介绍

脉宽调制灯光亮度调节器集成电路 介绍 是双极工艺的脉宽调制集成电路, 驱动一个 N 沟道功率 MOSFET 场效应管, 用于高电位开关控制电路 是理想的灯光亮度 ( 明暗 ) 控制集成电路 例如 : 应用在仪表板上 ( 替代 U6083B) 附录中的 驱动一个 P 沟道功率 MOSFET 场效应管, 可用于 24V 电路 特点 脉宽调制时钟频率高达 2kHz 短路 掉载 过压和 V S 电源反接保护 占空比 18% 到 100% 连续可调 自动减缓灯电压脉冲变化斜率 系列信息封装 SOP8 DIP8 说明 管装, 编带, 无铅 管装, 无铅 干扰和故障保护符合 VDE 0839 和 ISO/TR 7637/1 电荷泵噪声抑制 地线断路保护方框图 电流监测 + 短路检测 RC 振荡器 电荷泵 PWM 逻辑模块 控制输入 输出 占空比范围 18----100% 占空比减少 电压检测 电压转换率控制 图 1. 电路内部方框图 地 共 11 页第 1 页

管脚描述 管脚 缩写 功能 1 V S 电源电压 2 GND 芯片地 3 V I 控制输入 ( 占空比 ) 4 Osc 振荡器 5 Delay 短路保护延时 6 Sense 电流检测 7 2V S 电压倍增 8 Output 输出 功能描述 管脚 1, 电源电压 V S 或 V Batt 过电压检测 状态 1: 如果过压 V Batt > 20 V ( 典型值 ), 外部晶体管被关断, 直到 V Batt < 18.5 V ( 滞后 ),. 重新导通 状态 2: 如果 V Batt > 28.5 V ( 典型值 ), 集成电路的电压限制功能会将 V s = 26 V 降到 20 V 并 将外接的晶体管栅极保持在当前集成电路的地电位, 这样当出现过电压脉冲时 ( 例如 : 掉载 ), 会在 FET 和灯之间均衡分配电压 短路保护不工作 约在 V Batt < 23 V, 过压检测 ( 状态 2) 的功能终止 因此在过压检测状态 2 期间, 灯电压 V Lamp 的数值, 计算如下 : V Lamp = V Batt V S V GS V S = 过电压检测状态 2 的芯片电源电压 V GS = FET 的栅 - 源电压 欠压检测 当电压 V Batt 近似 < 5.0 V, 则外部 FET 被关断, 短路检测的锁定被复位 当电压 V Batt 近似 5.4 V, 经过一定延迟后,FET 重新开启 共 11 页第 2 页

管脚 2,GND 地线开路为了在地线开路时保护 FET, 建议在栅极和源极之间并联一个 1MΩ 电阻, 保证 FET 处于可靠的关断状态 管脚 3, 控制输入脉冲宽度由一个外接电位器 (47kΩ) 调节 ( 旋转角度对应于占空比 ) 呈现为线性特征 占空比可以从 18% 调整到 100% 通过电阻 R 1 和 R 2, 可以限制占比空的调节范围 ( 参见图 3) 为了降低 FET 的功率损耗和延长灯泡的寿命 如果电源电压超过 V 2 =13V, 集成电路自动减少管脚 8 的最大占空比 管脚 3 相对于 V Batt (V Batt 16.5V 到地 ), 都具有短路保护功能 管脚 4, 振荡器振荡器决定输出电压的频率 这取决于外接电容器 C 2 它由一个恒流源充电 I 直到高转换门限 然后第二个恒流源激活, 以双倍电流 (2 I) 从充电电流中分流 这样, 电容器 C 2 以电流 I 放电, 直到低转换门限 然后, 第二恒流源关断, 重新开始这个过程 振荡频率计算举例 : 转换门限 V T100 = 高转换门限 (100% 占空比 ) V T100 = V S α 1 = (V Batt I S R 3 ) α 1 V T<100 = 高转换门限 (< 100% 占空比 ) V T<100 = V S α 2 = (V Batt I S R 3 ) α 2 V TL = 低转换门限 V TL = V S α 3 = (V Batt I S R 3 ) α 3 说明 :α 1, α 2 和 α 3 是固定值 计算举例用下列给出的数据, 计算上述的门限电压为 : V Batt = 12 V, I S = 4 ma, R 3 = 150 Ω, α 1 = 0.7, α 2 = 0.67 and α 3 = 0.28. V T100 = (12 V 4 ma 150Ω ) 0.7 8 V 共 11 页第 3 页

