全桥驱动器芯片UBA2032T/UBA2032TS

关键词：全桥驱动器；高压IC；UBA2032T/TS；HID灯驱动电路

１　概述

飞利浦公司推出的ＵＢＡ２０３２高压单片ＩＣ是采用ＥＺ－ＨＶ ＳＯ１工艺制造的一种高压全桥驱动器。ＵＢＡ２０３２在全桥拓扑中通过外部ＭＯＳＦＥＴ可以驱动任何一种负载，尤其适用于驱动高强度的放电?ＨＩＤ?灯?如高压钠灯和金卤灯?换向器等?ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ?。ＵＢＡ２０３２的主要特点如下：

●内置自举二极管和高压电平移位器；

●桥路电压最高可达５５０Ｖ，并可直接从ＩＣ的ＨＶ脚输入高压，以为内部电路产生低工作电压，而无需附加低压电源；

●带输入启动延时，可利用简单的ＲＣ滤波器或来自处理器的控制信号产生延迟；

●振荡器频率可调节；

●只要ＢＤ脚上电压超过桥路截止门限?１．２９Ｖ?，所有ＭＯＳＦＥＴ都将被关断；

●为保证５０％的占空因数，振荡器信号在馈送到输出驱动器之前应通过除法器；

●非交叠?ｎｏｎ－ｏｖｅｒｌａｐ?时间可由自适应非交叠电路控制，最小非交叠时间可在内部固定；

●采用２４脚ＳＯ封装?ＵＢＡ２０３２Ｔ?和２８脚ＳＳＯＰ封装?ＵＢＡ２０３２ＴＳ?，引脚排列如图１所示。

图2 UBA2C32T/TS内部结构方框图

２ 内部结构及工作原理

２．１ 内部结构及引脚功能

ＵＢＡ２０３２片内集成有电压稳压器、振荡器、输入信号延迟和桥路禁止电路、控制逻辑、高／低压电平移位器、高端左／右驱动器和低端左／右驱动器等单元电路，图２所示是其内部结构框图。表１所列是ＵＢＡ２０３２的各引脚功能。

表1 UBA2032的引脚功能

表2 逻辑关系

备注：H为高电平；L为低电平；X表示无关

２．２ 工作原理

ＵＢＡ２０３２既可从ＨＶ脚施加电压以产生内部低电源电压ＶＤＤ?１１．５２Ｖ?，也可将低压电源直接连接到ＶＤＤ脚?此情况下ＨＶ脚必须连接到脚ＶＤＤ或ＳＧＮＤ?。当ＶＤＤ脚或ＨＶ脚上的电压高于释放功率驱动电平?典型值分别为９Ｖ和１２．５Ｖ?时，桥路输出电压将由ＥＸＴＤＲ脚上的控制信号来决定。表２列出了ＩＣ的状态及输入／输出之间的逻辑关系。一旦脚ＶＤＤ或ＨＶ上的电压降至功率驱动复位电平?分别为６．５Ｖ和１０Ｖ?以下，ＩＣ将进入再次启动状态。

当脚ＨＶ电压穿越释放功率驱动电平时，桥路将按照以下两点确定状态换向：

（１）高端左边和低端右边ＭＯＳＦＥＴ导通，高端右边和低端左边ＭＯＳＦＥＴ截止；

（２）高端左边和低端右边ＭＯＳＦＥＴ截止，高端右边和低端左边ＭＯＳＦＥＴ导通。

ＵＢＡ２０３２可以在三种不同模式下产生振荡：

第一种是内部振荡器模式。在该模式下，桥路转换频率由外部电阻ＲＯＳＣ和电容ＣＯＳＣ来决定。为实现５０％的占空比，内部除法器应通过连接脚ＤＤ到ＳＧＮＤ被赋能?同时脚ＥＸＴＤＲ必须与脚＋ＬＶＳ、－ＬＶＳ和ＳＧＮＤ或ＶＤＤ连接在一起。

第二种是不经内部除法器的外部振荡器模式。在该模式下，将脚ＲＣ短路到ＳＧＮＤ可使内部振荡器截止。当外部信号源连接到脚ＥＸＴＲＤ时，桥路频率将等于外部振荡器频率，而不是像内部振荡器模式那样，桥路频率为内部振荡器频率的１／２。

