角波频率典型时为43.5KHz，在整个温度范围内三角波频率在42.4KHz~44.4KHz内变化。在2V~6V电源之间，考虑工艺角和温度的变化，三角波频率落在20KHz~90KHz范围内，幅度约为0.89V。同时还按要求完成了单位增益跟随器、二阶低通滤波器和施密特触发器的设计。最终，对整体电路的验证表明：在典型情况下，对于5KHz~100KHz的输入PWM信号，输出PWM信号频率约为41.9KHz，输出信号占空比与输入信号保持一致，并随输入信号变化而变化。

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