V T<100 = 11.4 V 0.67 = 7.6 V V TL = 11.4 V 0.28 = 3.2 V 振荡器频率有三种状态 : 1) 占空比 = 100% 的 f 1, 无斜率减缓电容 C 4 ( 参见图 3) 当 C 2 = 68 nf, I osc = 45 μa, f 1 =... = 75 Hz 2) 占空比 < 100% 的 f 2, 无斜率减缓电容 C 4 当 C 2 = 68 nf, I osc = 45 μa, f 2 =... = 69 Hz 3) 占空比 < 100% 的 f 3, 有斜率减缓电容 C 4 ( 参见页 4 输出斜率调整 ) 当 C 2 = 68 nf, C 4 = 1.8 nf, I osc = 45 μa, f 3 =... = 70 Hz 根据 C 2 和 C 4 取值不同, 可以有许多种振荡频率, 从 10 到 2000Hz, 如数据表所示 输出变化率调整通过限制 PWM 比较器的电压增益, 在内部限制灯电压变化斜率, 减缓射频干扰 这样, 灯电压升高同比与振荡器电压增加, 转换时间计算如下 dv 8 /dt = α 4 dv 4 /dt = 2 α 4 f (α 2 α 3 ) (V Batt I S R 3 ) 当 f = 75 Hz, V TX = V T < 100 and α 4 = 63, 可以得到 : dv 8 /dt = 2 63 75 Hz (0.67 0.28) (12 V-4 ma 15Ω ) = 42 V/ms 经外接电容器 C 4, 斜率减少如下 : dv 8 /dt = I OSC / (C 4 + C 2 /α 4 ) 当 I OSC = 45 μa, C 4 = 1.8 nf, C 2 = 68 nf, 且 α 4 = 63 则 dv 8 /dt = 45 μa/ (1.8 nf + 68 nf/63) = 15.6 V/ms 针对阻尼振荡现象, 建议使用一个 100Ω 电阻与电容 C 4 串联 共 11 页第 4 页

干扰抑制 符合 车载 无线电接收 VDE0879 部分的 3/4.81 试验条件参考图 2 应用电路按照图 1 或 3. 负载 : 九个 4W 灯并联占空比 = 18%, 电源 V Batt = 12 V 振荡频率 f OSC = 100 Hz 图 2. 车载 无线电接收电压波谱 管脚 5 和管脚 6 短路保护和电流检测 1. 短路检测和延迟时间 t d 灯电流检测依靠一个外接分流电阻 如果灯电流超过短路检测电路的门限值 (V T2 90mV), 开关转换的占空比为 100%, 并且电容 C 5 由一个 I ch -I dis 电流源充电 外接 FET 在到达截止门限值 V T5 之后关断 只有在电源开关复位后,FET 重新接通 电流源 I dis, 保证电容器 C 5 不会由寄生电流充电 延迟时间 t d 如下 : t d = C 5 V T5 / (I ch I dis ) 当 C 5 = 100 nf 和 V T5 = 10.4 V, I ch =13 μa, I dis = 3 μa, 则有 : t d = 100 nf 10.4 V/ (13 μa 3 μa) t d = 104 ms 2. 电流限制为了保护外接功率晶体管, 由一个控制放大器限制灯电流 通过一个外接分流电阻两端电压降作为被测变量 电流限制发生在电压降 V T1 100 mv 时 由于差值 V T1 -V T2 10mV, 只有当短路检测电路有反应时才能确保电流限制出现 在电源 - 开关复位以后, 在半个振荡周期这个输出不工作 这段时间内, 电源电压电容器被充电, 用以保证当芯片第一次接通时, 如果万一短路, 保证电流限制动作 共 11 页第 5 页

