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UBA2037TS高强度放电(HID)灯全桥驱动器

UBA2037TS高强度放电(HID)灯全桥驱动器

荧光灯电子镇流器的DC/AC逆流器几乎全部采用半桥电路拓扑,而像高压钠灯、金属卤化物灯这类高强度放电灯电子镇流器,其DC/AC逆变电器通常都选择全桥拓扑结构。恩智浦半导体推出的UBA2037TS单片IC,是一种新型HID灯全桥控制与驱动器,主要用作驱动普通照明和投影机用100W以下的HID灯。封装及引脚功能UBA2037TS采用SSOP28封装,引脚排列如上图所示。引脚 符号 功能1VSS

荧光灯电子镇流器的DC/AC逆流器几乎全部采用半桥电路拓扑,而像高压钠灯、金属卤化物灯这类高强度放电灯电子镇流器,其DC/AC逆变电器通常都选择全桥拓扑结构。恩智浦半导体推出的UBA2037TS单片IC,是一种新型HID灯全桥控制与驱动器,主要用作驱动普通照明和投影机用100W以下的HID灯。UBA2037TS采用SSOP28封装,引脚排列如上图所示。
引脚符号功能
1VSS(clk)逻辑振荡器输入负电源电压
2CLK振荡器输入
3VDD(cik)逻辑振荡器输入正电源电压
4n.C.不连接
5n.C不连接
6HV高压电源输入到内部稳压器
7n.C不连接
8n.C.不连接
9VDD内部低压电源
10SU启动延迟输入
11DD除法器失效输入
12BD桥路失效输入
13RC内部振荡器RC输入
14SGND信号址
15GHL上面左MOSFET栅极驱动器输出
16FSL左浮动电源
17SHL上面左MOSFET源极
18n.C.不连接
19n.c不连接
20GLL下面左MOSFET栅极驱动器输出
21PGND功率级地
22n.c.不连接
23GLR下面右MOSFET栅极驱动器输出端
24n.C.不连接
25n.C.不连接
26SHR上面右MOSFET源极
27FSR右浮动电源
28GHR上面右MOSFET栅极驱动器输出端
上表列示了UBA2037TS的各个引脚功能。
基本功能与工作原理
功能框图UBA2037TS芯片集成了一个550V输入的串联稳压器、一个频率可调的振荡器和一个可选择除法器(÷2)、464V的高压电平移位电路、控制逻辑、自举二极管、外部时钟输入电路以及H桥(全桥)中左边高、低端及右边高、低端(共4个)功率MOSFET栅极驱动器等,其功能框图如下图所示。在不利用外部时钟时,IC引脚VDO(CLK)、CLK和Vss(CLK)可以连接到SGND。在此情况下,桥路振荡频率fbndge由IC引脚RC与VDD之间连接的电阻Rosc和引脚RC与SGND之间的电容Cosc及振荡器常数Kosc确定,计算公式:fbridge=1/(Kosc×Rosc×Cosc)在fbridge_500Hz时,Kosc=0.97±0.08。
外部时钟信号既可以从IC引脚CLK也可以从引脚RC获得。为了获得MOSFET栅极驱动信号50%的占空比,时钟信号可以经过内部除法器(÷2)进行2分频。为此,lC引脚DD应当连接到引脚SGND。非交叠时间在全桥配置中,非交叠时间被定义为两个导通的MOSFET关断后到另外两个MOSFET从关断到导通时的时间间隔,即通常所说的"死区时间"。UBA2037TS的非重叠时间通过内部自适应非交叠电路来实现。最短非交叠时间在内部固定在900ns。
桥路截止当IC引脚BD上的电压超过1.29V的典型值时,全桥中4个功率MOSFET即全部关断。
启动延迟利用IC引脚SU上的一个简单RC滤波器(R连接在引脚SU与VDD之间,C连接在引脚SU与SGND之间)或者利用来自处理器的一个控制信号,可以使启动延迟。在高压没有达到足够值之前,启动延迟可以保证HID灯系统不被启动。
应用电路
离线式HID灯驱动方案利用交流.市电电源供电的离线式HID灯电子镇流器电路,通常由EMI输入滤波器、桥式整流器、有源功率因数校正(PFC)DC-DC升压变换器、DC-DC降压变换器和全桥驱动电路几个部分组成,如下图所示。在很多应用中,可以不需要DC-DC开关型降压变换器。在DC供电的应用中(如汽车),驱动方案可以大为简化,但通常需要一个DC-DC升压变换器,级联一个全桥DC-DC转换器。UBA2037TS的基本应用电路U-BA2037TS的基本应用电路如下图所示。在这个HID灯全桥驱动电路中,外部时钟输入、启动延迟和全桥截止功能均未利用,所以IC引脚CLK、VSS(CLK)、VDD(CLK)和引脚BD均接地(SGND)。由于lC脚DD接地,内部除法器被利用,桥路换向频率为内部振荡器频率的二分之一。由于Rosc=100kΩ,Cosc=82nF,所以全角转换频率fbndge21/(0.97×100kΩ×82nF)一125Hz。Q1——Q4为全桥开关(MOS-FET)。当UBA2037TS引脚28和引脚20上的输出高电平信号驱动Q1和Q4导通时,引脚15和引脚23输出低电平,03和Q2截止;当IC引脚15和引脚23上输出高电平信号驱动Q3和Q2导通时,Q1和04截止。因此,在HID灯中通过交变的AC电流。之所以让HID灯在低频下工作,目的是避免发生声学共振,引起灯弧抖动或熄弧,对灯造成损害。选择,100——400Hz的工作频率,下会产生频闪现象。由于HID灯的启动引燃电压达3~5kV,为使HID灯触发点亮,需要一个启动器。HID灯启动器通过由带负阻特性的半导体器件和一个升压变压器组成,以产生一个数千伏的点火电压。
上图中,C1和C2为自举电容,MOSFET栅极串联电阻可使MOSFET逐渐导通,栅极上与栅极电阻R并联在一起的二极管(1N4148)能加速MOS-FET关断。
利用外部时钟信号的应用电路当利用外部时钟信号时,IC的RC引脚应当接地,如下图所示。IC外部振荡器控制电路以系统地作参考,引脚VDD(CLK)连接低压供电电源,引脚VSS(CLK/接地。若IC引脚DD连接VDD,内部除法器不用:若引脚DD接地,外部时钟输入信号则经过内部除法器被2分频。在负电压下运行的应用电路当HID灯用作汽车头灯照明时,为限制钠的迁移率,可将图4和图5中的全桥总线作为系统地,而图4和图5中的地线(SGND/PGND)则加负高压。在此情况下,UBA2037TS的引脚VDDlCLK)和引脚HV及引脚VDD应连接低压供电电源VVDD(典型值为12V),如下图所示。

启动器电路HID灯启动器的核心部件是一个升压线圈,与摩托车点火器道理相类似。下图为一种HID灯启动电路原理图。在Q5栅极加上高电平脉冲,Q5导通,DC高压将双向击穿二极管D1击穿后,电流通过升压变压器T1的初级绕组线圈W1,在次级升压绕组上产生一个3~5kV的高压脉冲对HID灯点火,灯一旦点亮,控制信号将Q5关断,W2只起镇流作用。
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