第三种为内部除法器的外部振荡器模式。在该模式时，为使内部除法器使能，脚ＲＣ、ＤＤ和脚ＳＧＮＤ必须连接在一起，而此时全桥输出频率为外部振荡器频率的１／２，桥路换向则通过ＥＸＴＲＤ脚信号的下降沿触发。

图3 基本应用电路

３　应用电路

３．１ ＨＩＤ灯基本驱动电路

ＵＢＡ２０３２主要是为驱动ＨＩＤ灯而设计的，图３所示是由ＵＢＡ２０３２Ｔ组成的ＨＩＤ灯全桥驱动电路。在这个基本应用拓扑结构中，ＩＣ的桥路禁止、启动延时和外部驱动功能均未被利用，ＩＣ脚的－ＬＶＳ、＋ＬＶＳ、ＥＸＴＤＲ和ＢＤ都短接到ＳＧＮＤ。脚ＤＤ连接到ＳＧＮＤ，内部２分频除法器被使能。由于使用了内部振荡器，桥路换向频率可由ＲＯＳＣ和ＣＯＳＣ的数值决定：

ｆｂｒｉｄｇｅ＝１／?Ｋｏｓｃ．Ｒｏｓｃ．Ｃｏｓｃ?

式中，常数Ｋｏｓｃ为１．０２。当ＩＣ脚ＨＶ上的电压超过１２．５Ｖ（典型值）（时，振荡器开始工作。一旦脚ＨＶ上的电压降至１０Ｖ（典型值）以下，那么，ＵＢＡ２０３２Ｔ将进入启动状态。

像高压钠灯这类ＨＩＤ灯，通常需要３～６ｋＶ的高压脉冲才能使其启动引燃。因此，在全桥驱动器电路中，应附加点火?启动?器电路。在普通荧光灯电子镇流器中，灯启动通常利用ＬＣ串联谐振在电容两端产生一个１ｋＶ以上的高压施加到灯管上，以使灯管击穿而点燃。而ＨＩＤ灯启动电路则通常由带负阻特性的开关元件（如硅ＡＣ双向开关）、电容和升压电感器等元件组成，该电路可用来产生数千伏的高压点火脉冲。

图4 汽车前灯驱动电路

３．２ 汽车前灯驱动电路

由于ＨＩＤ灯的使用寿命取决于通过石英灯管壁的钠迁移率。因此，为使钠迁移率最小化以延长灯的使用寿命，ＨＩＤ灯可在相对于系统地的负电压下操作。图４所示是汽车前灯（ＨＩＤ灯）的全桥驱动电路。该电路中的ＵＢＡ２０３２ＴＳ的脚＋ＬＶＳ和ＨＶ与桥路控制电路施加相同的低电源电压，脚－ＬＶＳ连接到系统地。以系统地为参考，该桥路可在－４５０Ｖ?最大值?的负电压下操作，同时“Ｈ”桥的输出状态与ＩＣ脚ＥＳＴＤＲ上的控制信号相关。这样，在ＨＩＤ灯点火时，电路会产生一个非常大的ＥＭＣ尖峰脉冲，同时在全桥ＭＯＳＦＥＴ（ＬＬ、ＬＲ、ＨＲ和ＨＬ）的栅极上会产生非常高的瞬态电压或振荡。当ＭＯＳＦＥＴ栅极直接与ＩＣ内的输出驱动器输出（脚ＧＨＲ、ＧＨＬ、ＧＨＬ和ＧＬＬ）直接耦合时，驱动器输出会产生电压过冲击。为削弱驱动器输出的过应力，可在每只ＭＯＳＦＥＴ栅极上串联一只最小值不低于１００Ω的电阻，并并联一只高速开关二极管（如ＩＮ４１４８）。

如果每只ＭＯＳＦＥＴ的栅极电荷为ＱＧ，那么当桥路频率为ｆｂｒｉｄｇｅ时，４只ＭＯＳＦＥＴ的总栅极电流ＩＧ为４ｆｂｒｉｇｅＱＧ。该电流可由内部低压电源（ＶＤＤ）来提供。由于ＶＤＤ提供的最大电流被内部保护电路限制在１１ｍＡ，因此，为了防止电流供应不足，设计时应附加一个辅助低压电源。ＵＢＡ２０３２的同类器件还有Ｕ-ＢＡ２０３０和ＵＢＡ２０３３等。