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保持恒定，PWM控制技術(shù)以其控制簡單,靈活和動態(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，為此美國硅通用半導(dǎo)體公司（Silicon General）推出SG3525。SG3525是用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET。下面我們對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輸出電感線圈的信號與誤差放大器輸出信號進(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。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補(bǔ)償信號輸入端（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。根據(jù)需要，在該端與補(bǔ)償信號輸入端（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輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實(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、：振蕩器定時電容接入端。6 RT（腳6）：振蕩器定時電阻接入端。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)：軟啟動電容接入端。該端通常接一只5 的軟啟動電容。9 Compensation(腳9)：PWM比較器補(bǔ)償信號輸入端。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)斷信號輸入端。該端接高電平時控制器輸出被禁止。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)：信號地。13 Vc(腳13)：輸出級偏置電壓接入端。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)時間可調(diào)。6 內(nèi)置軟啟動電路。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?；鶞?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，一路以時鐘脈沖形式送至雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及兩個或非門；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輸入端?；蚍情T的另兩個輸入端分別為雙穩(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，由振蕩器輸出時間脈沖復(fù)位。這樣，當(dāng)關(guān)閉電路動作，即使過流信號立即消失，鎖存器也可維持一個周期的關(guān)閉控制，直到下一周期時鐘信號使鎖存器復(fù)位為止。另外，由于PW M 鎖存器對比較器來的置位信號進(jìn)行鎖存，將系統(tǒng)所有的跳動和振蕩信號消除了。只有在下一個時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。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改變外接電容來改變。鋸齒波信號加在比較器的同相輸入端，來自誤差放大器的信號加在比較器的反相輸入端，通過比較器進(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個與非門，CP脈沖出現(xiàn)的時刻與鋸齒波峰點(diǎn)對齊，

9、CP脈沖下跳時刻與谷點(diǎn)對齊，這樣可保證CP脈沖與鋸齒波同步同頻率變化。經(jīng)過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個功率場效管的驅(qū)動信號是互補(bǔ)的，這樣能夠保證在任何時刻一個導(dǎo)通，另一個截止。圖5 鋸齒波信號二、工作過程SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5F的軟啟動電容。上電過程中，由于電容兩端的電壓不能突變，因此與軟啟動電容接入端相連的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，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。當(dāng)軟啟動電容充電至使引腳8處于高電平時，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，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間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時間將最終變短，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)斷信號對輸出級和軟啟動電路都起作用。當(dāng) Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PWM瑣存器將立即動作，禁止SG3525的輸出，同時，軟啟動電容將開始放電。如果該高電平持續(xù)，軟啟動電容將充分放電，直到關(guān)斷信號結(jié)束，才重新進(jìn)入軟啟動過程。注意，Shutdown引腳不能懸空

11、，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，以防止外部干擾信號耦合而影響SG3525的正常工作。欠電壓鎖定功能同樣作用于輸出級和軟啟動電路。如果輸入電壓過低，在SG3525的輸出被關(guān)斷同時，軟啟動電容將開始放電。此外，SG3525還具有以下功能，即無論因?yàn)槭裁丛蛟斐蒔WM脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，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的輸出級采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，其灌電流/拉電流能力超過200mA。在單端變換器應(yīng)用中，SG3525的兩個輸出端應(yīng)接地，如圖6所示，當(dāng)輸出晶體管開通時，R1上會有電流流過，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，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)動電流驅(qū)動。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、直接推動功率MOSFET電路由于SG3525的輸出驅(qū)動電路是低阻抗的，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柵極之間無須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動

13、功率MOSFET，如圖8所示。圖8 直接推動功率MOSFET電路圖四、小功率半橋式變壓器驅(qū)動電路SG3525能夠直接驅(qū)動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的兩個輸出端上，在死區(qū)時間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)變壓器的自動復(fù)位，如圖9所示。圖9 小功率變壓器直接驅(qū)動電路圖第五章 DCDC直流變換電源設(shè)計一、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)計圖10 DCDC直流電源原理圖選用SG3525設(shè)計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穩(wěn)定輸出電壓。1控制及驅(qū)動電路設(shè)計鋸齒波生成電路由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鐘，同時考慮到減小功耗，設(shè)計中?。篊T=4700pF，RT=3.3k，RD=100，計算的振蕩器輸出頻率:f=90kHz因此，PWM輸出頻率定為45kHz。軟啟動電容接入端(引腳8)接一個1F的軟啟動電容。只有軟啟動電容充電

15、使引腳8處于高電平時，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腳鋸齒波和軟啟動電容一起控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級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200mA，可以直接驅(qū)動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。該器件的典型動態(tài)阻抗為0.2。用它來構(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，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，經(jīng)R27、R28分壓后