高可靠性的步进电机驱动芯片设计

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随着电动汽车产业的发展,对芯片的需求量日益剧增,国内的车企大多使用国外的芯片作为主流产品,来获得汽车的电气系统的稳定性与可靠性。步进电机驱动芯片是车规芯片中最常用的芯片之一,被应用在各种机械连接的场合下。但我国车规芯片的发展时间较短,稳定性和可靠性目前没有得到国内市场的认可,可替换性较差,所以对车规芯片所需的高可靠性和稳定性研究也越来越受重视。本文对步进电机的原理和步进电机驱动芯片的原理进行分析描述,并且针对影响步进电机驱动芯片的模块进行分析,提出影响芯片可靠性因素,进行可靠性电路模块设计,提升芯片内部模块的可靠性和一致性。本文基于东部高科BCD 0.18μm工艺,设计步进电机驱动芯片的内部电路,用来提升步进电机驱动芯片的整体可靠性,其中包括RS触发器,死区时间保护电路,曲率补偿带隙基准电路,RC振荡器电路,过流保护电路,过温保护电路,欠压保护电路,错误重启计时电路和ESD保护电路。设计新型RS触发器电路消除不定态模式,实现RS触发器在步进电机芯片中电平移位模块和逻辑电路稳定无误的工作,保证电路输出的稳定性和一致性。死区时间保护电路,设置死区时间370ns保证同侧边不能同时导通。曲率补偿带隙基准电路,提供内部参考电压和参考电流,保证内部参考电压稳定,受温度的影响降到最低,并且有较高的电源抑制比。RC振荡器电路为内部提供稳定的振荡频率500k Hz,在斩波恒流控制和错误重启计时电路中配合计数器进行计时,提供稳定的计时时间。设计过流保护电路,当电流超过峰值电流±4A时,芯片关闭,保证内部功率管由于过流引发的击穿,导致芯片失效。过温保护电路,在车载芯片要求的-40~150℃条件下能够稳定运行,当温度超过155℃时,芯片能够稳定关闭。欠压保护电路,在4.3V以下关闭芯片内部电路。错误重启计时电路,保证芯片在重新启动过程中内部环境工作稳定后能够稳定上电重启芯片内部电路。ESD保护电路保证电路在有静电脉冲的情况下能够延长导通的时间,泄放管能够更长时间的对电流进行泄放,保证内部电路能够稳定的工作。通过设计以上可靠性电路,结合步进电机驱动芯片的原理和工作过程完成整体设计,实现芯片的可靠性。通过对所设计的电路进行测试分析,结果符合可靠性要求,进行整体仿真与版图的绘制,来完成步进电机驱动芯片可靠性设计。
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