UBA2032T全橋驅(qū)動芯片在PWM中的應(yīng)用

摘要：介紹了一種新型的全橋電路驅(qū)動芯片UBA2032T，重點闡述了芯片的結(jié)構(gòu)特點、基本原理、應(yīng)用設(shè)計中的接線方法。給出了UBA20321T與C805lF330D高速單片機在PWM設(shè)計中的應(yīng)用。利用仿真實驗，驗證了使用UBA2032T進行該方案設(shè)計的正確性。
關(guān)鍵詞： UBA2032T；全橋電路；C805lF330D；PWM

    飛利浦公司推出的UBA2032T高壓單片IC，是采用EZ-HVSOI工藝制造的一種新型高壓全橋驅(qū)動器。UBA2032T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)動高強度的放電燈(HID)或者全橋電路設(shè)計。它可以使用內(nèi)部的振蕩器或者利用外部驅(qū)動電路對全橋電路的高電壓平移控制，為了保證能夠產(chǎn)生精確的50％占空比，在振蕩器反饋信號輸出驅(qū)動器之前，振蕩器的信號經(jīng)過2分頻后才能通過驅(qū)動器。UBA2032T的主要特點如下：
    (1)內(nèi)置自舉二極管和高壓電平移位器；
    (2)橋路電壓最高可達550 V，并可直接從IC的HV腳輸人高壓端，為內(nèi)部電路產(chǎn)生低壓，從而無需附加低壓電源；
    (3)輸入啟動延時，能夠使用簡單的。RC濾波器或者來自驅(qū)動器的控制信號產(chǎn)生延遲，振蕩器的頻率能夠調(diào)節(jié)；
    (4)非交疊時間可以由自適應(yīng)非交疊電路控制，最小非交疊時間可在內(nèi)部固定。

1 UBA2032T的引腳結(jié)構(gòu)
    UBA2032T采用SO24塑料封裝形式，引腳排列如圖1所示。

    UBA2032T內(nèi)部集成了電壓穩(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)動器等電路。該芯片集成度高，為全橋電路的設(shè)計帶來了方便。
1．1 UBA2032T工作原理
    使用uBA2032T時，HV端輸入高壓端(0～550 V)，IC內(nèi)部將在VDD端輸出低壓(0～14 V)供內(nèi)部或者外部電路使用，或者直接使用外部提供的低壓直接與VDD進行連接。注意，在與外部低壓連接時，一定要保證HV與VDD或者SGND相連接。如果VDD或者HV端的電平高于功率驅(qū)動電平時，橋路輸出電壓將由EXTDR引腳上的控制信號來決定，一旦VDD或者HV上的電平降至功率驅(qū)動復位電平以下，IC將再次進人啟動狀態(tài)。當管腳HV的電壓穿越釋放功率驅(qū)動電平時，橋路將按照以下方式確定狀態(tài)換向：
    (1)高端左邊和低端右邊MOSFET，右邊和低端左邊MOSFET截止；
    (2)高端左邊和低端右邊MOSFET，右邊和低端左邊MOSFET導通。
    在該設(shè)計中，就是利用UBA2032T的這一互補導通和強大的驅(qū)動能力特性，使用單片機產(chǎn)生一定占空比的PWM信號，對負載進行驅(qū)動。
1．2 UBA2032T工作模式
    UBA2032T有3種不同的振蕩工作模式：
    (1)內(nèi)部振蕩器模式。在該模式下，HV端為IC芯片進行供電，橋路的振蕩頻率由外部所接的電阻和電器來決定。如果要實現(xiàn)50％占空比，應(yīng)該將DD端接SGND使能內(nèi)部分頻器。同時要將EXTDR與+LVS，-LVS和SGND或者VDD。管腳相連接，減少外界對不使用管腳的干擾；
    (2)使用外部振蕩器模式。該模式下，管腳RC與SGND連接，這樣可以禁止內(nèi)部振蕩器。如果外部信號源連接到EXTDR端時，橋路的振蕩頻率將由外部的輸入信號決定。在使用外部振蕩器時，應(yīng)關(guān)閉分頻器，所以將DD端接高電平。BD管腳是用來關(guān)閉全橋電路中的4個MOSFET，應(yīng)接高電平使能全橋電路；
    (3)內(nèi)部分頻器和外部振蕩器同時使用的模式。在該模式下，管腳RC和DD，SGND相短接。此時全橋輸出頻率為振蕩器頻率的1／2，橋路轉(zhuǎn)換則通過EXTDR輸入信號的下降沿觸發(fā)。
1．3 UBA2032T邏輯控制表

