全橋驅(qū)動器芯片UBA2032T/UBA2032TS

 摘要：飛利浦公司采用EZ-HV SOI工藝制造的全橋驅(qū)動器UBA2032T/TS可用于驅(qū)動任何一類負載，尤其適合于驅(qū)動HID燈。文中介紹了UBA2032T/TS的功能特點，給出了它的典型應(yīng)用電路。

    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(yīng)通過除法器；

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

●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

符  號	引    腳		功    能
	UBA2032T	UBA2032TS
-LVS	1	1	邏輯輸入負電源電壓
EXTRD	2	2	振蕩器信號輸入
+LVS	3	3	邏輯輸入正電源電壓
n.c	4,6,16,19,21	4,5,7,18,19,22,24,25	空腳
HV	5	6	內(nèi)部低電源電壓產(chǎn)生引腳
VDD	7	9	內(nèi)部低電源電壓
SU	8	10	啟動延時輸入信號
DD	9	11	除法器禁止控制輸入
BD	10	12	橋路禁止控制輸入
RC	11	13	內(nèi)部振蕩器RC輸入
SGND	12	14	信號地
GHL	13	15	高端左邊MOSFET柵極
FSL	14	16	左邊浮置電源電壓
SHL	15	17	高端左邊MOSFET源極
GLL	17	20	低端左邊MOSFET柵極
PGND	19	21	功率地
GLR	20	23	低端右邊MOSFET柵極
SHR	22	26	高端右邊MOSFET源極
FSR	23	27	右邊浮置電源電壓
GHR	24	28	高端右邊MOSFET柵極

表2 邏輯關(guān)系

器件狀態(tài)	輸入（腳）				輸出（腳）
	BD	SU	DD	EXTDR	GHL	GHR	GLL	GLR
啟動	H	X	X	X	L	L	L	L
	L	X	X	X	L	L	H	H
振蕩	H	X	X	X	L	L	L	L
	L	L	X	X	L	L	H	H
	L	H	H	G	L	H	H	L
				L	H	L	L	H
	L	H	L	L	H	L	L	H
				LH	H	L	L	H
				H	H	L	L	H
				HL	L	H	H	L

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?１１．５±２Ｖ?，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(fù)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(dǎo)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(dǎo)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(yīng)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(yīng)用電路

３　應(yīng)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(shè)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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)不足，設(shè)計時應(yīng)附加一個輔助低壓電源。ＵＢＡ２０３２的同類器件還有Ｕ-ＢＡ２０３０和ＵＢＡ２０３３等。