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(qū)動(dòng)電平，同時(shí)，器件還內(nèi)置開關(guān)頻率為500 kHz的Boost升壓模塊。此外，BCS1608芯片還具有待機(jī)電流低，功耗小，外圍電路簡單，體積小，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

1 BCS1608的主要特點(diǎn)

BCS1608可實(shí)現(xiàn)兩相或三相高壓輸出，切換方便。其應(yīng)用范圍包括錄像機(jī)、CD／DVD播放機(jī)、汽車音頻等音像設(shè)備，PC外圍設(shè)備，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)和辦公設(shè)備等。BCS1608的內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(guān)器件；
◇輸出電壓交流可調(diào)，幅值最高可達(dá)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(jī)電流?。?br />◇體積小，僅為3×3 mm2，采用QFN封裝。

由圖1可知，BCS1608內(nèi)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(jù)相位控制信號SEL和DIR可對輸入時(shí)鐘信號進(jìn)行分頻和相移，從而為逆變部分提供開關(guān)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(dāng)負(fù)載為兩相時(shí)，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(jié)構(gòu)簡單，僅需要四個(gè)功率變換器組成兩個(gè)橋臂即可，其電路原理如圖3所示。雖然它所需的功率開關(guān)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(dòng)較大，且需要對稱正負(fù)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(fù)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(qū)動(dòng)器BD623X即采用這種電路。但該電路的功率開關(guān)器件數(shù)量較之半橋逆變電路增加一倍，結(jié)構(gòu)上也變得復(fù)雜。實(shí)際應(yīng)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(guān)器件的數(shù)目，又保持了雙H橋的優(yōu)點(diǎn)。
 

當(dāng)負(fù)載為三相時(shí)，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(shí)現(xiàn)兩相同三相之間的靈活轉(zhuǎn)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(qū)動(dòng)部分供電；
AGND：模擬地；[!--empirenews.page--]
DIR，SEL：控制三路驅(qū)動(dòng)信號的相位，其控制方式如表1所列；

GND：數(shù)字地：
IN：輸入時(shí)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(shè)置VBB的最高電壓；
VCC：輸入低壓電源腳；
SW：內(nèi)部NMOS開關(guān)管的漏極輸出；
OUT1～OUT3：三路驅(qū)動(dòng)信號輸出。

BCS1608的外圍電路十分簡單，它僅需要快恢復(fù)二極管、電感和電容各一個(gè)即可與內(nèi)部電路組成Boost升壓電路，兩個(gè)電阻用于反饋，另一個(gè)電容用于濾波，其典型應(yīng)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(shí)，輸出為輸入時(shí)鐘的2分頻，而三相輸出時(shí)為則輸入時(shí)鐘的3分頻。利用MATLAB搭建的BCS1608內(nèi)部電路逆變部分的仿真模型如圖6所示，其中S函數(shù)輸入為輸出電壓控制信號的輸出電壓頻率，輸出為六個(gè)功率開關(guān)的開關(guān)信號。該模型可根據(jù)SEL、DIR的不同值產(chǎn)生相應(yīng)的信號，以使逆變電路輸出不同相位的電壓，同時(shí)，為了防止同一橋臂直通，S函數(shù)中還設(shè)置了死區(qū)時(shí)間。通過改變SEL和DIR值來對上述兩種工作模式進(jìn)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(jī)中的應(yīng)用

超聲電機(jī)是一種可將壓電振子在超聲領(lǐng)域的振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，它應(yīng)用壓電元件產(chǎn)生的振動(dòng)來驅(qū)動(dòng)移動(dòng)體移動(dòng)。根據(jù)超聲電機(jī)的運(yùn)動(dòng)機(jī)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(qū)動(dòng)壓電振子，即可使電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。超聲電機(jī)因其低速轉(zhuǎn)矩大、體積小、重量輕、功率密度大、響應(yīng)速度快、微位移、不受電磁影響等優(yōu)點(diǎn)，已在透鏡精密定位、相機(jī)鏡頭自動(dòng)聚焦系統(tǒng)、隧道掃描顯微鏡、壓電夾具體、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)和醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域得到較為廣泛應(yīng)用。

超聲電機(jī)雖然結(jié)構(gòu)簡單，但其壓電元件需要高頻激勵(lì)。目前的驅(qū)動(dòng)電源主要有三大類：一類是利用開關(guān)電源技術(shù)，由逆變來實(shí)現(xiàn)電壓升壓、能量傳遞、阻抗匹配和電源隔離，這種方法在國內(nèi)的行波型超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)中使用比較廣泛，但變壓器必須與不同型號的超聲電機(jī)匹配；另一類利用諧振升壓產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)型號，這種方式雖然電路簡單，體積小，但是電感參數(shù)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(jī)，這種方法采用數(shù)字直接合成技術(shù)(DDS)，并以模擬放大電路為基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)，激勵(lì)信號達(dá)到理論分析的要求，實(shí)現(xiàn)控制算法簡便靈活，但電路復(fù)雜，成本較高。第三是微型超聲電機(jī)，該方式主要應(yīng)用在要求其驅(qū)動(dòng)電源結(jié)構(gòu)緊湊、可電池供電、簡單易行的領(lǐng)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(jī)的驅(qū)動(dòng)電源。

本文同時(shí)選用博立碼杰公司生產(chǎn)的、用于手機(jī)攝像頭AF功能的、BM730-A1型號的超聲電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電源由一塊3.7 V鋰電池、一片單片機(jī)和一片BCS1608及附加被動(dòng)元件組成。其中超聲電機(jī)既可采用兩相驅(qū)動(dòng)，也可采用三相驅(qū)動(dòng)；驅(qū)動(dòng)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(dāng)BCS1608為兩相輸出時(shí)，圖8(a)表示超聲電機(jī)正轉(zhuǎn)，圖8(b)表示超聲電機(jī)反轉(zhuǎn)；而當(dāng)BCS1608為三相輸出時(shí)，圖8(c)表示超聲電機(jī)正轉(zhuǎn)，圖8(d)表示超聲電機(jī)反轉(zhuǎn)。
 

實(shí)驗(yàn)證明，BCS1608可以很好地驅(qū)動(dòng)超聲電機(jī)，且輸出波形失真小，效率高，可作為微型超聲電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的首選。

6結(jié)束語

BCS1608由于其高度集成，外圍電路簡單，且簡化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程，因而十分適合用于對結(jié)構(gòu)要求苛刻的場合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：BCS1608具有很高的性能，可廣泛應(yīng)用于各種超聲電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源中。