全橋驅(qū)動器芯片UBA2032T/UBA2032TS

關(guān)鍵詞：全橋驅(qū)動器；高壓IC；UBA2032T/TS；HID燈驅(qū)動電路

１　概述

飛利浦公司推出的ＵＢＡ２０３２高壓單片ＩＣ是采用ＥＺ－ＨＶ ＳＯ１工藝制造的一種高壓全橋驅(qū)動器。ＵＢＡ２０３２在全橋拓撲中通過外部ＭＯＳＦＥＴ可以驅(qū)動任何一種負載，尤其適用于驅(qū)動高強度的放電?ＨＩＤ?燈?如高壓鈉燈和金鹵燈?換向器等?ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ?。ＵＢＡ２０３２的主要特點如下：

●內(nèi)置自舉二極管和高壓電平移位器；

●橋路電壓最高可達５５０Ｖ，并可直接從ＩＣ的ＨＶ腳輸入高壓，以為內(nèi)部電路產(chǎn)生低工作電壓，而無需附加低壓電源；

●帶輸入啟動延時，可利用簡單的ＲＣ濾波器或來自處理器的控制信號產(chǎn)生延遲；

●振蕩器頻率可調(diào)節(jié)；

●只要ＢＤ腳上電壓超過橋路截止門限?１．２９Ｖ?，所有ＭＯＳＦＥＴ都將被關(guān)斷；

●為保證５０％的占空因數(shù)，振蕩器信號在饋送到輸出驅(qū)動器之前應通過除法器；

●非交疊?ｎｏｎ－ｏｖｅｒｌａｐ?時間可由自適應非交疊電路控制，最小非交疊時間可在內(nèi)部固定；

●采用２４腳ＳＯ封裝?ＵＢＡ２０３２Ｔ?和２８腳ＳＳＯＰ封裝?ＵＢＡ２０３２ＴＳ?，引腳排列如圖１所示。

圖2 UBA2C32T/TS內(nèi)部結(jié)構(gòu)方框圖

２ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及工作原理

２．１ 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳功能

ＵＢＡ２０３２片內(nèi)集成有電壓穩(wěn)壓器、振蕩器、輸入信號延遲和橋路禁止電路、控制邏輯、高／低壓電平移位器、高端左／右驅(qū)動器和低端左／右驅(qū)動器等單元電路，圖２所示是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖。表１所列是ＵＢＡ２０３２的各引腳功能。

表1 UBA2032的引腳功能

表2 邏輯關(guān)系

備注：H為高電平；L為低電平；X表示無關(guān)

２．２ 工作原理

ＵＢＡ２０３２既可從ＨＶ腳施加電壓以產(chǎn)生內(nèi)部低電源電壓ＶＤＤ?１１．５２Ｖ?，也可將低壓電源直接連接到ＶＤＤ腳?此情況下ＨＶ腳必須連接到腳ＶＤＤ或ＳＧＮＤ?。當ＶＤＤ腳或ＨＶ腳上的電壓高于釋放功率驅(qū)動電平?典型值分別為９Ｖ和１２．５Ｖ?時，橋路輸出電壓將由ＥＸＴＤＲ腳上的控制信號來決定。表２列出了ＩＣ的狀態(tài)及輸入／輸出之間的邏輯關(guān)系。一旦腳ＶＤＤ或ＨＶ上的電壓降至功率驅(qū)動復位電平?分別為６．５Ｖ和１０Ｖ?以下，ＩＣ將進入再次啟動狀態(tài)。

當腳ＨＶ電壓穿越釋放功率驅(qū)動電平時，橋路將按照以下兩點確定狀態(tài)換向：

（１）高端左邊和低端右邊ＭＯＳＦＥＴ導通，高端右邊和低端左邊ＭＯＳＦＥＴ截止；

（２）高端左邊和低端右邊ＭＯＳＦＥＴ截止，高端右邊和低端左邊ＭＯＳＦＥＴ導通。

ＵＢＡ２０３２可以在三種不同模式下產(chǎn)生振蕩：

第一種是內(nèi)部振蕩器模式。在該模式下，橋路轉(zhuǎn)換頻率由外部電阻ＲＯＳＣ和電容ＣＯＳＣ來決定。為實現(xiàn)５０％的占空比，內(nèi)部除法器應通過連接腳ＤＤ到ＳＧＮＤ被賦能?同時腳ＥＸＴＤＲ必須與腳＋ＬＶＳ、－ＬＶＳ和ＳＧＮＤ或ＶＤＤ連接在一起。

第二種是不經(jīng)內(nèi)部除法器的外部振蕩器模式。在該模式下，將腳ＲＣ短路到ＳＧＮＤ可使內(nèi)部振蕩器截止。當外部信號源連接到腳ＥＸＴＲＤ時，橋路頻率將等于外部振蕩器頻率，而不是像內(nèi)部振蕩器模式那樣，橋路頻率為內(nèi)部振蕩器頻率的１／２。

