PWM控制芯片SG3525原理及應(yīng)用

1、PWM控制芯片SG3525原理及應(yīng)用第一章 引言脈沖寬度調(diào)制(PWM)，是英文“Pulse Width Modulation”的縮寫，簡(jiǎn)稱脈寬調(diào)制，脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來(lái)調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單,靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn).本文介紹的SG3525芯片主要應(yīng)用于華為ONU4820，艾默生HD4825-3 HD4830-3 .第二章 PWM控制芯片SG3525功能簡(jiǎn)介隨著電能變換技術(shù)的

2、發(fā)展，功率MOSFET在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為此美國(guó)硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動(dòng)N溝道功率MOSFET。下面我們對(duì)SG3525特點(diǎn)、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。SG3525是電流控制型PWM控制器，所謂電流控制型脈寬調(diào)制器是按照反饋電流調(diào)節(jié)脈寬。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線圈的信號(hào)與誤差放大器輸出信號(hào)進(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占空比使輸出的電感峰值電流跟隨誤差電壓變化而變化。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)和電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無(wú)論開關(guān)電源的電壓調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器

3、。一、SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡(jiǎn)介SG3525功能框圖如圖1所示：圖1 典型功能框圖1 Inv.input(腳1)：誤差放大器反向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋信號(hào)。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。2 Noninv.input(腳2)：誤差放大器同向輸入端。在閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)中，該端接給定信號(hào)。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型的調(diào)節(jié)器。3 Sync(腳3)：振蕩器外接同步信號(hào)輸入端。該端接外部同步脈沖信號(hào)可實(shí)現(xiàn)與外電路同步。4 OSC.Output(腳4)：振蕩器輸出端。5 CT(腳5)

4、：振蕩器定時(shí)電容接入端。6 RT（腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。7 Discharge(腳7)：振蕩器放電端。該端與引腳5之間外接一只放電電阻，構(gòu)成放電回路。8 Soft-Start(腳8)：軟啟動(dòng)電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動(dòng)電容。9 Compensation(腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類型調(diào)節(jié)器。10 Shutdown(腳10)：外部關(guān)斷信號(hào)輸入端。該端接高電平時(shí)控制器輸出被禁止。該端可與保護(hù)電路相連，以實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。11 Output A（腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12

5、 Ground(腳12)：信號(hào)地。13 Vc(腳13)：輸出級(jí)偏置電壓接入端。14 Output B（腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15 Vcc（腳15）：偏置電源接入端。16 Vref(腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。二、SG3525特點(diǎn)：1 工作電壓范圍寬：835V。2 5.1（1.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。3 振蕩器工作頻率范圍寬：100Hz400KHz。4 具有振蕩器外部同步功能。5 死區(qū)時(shí)間可調(diào)。6 內(nèi)置軟啟動(dòng)電路。7 具有輸入欠電壓鎖定功能。8 具有PWM瑣存功能，禁止多脈沖，逐個(gè)脈沖關(guān)斷。9 雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(

6、峰值)。三、主要單元電路1基準(zhǔn)電壓調(diào)整器。基準(zhǔn)電壓調(diào)整器是輸出為5.1V、50mA，有短路保護(hù)的電壓調(diào)整器。它供電給所有內(nèi)部電路，同時(shí)又可作為外部基準(zhǔn)參考電壓。2振蕩器。振蕩器電路結(jié)構(gòu)如圖2所示，振蕩器腳5外接電容CT，腳6外接電阻RT。振蕩器頻率由外接電阻RT和電容CT決定，f=1/CT(0.7RT+3RD)此電路中，Rd放電電阻較小， 所以形成的鋸齒波波形后沿較陡。振蕩器的輸出分為兩路，一路以時(shí)鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個(gè)或非門；另一路以鋸齒波形式送至比較器的同相輸入端，比較器的反向輸入端接誤差放大器的輸出。圖2 振蕩器電原理圖3誤差放大器及補(bǔ)償輸入。誤差放大器是差動(dòng)輸入的放大器，其電

