HID灯控制电路UCC3305分析报告

UCC2305分析报告一・UCC2305的原理分析1．电路框图10VJOaclllalor10VVOUTSENSE100kBS5B-15QOUT7BI1DividerI^EJNSEIN^3COMP2B2.5V—14NOTONasmv—250nA&BV—110isetWARMUPVR»f*r«n&eGVREF2.5VUDG--=4D91-1MatterBlas■I—IFromLimiterG«ln-1.931~I©Pow^r100kHzid10VJOaclllalor10VVOUTSENSE100kBS5B-15QOUT7BI1DividerI^EJNSEIN^3COMP2B2.5V—14NOTONasmv—250nA&BV—110isetWARMUPVR»f*r«n&eGVREF2.5VUDG--=4D91-1MatterBlas■I—IFromLimiterG«ln-1.931~I©Pow^r100kHzid39nAkIJUnAtjacmnA佰bnA6QkHz)_>IWAHMUPCPi]-TJqout1Q|PWMOUTBOOST|1B| _CSC——2CHVPAU&E«'密匸Sn丄片' PUMPOUTQ俪H2340Hz._-151 !AFLTC————I60nA(pLMD ISENSE 蓟I5DM0g^5LOPEC|g| - 1I®--一申FLTCurrent*5—[i]BYPASSSinks'|申LPOWERI2・供电原理普通的功率开关MOSFET管的栅驱动电压至少要达到8V,以保证高的导通效率和低的导通电阻。尽管这样UCC2305的供电电压低至5V时，通过内部的电荷泵升压电路就可以驱动功率MOSFET管。UCC2305内置有电荷泵升压电路。脚OSC外接的电容和ISET外接的电阻可以提供产生—定的工作频率。把工作频率经过一个低电平触发的T触发器就可以在PUMPOUT脚得到一个交流信号。把这个交流信号和外部的二极管当作开关器件，通过电压倍压器，在脚BOOST可得到一个10V的电压，为UCC2305中的很多功能供电。3．恒功率输出UCC2305主要是保证稳态时恒功率输出。稳定工作时HID灯的功率应该基本恒定，太高的功率会损坏灯管，缩短灯管使用寿命。过低的功率会降低亮度。UCC2305通过引脚PWMOUT的输出来满足恒功率的要求。引脚PWMOUT的输出是通过一个多输入触发器来控制。当灯功率高时，那么降低PWMOUT的频率，当灯功率低时,则加大PWMOUT的频率。以此来保证灯的恒功率。UCC2305的引脚LOADISENSEIN脚内部的功率调整放大器（引脚LPOWER为其输出）和引脚FB内部的误差放大器（引脚COMP为为其输出），在内部连接PWM比较器，组成功率调节环路。在UCC2305中HID灯功率的调节主要是把实际的功率和灯的功率进行比较，来调节PWMOUT的输出频率，进而调节灯的功率。UCC2305的输入电流由ISENSEIN外接的采样电阻来获得。实际灯电流通过LOADISENSEIN检测。VOUTSENSE通过一个120：1的电阻分压器来检测灯的工作电压。把灯的电流和电压进行乘法运算，在LPOWER产生一个大致比例于灯功率的输出信号。将这个信号产生的输出电流和ISENSEIN检测的输入电流通过PWM比较，如果这个输出电流比输入电流大（电流的比较最终通过电压的比较完成），说明此时灯的功率比较大，那么通过R端重设PWMOUT的占空比，来降低灯的功率。反之类似。4•可驱动DCHID灯和ACHID灯DCHID灯电流从阳极流向阴极。在长期应用中，阴极材料不断迁移，则使用寿命就缩短。ACHID灯在交变电流下运行，两个电极温度几乎没有差别，电极材料迁移影响较小，那么就可以延长灯的使用寿命。而UCC2305不仅可以用来控制DCHID灯，还可以用来控制ACHID灯。UCC2305的脚PWMOUT可以直接用来控制和驱动DCHID灯，脚QOUT和脚〜QOUT可以用来控制和驱动ACHID灯。脚PWMOUT的脉冲信号用于驱动外接功率开关MOSFET管，其频率通过内置振荡器和多输入端的RS触发器控制（典型值为100kHz）.UCC2305内置分频器将单端驱动的频率（一般取100kHz）除以512,得到195Hz的低频，供给脚QOUT和脚〜QOUT。