全桥驱动器芯片UBA2032T/UBA2032TS
摘要：飞利浦公司采用EZ-HV SOI工艺制造的全桥驱动器UBA2032T/TS可用于驱动任何一类负载，尤其适合于驱动HID灯。文中介绍了UBA2032T/TS的功能特点，给出了它的典型应用电路。
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 点击放大
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
符 号引 脚功 能
UBA2032TUBA2032TS
-LVS11逻辑输入负电源电压
EXTRD22振荡器信号输入
+LVS33逻辑输入正电源电压
n.c4,6,16,19,214,5,7,18,19,22,24,25空脚
HV56内部低电源电压产生引脚
VDD79内部低电源电压
SU810启动延时输入信号
DD911除法器禁止控制输入
BD1012桥路禁止控制输入
RC1113内部振荡器RC输入
SGND1214信号地
GHL1315高端左边MOSFET栅极
FSL1416左边浮置电源电压
SHL1517高端左边MOSFET源极
GLL1720低端左边MOSFET栅极
PGND1921功率地
GLR2023低端右边MOSFET栅极
SHR2226高端右边MOSFET源极
FSR2327右边浮置电源电压
GHR2428高端右边MOSFET栅极
表2 逻辑关系
器件状态输入(脚)输出(脚)
BDSUDDEXTDRGHLGHRGLLGLR
启动HXXXLLLL
LXXXLLHH
振荡HXXXLLLL
LLXXLLHH
LHHGLHHL
LHLLH
LHLLHLLH
LHHLLH
HHLLH
HLLHHL
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VDD11.5±2V，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 点击放大
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 点击放大
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。
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