7、原理結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。誤差放大器的輸出與鋸齒波電壓在比較器中進(jìn)行比較，輸出一個(gè)隨誤差放大器輸出電壓高低而改變寬度的方波脈沖，再將此方波脈沖送到或非門的一個(gè)輸入端?；蚍情T的另兩個(gè)輸入端分別為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和振蕩器鋸齒波。圖3 誤差放大器電原理圖4鎖存器。比較器的輸出送到PWM鎖存器。鎖存器由關(guān)閉電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動(dòng)作，即使過(guò)流信號(hào)立即消失，鎖存器也可維持一個(gè)周期的關(guān)閉控制，直到下一周期時(shí)鐘信號(hào)使鎖存器復(fù)位為止。另外，由于PW M 鎖存器對(duì)比較器來(lái)的置位信號(hào)進(jìn)行鎖存，將系統(tǒng)所有的跳動(dòng)和振蕩信號(hào)消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新置位，有利于提高可靠性。5輸出。電原理

8、圖如圖4所示。11、12、14端連結(jié)在一起， 由13端輸出信號(hào)。這樣，能保證13端的輸出與鎖存器的輸出一致。此外，SG3525還有欠壓鎖定電路， 閉鎖控制電路， 軟起動(dòng)電路。圖4 輸出電原理圖1/2部分圖第三章 SG3525的工作原理一、SPWM波的產(chǎn)生及傳輸脈寬調(diào)制器SG3525的振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號(hào)如圖5所示，鋸齒波的頂點(diǎn)約為3.3V，谷點(diǎn)約為0.9V，鋸齒波的頻率可通過(guò)改變外接電容來(lái)改變。鋸齒波信號(hào)加在比較器的同相輸入端，來(lái)自誤差放大器的信號(hào)加在比較器的反相輸入端，通過(guò)比較器進(jìn)行比較，獲得SPWM波。觸發(fā)器在CP脈沖控制下輸出和，分別控制2個(gè)與非門，CP脈沖出現(xiàn)的時(shí)刻與鋸齒波峰點(diǎn)對(duì)齊，

9、CP脈沖下跳時(shí)刻與谷點(diǎn)對(duì)齊，這樣可保證CP脈沖與鋸齒波同步同頻率變化。經(jīng)過(guò)與非門電路后輸出生的波形，其頻率是CP脈沖頻率的1/2。2個(gè)功率場(chǎng)效管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)是互補(bǔ)的，這樣能夠保證在任何時(shí)刻一個(gè)導(dǎo)通，另一個(gè)截止。圖5 鋸齒波信號(hào)二、工作過(guò)程SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5F的軟啟動(dòng)電容。上電過(guò)程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無(wú)法導(dǎo)通。當(dāng)軟啟動(dòng)電容充電至使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。實(shí)際工作中，基準(zhǔn)電

10、壓接誤差放大器的同相輸入端，輸出電壓的采樣電壓加在誤差放大器的反相輸入端上，當(dāng)輸出電壓因輸入電壓的升高或負(fù)載的變化而升高時(shí)，誤差放大器的輸出將減小，這將導(dǎo)致PWM比較器輸出高電平的時(shí)間變長(zhǎng)，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長(zhǎng)，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回調(diào)到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定輸出。反之亦然。外接關(guān)斷信號(hào)對(duì)輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng) Shutdown（引腳10）上的信號(hào)為高電平時(shí)，PWM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525的輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動(dòng)電容將充分放電，直到關(guān)斷信號(hào)結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動(dòng)過(guò)程。注意，Shutdown引腳不能懸空

11、，應(yīng)通過(guò)接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號(hào)耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級(jí)和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過(guò)低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時(shí)，軟啟動(dòng)電容將開始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無(wú)論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)到來(lái)，PWM瑣存器才被復(fù)位。第四章 應(yīng)用電路一、 單端變換電路SG3525的輸出級(jí)采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，其灌電流/拉電流能力超過(guò)200mA。在單端變換器應(yīng)用中，SG3525的兩個(gè)輸出端應(yīng)接地，如圖6所示，當(dāng)輸出晶體管開通時(shí)，R1上會(huì)有電流流過(guò)，R1上的壓降將使VT1導(dǎo)通。因此VT1是在SG3525內(nèi)部的