    PWM應(yīng)用設(shè)計中，UBA2032T選用的是外部振蕩器模式。按照表1所示，選擇BD接低電平、SU和DD接高電平，這樣根據(jù)外部輸入信號的高低電平變化就能夠在GHL，GHR，GLL，GLR管腳輸出高低不同的邏輯信號。

2 UBA2032T與C8051F330D在PWM電路
2．1 C8051F330D的優(yōu)點
    該PWM電路設(shè)計中，為了減少對硬件資源的使用和設(shè)計方便。使用C8051F330D單片機作為控制器，利用自身的PCA模塊產(chǎn)生占空比能夠改變的一定頻率的低壓PWM序列，選用C805lF系列單片機，具有以下優(yōu)點：
    (1)C805lF系列單片機是與51單片機指令集相互兼容，具有C51所有外設(shè)部件，減少了外圍電路的設(shè)計。單片機內(nèi)部有高／低振蕩器，通過簡單設(shè)置相關(guān)寄存器就能夠產(chǎn)生系統(tǒng)時鐘，無需外界晶振。系統(tǒng)時鐘頻率最高可達25 MHz，完全能夠滿足設(shè)計要求；
    (2)內(nèi)部PCA模塊包括一個專用的16位計數(shù)器／定時器時間基準和3個可編程的捕捉／比較模塊。時間基準的時鐘可以是下面的6個時鐘源之一：系統(tǒng)時鐘／12、系統(tǒng)時鐘／4、定時器0溢出、外部時鐘輸入(ECI)、系統(tǒng)時鐘和外部振蕩源頻率／8。使用PCA功能可以產(chǎn)生8位或者16位PWM序列。不僅序列的占空比根據(jù)需要可以改變，而且通過選擇不同的時間基準可以改變頻率；
    (3)對PCA的特殊功能寄存器進行簡單的設(shè)置，利用軟件編程的方法，在相應(yīng)的端口輸出PWM序列。
2.2 8位脈寬調(diào)制方法及PCA設(shè)置
    C805lF330D的每個PCA模塊都可以被獨立地用在對應(yīng)CEXn的引腳產(chǎn)生脈寬調(diào)制(PWM)輸出。PWM輸出的頻率取決于PCA計數(shù)器／定時器的時基。使用模塊的捕捉／比較寄存器PCAOCPLn改變PWM輸出信號的占空比。當PCA計數(shù)器／定時器的低字節(jié)(PCAOL)與PCAOCPLn中的值相等時，CEXn引腳上的輸出被置‘1’；當PCA0L中的計數(shù)值溢出時，CEXn輸出被復位。
    如果計數(shù)器／定時器的低字節(jié)PCAOL溢出(從0xFF到Ox00)，保存在PCAOCPLn中的值被自動裝入到PCAOCPLn不需軟件干預(yù)。通過將PCAOCPMn寄存器中的ECOMn和PWM位置‘1’來使能8位脈沖寬度調(diào)制器方式。8位PWM方式的占空比由如下方程得到 
   