如果脚QOUT和脚〜QOUT的频率过高，可能会发生声共振，甚至烧毁灯；频率过低，灯容易闪烁。所以需要通过分频器把其频率降下来。一般设计中把灯的工作频率设置在100〜400Hz之间。5．内置温度补偿UCC2305内部含有复杂的电路来预测灯温、补偿灯温，当灯处于冷态时，给灯较高的功率，当灯温升高时减少功率到一般的水平。这个功能的实现是在开灯时，通过检测连接于脚SLOPEC和脚WARMUPC上的电容CS和CW上的充电电压，预测灯温，关灯时，这两个电容以一个可控制的速度放电，放电电流通过UCC2305内的电流源所设定。控制这些电容放电的能量来自于连接到BYPASS的一个电容存储的能量。CS及CW必须是精密薄膜电容，与灯的“时间－温度”关系相匹配。当灯启动时，因为CS和CW电压较低（对应灯的温度较低），则CS上的电压和灯的电流通过类似乘法运算得到灯的比例功率，再经过类似除法运算得到的电流和ISENSEIN端的输入电流进行比较，发现这个电流远小于输入电流，则加快PWMOUT的输出，使灯快速点亮。同样把WARMUPC上的电容CW的电压通过缓冲器得到的电压经过两个比较器把触发器的R端置为低电平，使PWMOUT的输出频率加快。当灯温升高时，通过运算加宽触发器的R的高电平，减小PWMOUT输出的频率，来减少功率到一般的水平来补偿灯温。当灯关闭时，CS和CW进行放电，直至放电为0。但在灯未完全冷却的时再次开灯时，灯

可以根据放电的时间来估算出灯现在的温度，进行上述的过程。需要注意的是，因为灯在热态（灯在运行中熄灭，灯尚未完全冷却下重新开启）时所需要的触发电压比在冷态（环境温度下）需要的触发电压大的多，所以热态时需要更大的PWMOUT输出。这时必须估算出灯的温度，给灯提供更大的功率。6．过压保护电路（1） 电池过压保护在汽车启动工作情况下会发生过电压的情况，所以需要过压保护。主要通过脚BAT完成。脚BAT在外部电路接入一个电阻分压器，当BAT达到5V时，通过一个比较器的输出信号来终止其内部的PWM发生器的工作。典型使用方法是在电池供电端加一个由270kQ和100kQ电阻组成的分压电路，这样由这两个电阻分压器设定的UCC2305关断电压大约为18.5V（2） 灯过压保护引脚VOUTSENSE通过一个120：1的电阻分压器来检测灯的工作电压。HID灯正常工作时，其两端的电压为60V〜110V。灯的点火电压为300V以上，一般不超过600V。如果灯电压低于10V表明灯出现短路故障。如果引脚VOUTSENSE的电压达到5V,相应的灯上电压达为600V,则UCC2305通过内部的一个比较器电路的输出信号来终止其内部的PWM发生器的工作。二.UCC2305应用电路原理1・反激式HID电子镇流器电路图CObFOiHpuLUCC33QS^SOUTiaoresE-YFAEtFLTCIasi〒H!--ClTCObFOiHpuLUCC33QS^SOUTiaoresE-YFAEtFLTCIasi〒H!--ClTCFrCWPWM PWMDmparftlwLvtohAEUWARMUPCiLpvM1ari12．工作原理UCC2305主要电源由引脚VCC提供，该引脚上的电压被外部齐纳二极管钳位在6.8V,稳压管可以对电路进行过压及反向保护。PUMPOUT输出的是一个方波信号，摆幅从地到VCC，开关频率为50kHz。当PUMPOUT输出为低电平时，VCC向与PUMPOUT相连的电容进行充电，当PUMPOUT输出为高电平时，电容则向脚BOOST进行放电。反复上述过程，BOOST脚电压很快上升。由于内部电路中PUMPOUT脚和BOOST脚接一个比较器，当BOOST脚电压达到10V时，PUMPOUT就停止输出方波，所以BOOST脚的电压被稳定在10V。电池通过一个滤波电路接到变压器的主线圈上。PWMOUT脚的输出接一个反激式变换器，所谓反激，是指在MOSFET管导通时，在初级电感线圈中储存能量，当MOSFET管截止时，初级线圈中储存能量在通过次线圈释放给负载。所以当PWMOUT输出高电平时，开关MOSFET管导通，输入电压被施加到高频变压器的初级绕组上。由于变压器的次级的整流二极管反接，因此次级绕组没有电流流过。