12、輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的，因此其開關(guān)頻率等于SG3525內(nèi)部振蕩器的頻率。圖6 單端變換電路二、推挽輸出電路當(dāng)采用推挽式輸出時(shí)，應(yīng)采用如下結(jié)構(gòu)，如圖7所示。VT1和VT2分別由SG3525的輸出端A和輸出端B輸出的正向驅(qū)動(dòng)電流驅(qū)動(dòng)。電阻R2和R3是限流電阻，是為了防止注入VT1和VT2的正向基極電流超出控制器所允許的輸出電流。C1和C2是加速電容，起到加速VT1和VT2導(dǎo)通的作用。圖7 推挽輸出電路三、直接推動(dòng)功率MOSFET電路由于SG3525的輸出驅(qū)動(dòng)電路是低阻抗的，而功率MOSFET的輸入阻抗很高，因此輸出端A和輸出端B與VT1和VT2柵極之間無(wú)須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動(dòng)

13、功率MOSFET，如圖8所示。圖8 直接推動(dòng)功率MOSFET電路圖四、小功率半橋式變壓器驅(qū)動(dòng)電路SG3525能夠直接驅(qū)動(dòng)半橋變換器中的小功率變壓器。變壓器一次繞組的兩端分別直接接到SG3525的兩個(gè)輸出端上，在死區(qū)時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)變壓器的自動(dòng)復(fù)位，如圖9所示。圖9 小功率變壓器直接驅(qū)動(dòng)電路圖第五章 DCDC直流變換電源設(shè)計(jì)一、性能指標(biāo)輸入電壓為DC2435V可調(diào)，輸入額定電壓為30V，輸出為5V1A。二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖10 DCDC直流電源原理圖選用SG3525設(shè)計(jì)DCDC直流變換器電源脈寬調(diào)制器，SG3525產(chǎn)生的兩路互補(bǔ)方波控制MOSFET功率管的導(dǎo)通與截止，MOSFET驅(qū)動(dòng)采用推挽連接結(jié)構(gòu)，采

14、用帶中心抽頭的變壓器，在中心抽頭處加入30V直流電壓，輸出部分采用全波整流，采用2536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43l作為穩(wěn)壓反饋器件，在輸出端采用分壓電阻給TL431提供參考電壓，并通過(guò)光電隔離方式反饋到SG3525誤差放大器輸入端，以調(diào)節(jié)控制輸出方波占空比來(lái)穩(wěn)定輸出電壓。1控制及驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)鋸齒波生成電路由RT、CT和內(nèi)部電路組成，因?yàn)槭墙祲鹤儞Q器，可采用較低頻率的時(shí)鐘，同時(shí)考慮到減小功耗，設(shè)計(jì)中取：CT=4700pF，RT=3.3k，RD=100，計(jì)算的振蕩器輸出頻率:f=90kHz因此，PWM輸出頻率定為45kHz。軟啟動(dòng)電容接入端(引腳8)接一個(gè)1F的軟啟動(dòng)電容。只有軟啟動(dòng)電容充電

15、使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。系統(tǒng)中的基準(zhǔn)比較調(diào)節(jié)電路則由基準(zhǔn)引腳Vref和同相輸入端及外圍電阻構(gòu)成。2腳的固定電壓值接近5V。SG3525的l、2、9腳及其外圍電路構(gòu)成PI調(diào)節(jié)電路，它的輸出與5腳鋸齒波和軟啟動(dòng)電容一起控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級(jí)11、14腳輸出兩路互補(bǔ)的PWM波，采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，灌拉電流能力超過(guò)200mA，可以直接驅(qū)動(dòng)MOSFET功率管，在這里選用的是IR公司生產(chǎn)的IRF630。2反饋補(bǔ)償電路設(shè)計(jì)為了確保輸出的穩(wěn)定，在+5V輸出端引出反饋電壓，采用2.536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器TL43l作為穩(wěn)壓器件，TL43l是德州儀器公司生產(chǎn)的一款有良好熱穩(wěn)定性的三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源。它的輸出電壓可用兩個(gè)電阻在2.5V到36V范圍內(nèi)任意設(shè)置基準(zhǔn)電壓。該器件的典型動(dòng)態(tài)阻抗為0.2。用它來(lái)構(gòu)成外部誤差檢出電路，再經(jīng)光耦器件組成隔離式反饋電路，為了反應(yīng)迅速，采用線性光耦PC817。當(dāng)PC817中二極管正向電流在3mA左右變化時(shí)，其三極管的集射極電流在4mA左右變化，而集射極電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，因而很符合SG3525的控制要求。 當(dāng)+5V輸出電壓升高時(shí)，經(jīng)R27、R28分壓后