第三種為內(nèi)部除法器的外部振蕩器模式。在該模式時，為使內(nèi)部除法器使能，腳ＲＣ、ＤＤ和腳ＳＧＮＤ必須連接在一起，而此時全橋輸出頻率為外部振蕩器頻率的１／２，橋路換向則通過ＥＸＴＲＤ腳信號的下降沿觸發(fā)。

圖3 基本應用電路

３　應用電路

３．１ ＨＩＤ燈基本驅(qū)動電路

ＵＢＡ２０３２主要是為驅(qū)動ＨＩＤ燈而設計的，圖３所示是由ＵＢＡ２０３２Ｔ組成的ＨＩＤ燈全橋驅(qū)動電路。在這個基本應用拓撲結(jié)構(gòu)中，ＩＣ的橋路禁止、啟動延時和外部驅(qū)動功能均未被利用，ＩＣ腳的－ＬＶＳ、＋ＬＶＳ、ＥＸＴＤＲ和ＢＤ都短接到ＳＧＮＤ。腳ＤＤ連接到ＳＧＮＤ，內(nèi)部２分頻除法器被使能。由于使用了內(nèi)部振蕩器，橋路換向頻率可由ＲＯＳＣ和ＣＯＳＣ的數(shù)值決定：

ｆｂｒｉｄｇｅ＝１／?Ｋｏｓｃ．Ｒｏｓｃ．Ｃｏｓｃ?

式中，常數(shù)Ｋｏｓｃ為１．０２。當ＩＣ腳ＨＶ上的電壓超過１２．５Ｖ（典型值）（時，振蕩器開始工作。一旦腳ＨＶ上的電壓降至１０Ｖ（典型值）以下，那么，ＵＢＡ２０３２Ｔ將進入啟動狀態(tài)。

像高壓鈉燈這類ＨＩＤ燈，通常需要３～６ｋＶ的高壓脈沖才能使其啟動引燃。因此，在全橋驅(qū)動器電路中，應附加點火?啟動?器電路。在普通熒光燈電子鎮(zhèn)流器中，燈啟動通常利用ＬＣ串聯(lián)諧振在電容兩端產(chǎn)生一個１ｋＶ以上的高壓施加到燈管上，以使燈管擊穿而點燃。而ＨＩＤ燈啟動電路則通常由帶負阻特性的開關(guān)元件（如硅ＡＣ雙向開關(guān)）、電容和升壓電感器等元件組成，該電路可用來產(chǎn)生數(shù)千伏的高壓點火脈沖。

圖4 汽車前燈驅(qū)動電路

３．２ 汽車前燈驅(qū)動電路

由于ＨＩＤ燈的使用壽命取決于通過石英燈管壁的鈉遷移率。因此，為使鈉遷移率最小化以延長燈的使用壽命，ＨＩＤ燈可在相對于系統(tǒng)地的負電壓下操作。圖４所示是汽車前燈（ＨＩＤ燈）的全橋驅(qū)動電路。該電路中的ＵＢＡ２０３２ＴＳ的腳＋ＬＶＳ和ＨＶ與橋路控制電路施加相同的低電源電壓，腳－ＬＶＳ連接到系統(tǒng)地。以系統(tǒng)地為參考，該橋路可在－４５０Ｖ?最大值?的負電壓下操作，同時“Ｈ”橋的輸出狀態(tài)與ＩＣ腳ＥＳＴＤＲ上的控制信號相關(guān)。這樣，在ＨＩＤ燈點火時，電路會產(chǎn)生一個非常大的ＥＭＣ尖峰脈沖，同時在全橋ＭＯＳＦＥＴ（ＬＬ、ＬＲ、ＨＲ和ＨＬ）的柵極上會產(chǎn)生非常高的瞬態(tài)電壓或振蕩。當ＭＯＳＦＥＴ柵極直接與ＩＣ內(nèi)的輸出驅(qū)動器輸出（腳ＧＨＲ、ＧＨＬ、ＧＨＬ和ＧＬＬ）直接耦合時，驅(qū)動器輸出會產(chǎn)生電壓過沖擊。為削弱驅(qū)動器輸出的過應力，可在每只ＭＯＳＦＥＴ柵極上串聯(lián)一只最小值不低于１００Ω的電阻，并并聯(lián)一只高速開關(guān)二極管（如ＩＮ４１４８）。

如果每只ＭＯＳＦＥＴ的柵極電荷為ＱＧ，那么當橋路頻率為ｆｂｒｉｄｇｅ時，４只ＭＯＳＦＥＴ的總柵極電流ＩＧ為４ｆｂｒｉｇｅＱＧ。該電流可由內(nèi)部低壓電源（ＶＤＤ）來提供。由于ＶＤＤ提供的最大電流被內(nèi)部保護電路限制在１１ｍＡ，因此，為了防止電流供應不足，設計時應附加一個輔助低壓電源。ＵＢＡ２０３２的同類器件還有Ｕ-ＢＡ２０３０和ＵＢＡ２０３３等。