0引言
BCS1608是博立碼杰通訊(深圳)有限公司自主研發(fā)的一款兩／三相升壓逆變器，該器件器的輸人為+2.5～+5.5 V電源及控制信號，可輸出36V高電壓兩相或三相驅動電平，同時，器件還內置開關頻率為500 kHz的Boost升壓模塊。此外，BCS1608芯片還具有待機電流低，功耗小，外圍電路簡單，體積小，可靠性高等優(yōu)點。
1 BCS1608的主要特點
BCS1608可實現兩相或三相高壓輸出，切換方便。其應用范圍包括錄像機、CD／DVD播放機、汽車音頻等音像設備，PC外圍設備，汽車導航系統(tǒng)和辦公設備等。BCS1608的內部結構如圖1所示。其主要特性如下：
◇直流輸入電壓，可直接由電池供電，無需外加變壓器或有源升壓開關器件；
◇輸出電壓交流可調，幅值最高可達36 V；
◇兩種工作模式，其中兩相輸出相位差為90度，三相輸出相位差為120度；
◇待機電流小；
◇體積小，僅為3×3 mm2，采用QFN封裝。
由圖1可知，BCS1608內部電路分為三大模塊：升壓部分、相位控制邏輯部分和逆變部分。其中升壓部分采用Boost DC／DC升壓電路，相位控制邏輯部分根據相位控制信號SEL和DIR可對輸入時鐘信號進行分頻和相移，從而為逆變部分提供開關信號。
2 BCS1608的逆變電路
由于BCS1608要兼顧兩相和三相輸出，故其逆變部分采用兩相三橋臂逆變電路，圖2所示是其逆變電路原理圖。
當負載為兩相時，可選的逆變電路有三種：半橋逆變電路、雙H橋逆變電路和兩相三橋臂逆變電路。半橋逆變電路結構簡單，僅需要四個功率變換器組成兩個橋臂即可，其電路原理如圖3所示。雖然它所需的功率開關器件少，成本低廉，穩(wěn)定性高，但是回饋電流會使前級變頻電源輸出電壓波動較大，且需要對稱正負輸出電源；而采用雙H橋逆變電路則只需單路穩(wěn)壓電源，兩相負載的電流也不再對電源形成大的干擾，直流電壓利用率也比半橋電路要高，其電路如圖4所示，ROHM公司的H橋驅動器BD623X即采用這種電路。但該電路的功率開關器件數量較之半橋逆變電路增加一倍，結構上也變得復雜。實際應用中，往往將圖4中的中間兩只橋臂合二為一，而成為公共橋臂，即圖2所示的兩相三橋臂全橋逆變電路，這種方式既減少了開關器件的數目，又保持了雙H橋的優(yōu)點。
當負載為三相時，由于三相半橋逆變電路與兩相三橋臂逆變電路完全一致，因此，該電路可以實現兩相同三相之間的靈活轉換。
3 BCS1608的引腳功能和典型電路
BCS1608采用16腳QFN封裝，各引腳的功能定義如下：
VBB：由DC-DC升壓得到的高壓電源，用于為驅動部分供電；
AGND：模擬地；[!--empirenews.page--]
DIR，SEL：控制三路驅動信號的相位，其控制方式如表1所列；
GND：數字地：
IN：輸入時鐘信號；
SHDN：電路使能信號，高電平有效；
FB：DC-DC輸出電壓反饋引腳，可設置VBB的最高電壓；
VCC：輸入低壓電源腳；
SW：內部NMOS開關管的漏極輸出；
OUT1～OUT3：三路驅動信號輸出。
BCS1608的外圍電路十分簡單，它僅需要快恢復二極管、電感和電容各一個即可與內部電路組成Boost升壓電路，兩個電阻用于反饋，另一個電容用于濾波，其典型應用電路如圖5所示。
4輸出電壓模式
由表1可知，BCS1608的電壓輸出模式分為兩種：兩相模式和三相模式。兩相輸出時，輸出為輸入時鐘的2分頻，而三相輸出時為則輸入時鐘的3分頻。利用MATLAB搭建的BCS1608內部電路逆變部分的仿真模型如圖6所示，其中S函數輸入為輸出電壓控制信號的輸出電壓頻率，輸出為六個功率開關的開關信號。該模型可根據SEL、DIR的不同值產生相應的信號，以使逆變電路輸出不同相位的電壓，同時，為了防止同一橋臂直通，S函數中還設置了死區(qū)時間。通過改變SEL和DIR值來對上述兩種工作模式進行仿真，所得到的波形如圖7所示，圖中的輸出相電壓幅值均為36 V，頻率均為20 kHz。
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5 BCS1608在超聲電機中的應用
超聲電機是一種可將壓電振子在超聲領域的振動能轉換為機械能的電動機，它應用壓電元件產生的振動來驅動移動體移動。根據超聲電機的運動機理，由兩相頻率幅值相等且具有一定相位差的高頻交變電壓信號來驅動壓電振子，即可使電機的轉子產生旋轉運動。超聲電機因其低速轉矩大、體積小、重量輕、功率密度大、響應速度快、微位移、不受電磁影響等優(yōu)點，已在透鏡精密定位、相機鏡頭自動聚焦系統(tǒng)、隧道掃描顯微鏡、壓電夾具體、機器人、計算機和醫(yī)療設備等領域得到較為廣泛應用。
超聲電機雖然結構簡單，但其壓電元件需要高頻激勵。目前的驅動電源主要有三大類：一類是利用開關電源技術，由逆變來實現電壓升壓、能量傳遞、阻抗匹配和電源隔離，這種方法在國內的行波型超聲電機驅動中使用比較廣泛，但變壓器必須與不同型號的超聲電機匹配；另一類利用諧振升壓產生驅動型號，這種方式雖然電路簡單，體積小，但是電感參數選取比較困難；還有一類是采用正弦波型號直接放大輸入超聲電機，這種方法采用數字直接合成技術(DDS)，并以模擬放大電路為基礎來實現，激勵信號達到理論分析的要求，實現控制算法簡便靈活，但電路復雜，成本較高。第三是微型超聲電機，該方式主要應用在要求其驅動電源結構緊湊、可電池供電、簡單易行的領域。而BCS1608則均可滿足以上要求，由于其輸出電壓兩相／三相可選，因此可作為不同型號微型超聲電機的驅動電源。
本文同時選用博立碼杰公司生產的、用于手機攝像頭AF功能的、BM730-A1型號的超聲電機，驅動電源由一塊3.7 V鋰電池、一片單片機和一片BCS1608及附加被動元件組成。其中超聲電機既可采用兩相驅動，也可采用三相驅動；驅動電壓幅值要求為22 V+2 V，頻率為16.78 kHz。圖8為BCS1608輸出線電壓波形，其中當BCS1608為兩相輸出時，圖8(a)表示超聲電機正轉，圖8(b)表示超聲電機反轉；而當BCS1608為三相輸出時，圖8(c)表示超聲電機正轉，圖8(d)表示超聲電機反轉。
實驗證明，BCS1608可以很好地驅動超聲電機，且輸出波形失真小，效率高，可作為微型超聲電機驅動電源的首選。
6結束語
BCS1608由于其高度集成，外圍電路簡單，且簡化了系統(tǒng)設計過程，因而十分適合用于對結構要求苛刻的場合。實驗結果表明：BCS1608具有很高的性能，可廣泛應用于各種超聲電機的驅動電源中。
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