    注意：當向PCA0的捕捉／比較寄存器寫入一個16位數(shù)值時，應(yīng)先寫低字節(jié)。向PCAOCPLn的寫入操作將清‘0’ECOMn位；向PCA0CPLn寫入時將置‘1’ECOMn位。8位脈寬調(diào)制最大占空比為100％(PCAOCPLn=0)，最小占空比為0．39％(PCAOCPLn=0xFF)。可以通過清‘0’ECOMn位產(chǎn)生0％的占空比。
    設(shè)計中只輸出一路PWM信號，所以只對PCAMn進行設(shè)置。C8051F330D相關(guān)寄存器及PCA寄存器的設(shè)置如下：
    (1)對于C8051F330D單片機，首先使能交叉開關(guān)，并使輸出端口設(shè)置為上拉，這樣才能使產(chǎn)生的．PWM信號能夠從相應(yīng)的端口輸出，即XBR0=Ox41；使端口P0.0作為PWM的輸出端；
    (2)PCA寄存器設(shè)置。要使能PCAOCN中的CR位，設(shè)置PCAOMD中的CPS0，CPS1，CPS2位選擇PCA的時鐘頻率，根據(jù)要求選擇SYSCLK／4分頻；
    (3)在PCAOCPM0寄存器中設(shè)置為8位。PWM，并令其中斷使能，只需更改PCAOCPLn的值，就能夠達到改變占空比的目的。
2．3 UAB2032T的工作過程

    如圖2所示，單片機輸出的PWM通過CD40106施密特觸發(fā)器，首先使輸出的PWM序列的上升沿或者下降沿延遲減小。經(jīng)過整形后的PWM序列送入UBA203T的EXTDR端。由于采用外部振蕩器模式，根據(jù)邏輯控制表，將DD，SU及+LVS接高電平(UBA2032T的VDD)，使除法器使能禁止，BD接低電平使能全橋電路，HV高壓端接100 V。最終使全橋電路的控制只受外部輸入的PWM序列控制。當在上升沿到達的時候，GHL和GLR為高電平，GHR和GLL為低電平。導通Q1和Q4的MOSFET，在輸出端得到由高到低的脈沖。如果PWM的下降沿到來的時候，GHR和GLL為高電平，GHL和GLR為低電平。這樣輸出端將輸出由低到高的脈沖。如果輸入的PWM是連續(xù)的，這樣在全橋電路的輸出端就輸出以HV高壓端為基準的PWM脈沖序列。如果電路中產(chǎn)生比較大的尖峰脈沖，會在全橋電路中MOSFET柵極產(chǎn)生比較高的瞬態(tài)電壓或振蕩。當MOSFET的柵極直接與UBA2032T的GHR，GHL，GHL，GLR管腳直接耦合，驅(qū)動器輸出會產(chǎn)生高電壓沖擊。為了減少這種高電壓的沖擊，可以在MOSFET上串聯(lián)一個不小于100 Ω的電阻，并聯(lián)一個高速二極管。

3 仿真結(jié)果
    仿真采用NI公司的Multisim仿真軟件。使用四綜示波器觀察仿真波形，如圖3所示。

    由上往下第1路代表GHL，第2路代表GHR，第3路代表GLL，第4路代表GLR。輸入的PWM頻率為500 Hz，HV端輸入電壓為100 V。通過仿真波
形發(fā)現(xiàn)，利用一路PWM序列的信號驅(qū)動UBA2032T，能夠產(chǎn)生互補對稱的4路驅(qū)動信號。波形比較光滑、規(guī)整，發(fā)揮了UAB2032T的全橋驅(qū)動能力。

4 結(jié)束語
    由上述UBA2032T工作原理和仿真結(jié)果可以得到，采用UBA2032T驅(qū)動全橋電路，實現(xiàn)了對于PWM序列的驅(qū)動，達到了設(shè)計目的。采用C805-1F330D單片機與UBA2032T相結(jié)合的方法，簡化了設(shè)計，減少對硬件資源的浪費。單片機內(nèi)部集成的PCA模塊為產(chǎn)生PWM帶來便利。