摘要：飛利浦公司採用EZ-HV SOI工藝製造的全橋驅動器UBA2032T/TS可用於驅動任何一類負載，尤其適合於驅動HID燈。文中介紹了UBA2032T/TS的功能特點，給出了它的典型應用電路。
關鍵詞：全橋驅動器；高壓IC；UBA2032T/TS；HID燈驅動電路
１ 概述
飛利浦公司推出的ＵＢＡ２０３２高壓單片ＩＣ是採用ＥＺ－ＨＶ ＳＯ１工藝製造的一種高壓全橋驅動器。ＵＢＡ２０３２在全橋拓撲中通過外部ＭＯＳＦＥＴ可以驅動任何一種負載，尤其適用於驅動高強度的放電?ＨＩＤ?燈?如高壓鈉燈和金滷燈?換向器等?ｃｏｍｍｕｔａｔｏｒ?。ＵＢＡ２０３２的主要特點如下：
●內置自舉二極體和高壓電平移位器；
●橋路電壓最高可達５５０Ｖ，並可直接從ＩＣ的ＨＶ腳輸入高壓，以為內部電路產生低工作電壓，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生延遲；
●振蕩器頻率可調節；
●只要ＢＤ腳上電壓超過橋路截止門限?１．２９Ｖ?，所有ＭＯＳＦＥＴ都將被關斷；
●為保證５０％的佔空因數，振蕩器信號在饋送到輸出驅動器之前應通過除法器；
●非交疊?ｎｏｎ－ｏｖｅｒｌａｐ?時間可由自適應非交疊電路控制，最小非交疊時間可在內部固定；
●採用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內部結構方框圖
２ 內部結構及工作原理
２．１ 內部結構及引腳功能
ＵＢＡ２０３２片內集成有電壓穩壓器、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／右驅動器和低端左／右驅動器等單元電路，圖２所示是其內部結構框圖。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 | 內部低電源電壓產生引腳 |
| VDD | 7 | 9 | 內部低電源電壓 |
| 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 邏輯關係
| 器件狀態 | 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 | ||||
備註：H為高電平；L為低電平；X表示無關
２．２ 工作原理
ＵＢＡ２０３２既可從ＨＶ腳施加電壓以產生內部低電源電壓ＶＤＤ?１１．５２Ｖ?，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腳上的電壓高於釋放功率驅動電平?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的狀態及輸入／輸出之間的邏輯關係。一旦腳ＶＤＤ或ＨＶ上的電壓降至功率驅動復位電平?分別為６．５Ｖ和１０Ｖ?以下，ＩＣ將進入再次啟動狀態。
當腳ＨＶ電壓穿越釋放功率驅動電平時，橋路將按照以下兩點確定狀態換向：
（１）高端左邊和低端右邊ＭＯＳＦＥＴ導通，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導通。
ＵＢＡ２０３２可以在三種不同模式下產生振蕩：
第一種是內部振蕩器模式。在該模式下，橋路轉換頻率由外部電阻ＲＯＳＣ和電容ＣＯＳＣ來決定。為實現５０％的佔空比，內部除法器應通過連接腳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。
第二種是不經內部除法器的外部振蕩器模式。在該模式下，將腳ＲＣ短路到ＳＧＮＤ可使內部振蕩器截止。當外部信號源連接到腳ＥＸＴＲＤ時，橋路頻率將等於外部振蕩器頻率，而不是像內部振蕩器模式那樣，橋路頻率為內部振蕩器頻率的１／２。
第三種為內部除法器的外部振蕩器模式。在該模式時，為使內部除法器使能，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。
圖3 基本應用電路
３ 應用電路
３．１ ＨＩＤ燈基本驅動電路
ＵＢＡ２０３２主要是為驅動ＨＩＤ燈而設計的，圖３所示是由ＵＢＡ２０３２Ｔ組成的ＨＩＤ燈全橋驅動電路。在這個基本應用拓撲結構中，ＩＣ的橋路禁止、啟動延時和外部驅動功能均未被利用，ＩＣ腳的－ＬＶＳ、＋ＬＶＳ、ＥＸＴＤＲ和ＢＤ都短接到ＳＧＮＤ。腳ＤＤ連接到ＳＧＮＤ，內部２分頻除法器被使能。由於使用了內部振蕩器，橋路換向頻率可由ＲＯＳＣ和ＣＯＳＣ的數值決定：
ｆｂｒｉｄｇｅ＝１／?Ｋｏｓｃ．Ｒｏｓｃ．Ｃｏｓｃ?
式中，常數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，那麼，ＵＢＡ２０３２Ｔ將進入啟動狀態。
像高壓鈉燈這類ＨＩＤ燈，通常需要３～６ｋＶ的高壓脈衝才能使其啟動引燃。因此，在全橋驅動器電路中，應附加點火?啟動?器電路。在普通螢光燈電子鎮流器中，燈啟動通常利用ＬＣ串聯諧振在電容兩端產生一個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元件（如矽ＡＣ雙向開關）、電容和升壓電感器等元件組成，該電路可用來產生數千伏的高壓點火脈衝。
圖4 汽車前燈驅動電路
由於ＨＩＤ燈的使用壽命取決於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燈可在相對於系統地的負電壓下操作。圖４所示是汽車前燈（ＨＩＤ燈）的全橋驅動電路。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連接到系統地。以系統地為參考，該橋路可在－４５０Ｖ?最大值?的負電壓下操作，同時「Ｈ」橋的輸出狀態與ＩＣ腳ＥＳＴＤＲ上的控制信號相關。這樣，在ＨＩＤ燈點火時，電路會產生一個非常大的ＥＭＣ尖峰脈衝，同時在全橋ＭＯＳＦＥＴ（ＬＬ、ＬＲ、ＨＲ和ＨＬ）的柵極上會產生非常高的瞬態電壓或振蕩。當ＭＯＳＦＥＴ柵極直接與ＩＣ內的輸出驅動器輸出（腳ＧＨＲ、ＧＨＬ、ＧＨＬ和ＧＬＬ）直接耦合時，驅動器輸出會產生電壓過衝擊。為削弱驅動器輸出的過應力，可在每隻ＭＯＳＦＥＴ柵極上串聯一隻最小值不低於１００Ω的電阻，並並聯一隻高速開關二極體（如ＩＮ４１４８）。
如果每隻ＭＯＳＦＥＴ的柵極電荷為ＱＧ，那麼當橋路頻率為ｆｂｒｉｄｇｅ時，４只ＭＯＳＦＥＴ的總柵極電流ＩＧ為４ｆｂｒｉｇｅＱＧ。該電流可由內部低壓電源（ＶＤＤ）來提供。由於ＶＤＤ提供的最大電流被內部保護電路限制在１１ｍＡ，因此，為了防止電流供應不足，設計時應附加一個輔助低壓電源。ＵＢＡ２０３２的同類器件還有Ｕ-ＢＡ２０３０和ＵＢＡ２０３３等。
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