全桥驱动器UBA2030T的应用

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1前言

飞利浦公司利用“BCD750功率逻辑工艺方法”制造的UBA2030T,是为驱动全桥拓扑结构中的功率MOSFET而专门设计的高压IC。UBA2030T只需用很少量的外部元件,即可组成高强度放电(HID)灯电子镇流器电路,并且为HID灯驱动电路的设计提供了解决方案。

2封装、内部结构及引脚功能

UBA2030T采用24脚SO封装,顶视图如图1所示。

UBA2030T芯片集成了自举二极管、振荡器、高压和低压电平移相器、**(左、右)和低端(左、右)驱动器及控制逻辑等电路,其内部结构框图如图2所示。

表1列出了UBA2030T的引脚功能。

2主要参数及特点

2.1主要参数

UBA2030T的主要参数及参考数据如表2所列。

2.2主要特点

图1SO24封装顶视图

UBA2030T的主要特点如下:

内置自举二极管,用作驱动全桥电路可使外部元件减少到*低限度;

高压输入直达570V,为驱动内部电路和全桥

图2UBA2030T的内部结构框图

表1引脚功能

脚号 符号 功能描述
1 GLR 低端右边MOSFET的栅极驱动器输出
2 PGND 低端左、右MOSFET的源极功率地
3 GLL 低端左边MOSFET的栅极驱动器输出
4,6,9,16,17,19 n.c. 不连接
5 RC 内部振荡器RC输入
7 BE 控制输入使能
8 BER 桥路参考输入使能
10 FSL 浮置电源电压左边输出
11 GHL **左边MOSFET栅极驱动器输出
12 SHL **左边MOSFET源极
13 SHR **右边MOSFET源极
14 GHR **右边MOSFET栅极驱动器输出
15 FSR 浮置电源电压右边输出
18 HV 高压电源输入
20 EXO 外部振荡器输入
21 SD 关闭输入
22 DTC 死区时间控制输入
23 VDD 内部(低压)电源
24 SGND 信号地

 

表2主要参数及参考数据

符号 参数 条件 *小值 典型值 *大值 单位
高压
VHV 高压电源(电压)   0 570 V
启动(经脚HV施加)
Istrtu 启动电流   0.7 1.0 mA
Vth(osc,strt) 启动振荡门限电压 在fbridge=500Hz下,无载 14.0 15.5 17.0 V
Vth(osc,strt) 停止振荡门限电压 在fbridge=500Hz下,无载 11.5 13.0 14.5 V
输出驱动器
Io(source) 输出源电流 VDD=VFSL=VFSR=15VVGHR=VGHL=VGLR=VGLL=0V 140 190 240 mA
Io(sink) 输出灌电流 VDD=VFSL=VFSR=15VVGHR=VGHL=VGLR=VGLL=15V 200 260 320 mA
内部振荡器
fbridge 桥路振荡器频率 EXQ脚连接到SGND 50 50000 Hz
外部振荡器
fosc(ext) 外部振荡器频率 RC脚连接到SGNDfbridge=fosc(ext)/2 100 100000 Hz
死区时间
tdead 死区时间控制范围(外部可调)   0.4 4 μs
桥路使能
IIH 高电平输入电流 使能激活 100 700 μA
IIL 低电平输入电流 使能堵塞 0 20 μA
关闭
VIH 高电平输入电压 关闭激活:1ΔVSD/Δt1>5V/ms 4.5 VDD? V
VIL 低电平输入电压 关闭阻塞:1ΔVSD/Δt1>5V/ms 0 0.5 V
II(SD) 输入电流   0 50 μA
?VDD范围:0V~18V

中的MOSFET,IC提供自己产生的低电源电压;

利用在DTC脚和SGND脚之间连接的电阻器RDT来设定死区时间tdead,并且RDT=270tdead-70,RDT(min)=50kΩ,RDT(max)=1MΩ(RDT的单位为kΩ时,tdead的单位为μs);

振荡器频率可调,当使用内部振荡器时,桥路(bridge)频率可利用外部电阻器ROSC和电容器COSC设定:fbridge=1/(2×8×ROSC×COSC),并要求ROSC=200kΩ~2MΩ;

内置PMOS高压移相器,以控制桥路使能功能;

具有关闭功能,只要在SD脚上的输入达到4.5V,全桥中的4只MOSFET则被关断。

3应用介绍

UBA2030T典型应用主要是在高压的(HPS)灯和金属卤灯这类HID灯电子镇流器电路中作为全桥驱动器。

3.1基本应用电路

用UBA2030T作驱动器和HID灯为负载的全桥基本拓扑结构如图3所示。在这个应用电路中,

图3UBA2030T作驱动器、HID灯为负载的全桥基本电路

图4带外部控制电路的HID灯全桥拓扑结构

图5控制电路以桥路**作参考的HID灯驱动器电路

图6用低压DC电源为内部电路

提供电流的HID灯全桥驱动器电路

BER脚、BE脚、EXO脚和SD脚都接系统地,没有使用桥路使能和关闭功能。当使用内部振荡器时,桥路换向频率由ROSC和COSC的取值决定。当HV施加电压超过振荡触发门限(典型值是15.5V)时,振荡器开始振荡。如果在HV脚上的电压降至振荡器停止门限(典型值是13V)电压,IC将重新进入启动状态。

一旦IC开始正常工作,在功率开关HL(Q1)和LR(Q4)导通时,HR(Q3)和LL(Q2)则截止;当HR(Q3)和LL(Q2)导通时,HL(Q1)和LR(Q4)则截止。UBA2030T提供的换向逻辑,保证了在HID灯中能产生交变电流。

  HID灯的启动需要施加一个3kV~10kV的高压脉冲。由带负阻特性的触发元件、电容器和升压线圈等组成的点火器电路,在通电之后能产生足够使HID灯击穿的高电压,使灯引燃。为防止HID灯出现“声共振”现象,导致电弧不稳,烧坏灯管,对于HID灯驱动电路,往往还要采取“声共振”抑制措施。

3.2带外部振荡器控制的应用电路

图4示出的是带外部振荡器控制电路的HID灯全桥拓扑结构。在该应用电路中,UBA2030T的RC脚、BER脚和BE脚连接系统地,桥路换向频率由外部振荡器决定,关闭输入脚(SD脚)可以用作关断全桥电路中的全部MOSFET。

3.3控制电路以桥路**作参考的HID灯全桥驱动器电路

UBA2030T在驱动HID灯全桥系统中作为换向器元件使用。HID灯的使用寿命依赖于通过石英壁的钠迁移量。为使钠迁移比率减至*小,HID灯以系统地为参考时,必须在负压下工作。图5示出的是控制单元以桥路**作参考的HID灯全桥驱动器电路。在该应用电路中,BER脚和HV脚都连接到系统地。

图6所示的以桥路**作为参考的又一种HID灯全桥驱动电路。BER脚连接系统地,通过HV脚流入IC内部低压电路的电流可以由低压DC电源(如电池)提供,如图6中虚线所示。RDT的数值在50kΩ与1000kΩ之间。当RDT=220KΩ时,死区时间tdead是1μs.

在任何应用中,在IC脚HV上的电压不能低于在VDD脚上的电压。否则,不论是在启动状态还是进入正常工作期间,全桥都不会正确工作。在启动阶段,IC的EXO脚和SD脚都应处于低电平。在EXO脚和SD脚的电压为时间函数时,其变化速率应大于5V/ms。