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

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
	UBA2032T	UBA2032TS
-LVS	1	1	逻辑输入负电源电压
EXTRD	2	2	振荡器信号输入
+LVS	3	3	逻辑输入正电源电压
n.c	4,6,16,19,21	4,5,7,18,19,22,24,25	空脚
HV	5	6	内部低电源电压产生引脚
VDD	7	9	内部低电源电压
SU	8	10	启动延时输入信号
DD	9	11	除法器禁止控制输入
BD	10	12	桥路禁止控制输入
RC	11	13	内部振荡器RC输入
SGND	12	14	信号地
GHL	13	15	高端左边MOSFET栅极
FSL	14	16	左边浮置电源电压
SHL	15	17	高端左边MOSFET源极
GLL	17	20	低端左边MOSFET栅极
PGND	19	21	功率地
GLR	20	23	低端右边MOSFET栅极
SHR	22	26	高端右边MOSFET源极
FSR	23	27	右边浮置电源电压
GHR	24	28	高端右边MOSFET栅极

表2 逻辑关系

器件状态	输入（脚）				输出（脚）
	BD	SU	DD	EXTDR	GHL	GHR	GLL	GLR
启动	H	X	X	X	L	L	L	L
	L	X	X	X	L	L	H	H
振荡	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

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?１１．５±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

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。