当MOSFET管截止时，绕组上的电压极性颠倒，二极管正偏，导通期间储存在中的能量便通过负载释放出来，为HID灯提供直流电压。功率MOSFET管的源极电阻用做检测输入电流，并将检测信号输入ISENSEIN。输入电压由270kQ和100kQ组成的分压器检测，只要BAT的电压超过5V,电路则关闭其PWM输出，使MOSFET管截止。LOADISENSE与地之间的电阻是输出电流检测脚。UCC2305的引脚LOADISENSEIN脚内部的功率调整放大器（引脚LPOWER为其输出）和引脚FB内部的误差放大器（引脚COMP为为其输出），在内部连接PWM比较器，组成功率调节环路。与VOUTSENSE脚相连的两个电阻形成电阻分压器，用来检测灯的电压。VOUTSENSE脚的电压为灯电压的1/120。ISET脚用来设置UCC2305的偏置电流，同时和OSC脚上的电容，一起设置振荡器的频率。在正常工作时，FLTC脚的外部电容通过内部电流源放电至0V。如果灯开路，短路或停止工作，在VOUTSENSE脚上的灯检测电压会超过83mV—2V的范围。这时，IC内部的电流源将以250nA的电流对这个电容充电。如果FLTC脚上的电压超过5V，IC将关闭。如果FLTC脚上的电压在达到5V之前故障被清除，电容将放电至0V。UCC2305的脚SLOPEC上的电容CS和脚WARMUPC上的电容CW,通过充电和放电来预测灯温度，并对其提供补偿。当灯在“冷态”时，用较高的功率驱动；当灯已经加热时，则将灯驱动功率减少到正常工作状态。电容CS和CW用做设置上述过程的时间常数。电容CW上的电压可以改变功率调整点和灯短路电流。灯冷/热，短路电流之比则有UCC2305的引脚ADJ上的外接电阻设定。当VCC电源或灯被关断时，CS和CW必须在被控制的速率上放电，放电电流由内部的电流源设定。在镇流器接通后，UCC2305上的BYPASS脚上的电容充电，当镇流器关断时，电容上储存的能量控制CS和CW的放电速度。UCC2305的引脚WARMUPC上的电压用来调整通过脚FB进入内部误差器的信号，但由于引脚WARMUPC上的阻抗太高，经过内部缓冲器的处理后从WARMUPV脚输出，并通过外部电阻组成的的分压器送到FB脚。脚QOUT和脚〜QOUT用来驱动全桥输出极，脚QOUT和脚〜QOUT的信号可以直接与低端MOSFET管相连，通过电平位移电路与高端MOSFET管相连。正常工作时，MOSFET管交替导通，为HID灯提供交流信号。

三．有特点的功能模块1．限幅电路(1)输出限制在5VM538和M539组成差分输入极,其漏极电流由M530和M531提供,M540作为其负载。M532作为差分的输出端，R46为输出的反馈电阻。随着Vin上升，Vout跟着上升。M544和M543组成比较器的差分输入端，因为M544的电压固定在5V,所以Vout的电压最大值被限制在5V，不再随着Vin的上升而上升。nmos4l=4u(2)输出限制在0.5V和0.82V之间原理同上电路。区别在于有两个比较器来限制电压。2・T触发器门极图如下：所以说只有当Vin输入为低电平时，Vout的输出才会翻转。所以是下降沿触发的所以说只有当Vin输入为低电平时，Vout的输出才会翻转。所以是下降沿触发的T触 1llQ. <Ld\i!z.Ld钟控反相器的真值表是发器，而且Vout的频率为Vin频率的1/2,如果把7个这样的T触发器串联就构成电路中的7比特分频器，而且输出频率为原来的1/27即1/512。2．5VREF基准源此电路与一般的基准源不同的是有启动电路，为M3和M4的提供合适的电压，使其导通。Q4Q5D64R3R4组成的能隙基准源的输出电压应为1.25V,由于R1的阻值是R2的三倍，所以输出5V的基准电压。M8此电路与一般的基准源不同的是有启动电路，为M3和M4的提供合适的电压，使其导通。Q4Q5D64R3R4组成的能隙基准源的输出电压应为1.25V,由于R1的阻值是R2的三倍，所以输出5V的基准电压。M88prr>os4-ll=_7uW=15ljl=10U1W=2Ocjmos4-l=7u15u1A0.5*rlR0210upmos-+―I=10unw=^0jpmos-4W=4u1^*rlR3r=74/3*rlR2F?4pmos-*l=N4iSVREF5VREKr=74*rlR1