引脚 7 和 8, 电荷泵与输出 管脚 8( 输出 ) 用于控制功率 MOSFET 场效应管 在有效工作期间, 运算放大器的供电电流主 要由电容器 C3( 自举 ) 供给 另外, 由一个集成的振荡器 (f7 400 khz) 和一个倍压电路产生一个 慢充充电电流 这保证了占空比为 100% 时的栅极电压供应 绝对最大值 参数 符号 数值 单位 结温 Tj 150 环境温度范围 Tamb 40 to +100 储存温度范围 Tstg 55 to +125 热阻 参数符号数值单位 连接环境 RthJA 120 K/W 共 11 页第 6 页

电参数 T amb = 40-+110, V Batt = 9-16.5 V, ( 在 6.0 V 至 9.0 V 之间基本功能保证 ) 参考点为地, 除非 另有说明 见图 1, 所有其他数据参考管脚 GND( 管脚 2) 参数试验条件 / 管脚符号最小值标准值最大值单位 电流消耗管脚 1 I S 7.9 ma 电源电压过电压检测, 阶段 1 V Batt 25 V 稳定电压 I S = 10 ma 管脚 1 V S 24.5 27.5 V 电池欠压检测 电池过电压检测 状态 1: 状态 2: 检测状态 2 on off on off on off V Batt V Batt V Batt 4.4 4.8 18.3 16.7 25.5 19.5 5.0 5.4 20.0 18.5 28.5 23.0 5.6 6.0 21.7 20.3 32.5 26.5 稳定电压 I S = 30 ma 管脚 1 V S 18.5 20.0 21.5 V 短路保护管脚 6 短路电流极限 V T1 = V S V 6 V T1 85 100 120 mv V V V 短路检测 V T2 = V S V 6 V T2 75 90 105 V T1 - V T2 3 10 30 mv 短路检测定时器, V Batt =12V 管脚 5 关断阀值 V T5 = V S V 5 V T5 10.2 10.4 10.6 V 充电电流 I ch 13 μa 放电电流 I dis 3 μa 电容电流 I 5 = I ch -I dis I 5 5 10 15 ma 电压倍增 管脚 7 电压 占空比 100% V 7 2V S 振荡频率 f 7 280 400 520 khz 内部电压限制 I 7 = 5 ma ( 当为低 ) V 7 26 27.5 30.0 V S +14 V S +15 V S +16 V 共 11 页第 7 页

上升斜率 电参数 ( 续 ) 参数试验条件 / 管脚符号最小值标准值最大值单位 dv 8 /dt = α 4 dv 4 /dt dv 8 /dt max 栅极输出管脚 8 电压 电流 占空比 振荡器 低电平 V Batt = 16.5 V T amb =110, R 3 =150 Ω 高电平 l, 占空比 100% α 4 53 63 V 8 V 8 = 低电平 1.0 I8 V 8 = 高电平 l, I 7 > I 8-1.0 Min: C 2 = 68 nf Max: V Batt 12.4 V V Batt =16.5V, C 2 = 68 nf 72 130 0.35 0.70 0.95 V 7 1.5 *) 频率管脚 4 f 10 2000 Hz 周期门限值 低 高 t p /T 15 100 V 8 = 高 α 1 = V T100 /V S α 1 0.68 0.7 0.72 V 8 = 低 α 2 =V T <100 /V S α 2 0.65 0.67 0.69 α 3 = V TL /V S α 3 0.26 0.28 0.30 振荡器电流 V Batt = 12 V ±I osc 34 45 54 μa 频率 C 4,C 2 =68nF 占空比 = 50% 65 18 73 21 81 V/ms V ma f 56 75 90 Hz % *) 参考点是电源地 共 11 页第 8 页

应用电路 图 3. 应用电路图 共 11 页第 9 页

封装信息 DIP8 单位 :mm SOP8 单位 :mm 共 11 页第 10 页

附录 是 的应用改进产品, 用于驱动一个 P 沟道功率 MOSFET 场效应管, 适用 低电位开关控制电路 除输出控制功能外, 其它功能和电参数与 相同 应用电路图 外围电路元件值 R1 4.7KΩ C1 22μF/63V R2 430Ω C2 68nF R3 180Ω 12V C3 100nF 2.2KΩ 24V C4 10nF R4 1MΩ C5 680nF R S 30mΩ 12V T IRF4905 50mΩ 24V 串联 R5C5 可选择使用, R5 100Ω 用于预防自激 共 11 页第 11 页