PWM控制芯片SG3525功能簡介

1、PWM控制芯片SG3525功能簡介1.1 PWM控制芯片SG3525功能簡介  隨著電能變換技術(shù)的發(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(dòng)N溝道功率MOSFET。其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級。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)制器是按照接反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過輸出電感線圈的信號(hào)與誤

2、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。 1.1.1 SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡介 其原理圖如圖4.13下：  1.Inv.input(引腳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（引腳9）相連，可構(gòu)成跟隨器。 2.Noninv.input(引腳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

3、要，在該端與補(bǔ)償信號(hào)輸入端（引腳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(引腳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(引腳4)：振蕩器輸出端。 5.CT(引腳5)：振蕩器定時(shí)電容接入端。 6.RT（引腳6）：振蕩器定時(shí)電阻接入端。 7.Discharge(引腳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(引腳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。 

4、9.Compensation(引腳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(引腳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（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。 12.Ground(引腳12)：信號(hào)地。 13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。 14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。 

5、15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。 16.Vref(引腳16)：基準(zhǔn)電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準(zhǔn)電壓。 特點(diǎn)如下： （1）工作電壓范圍寬：835V。 （2）5.1（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。（9）逐個(gè)脈沖關(guān)斷。 （10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(峰

6、值)。1.1.2 SG3525的工作原理 SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準(zhǔn)電源，微調(diào)至 1.0%，在誤差放大器共模輸入電壓范圍內(nèi)，無須外接分壓電組。SG3525還增加了同步功能，可以工作在主從模式，也可以與外部系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)同步，為設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。在CT引腳和Discharge引腳之間加入一個(gè)電阻就可以實(shí)現(xiàn)對死區(qū)時(shí)間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，因此只需要一個(gè)外接定時(shí)電容。 SG3525的軟啟動(dòng)接入端（引腳8）上通常接一個(gè)5 的軟啟動(dòng)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(dòng)電容接入端相連的PWM比較器反向輸入端處于低電平，PWM

7、比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩個(gè)或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)通。只有軟啟動(dòng)電容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時(shí)，SG3525才開始工作。由于實(shí)際中，基準(zhǔn)電壓通常是接在誤差放大器的同相輸入端上，而輸出電壓的采樣電壓則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比較器輸出為正的時(shí)間變長，PWM瑣存器輸出高電平的時(shí)間也變長，因此輸出晶體管的導(dǎo)通時(shí)間將最終變短，從而使輸出電壓回落到額定值，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。反之亦然。 外接關(guān)斷信號(hào)對輸出級和軟啟動(dòng)電路都起作用。當(dāng)Shutdown（

8、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)過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應(yīng)通過接地電阻可靠接地，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和軟啟動(dòng)電路。如果輸入電壓過低，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，PWM瑣存器才被復(fù)位。 1.1.3 SG

9、3524與SG3524主要區(qū)別 作為SG3524的增強(qiáng)版本，SG3525在以下方面進(jìn)行了改進(jìn)。 1)增加欠電壓鎖定電路。當(dāng)SG3525輸入電壓低于8V時(shí)，控制器內(nèi)部電路鎖定，除基準(zhǔn)電源和一些必要電路之外的所有電路停止工作，此時(shí)控制器消耗的電流極小。 2)增加了軟啟動(dòng)電路。引腳8為軟啟動(dòng)控制端，該端可外接軟啟動(dòng)電容。軟啟動(dòng)電容由SG3525內(nèi)部50 的恒流源進(jìn)行充電。 3)提高了基準(zhǔn)電源的精度。SG3525中基準(zhǔn)電源的精度提高了1%，而SG3524中基準(zhǔn)電源的精度只有8%。 4)去除了限流比較器。SG3525去除了SG3524中的限流比較器，改由

10、外部關(guān)斷信號(hào)輸入端（引腳10）來實(shí)現(xiàn)限流功能，同時(shí)還具有逐個(gè)脈沖關(guān)斷和直流輸出電流限幅功能。實(shí)際使用中，一般在引腳10上接電流檢測信號(hào)，如果過電流檢測信號(hào)維持時(shí)間較長，軟啟動(dòng)電容將被放電。 5)PWM比較器的反向輸入端增加至兩個(gè)。在SG3524中，誤差放大器輸出端、限流比較器輸出端和外部關(guān)斷信號(hào)輸入電路共用PWM比較器的反向輸入端。在SG3525中對此進(jìn)行了改進(jìn)，使誤差放大器輸出端和外部關(guān)斷信號(hào)輸入電路分別送至PWM比較器的一個(gè)反向輸入端。這樣做的好處在于，避免了誤差放大器和外部關(guān)斷信號(hào)輸入電路之間相互影響，有利于誤差放大器和補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度提高。 6)增加了PWM瑣存器。

11、為了使關(guān)斷電路更可靠的工作，SG3525在其內(nèi)部增加了PWM瑣存器。PWM比較器輸出信號(hào)首先送至PWM瑣存器，瑣存器由關(guān)斷電路置位，由振蕩器輸出時(shí)間脈沖復(fù)位。當(dāng)關(guān)斷電路工作時(shí)，即使過電流信號(hào)立即消失，瑣存器也可以維持一個(gè)周期的關(guān)斷控制，直到下一周期時(shí)鐘信號(hào)使瑣存器復(fù)位為止。同時(shí)，由于PWM瑣存器對PWM比較器的置位信號(hào)進(jìn)行瑣存，誤差放大器上的噪聲信號(hào)、振鈴及其他信號(hào)在此過程中都被消除了。只有在下一個(gè)時(shí)鐘周期才能重新復(fù)位，可靠性大大提高。 7)振蕩器增加了同步端和放電端。SG3524中的振蕩器只有CT和RT兩個(gè)引腳，其充電和放電回路是相同的。在SG3525中的振蕩器除了CT和RT兩個(gè)引

12、腳外，又增加了一個(gè)同步端（引腳3）和一個(gè)放電端（引腳7）。RT的阻值決定了內(nèi)部恒流源對CT充電電流的大小，而CT的放電則由引腳5和引腳7之間的外接電阻決定。將充電回路和放電回路分開，有利于通過引腳5和引腳7之間的外接電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時(shí)間。這樣SG3525的震蕩頻率由下式進(jìn)行計(jì)算： FOSC=                       （4-11） 同步端（引

13、腳3）主要用于多只SG3525之間的外部同步，同步脈沖的頻率應(yīng)比震蕩頻率FOSC略低一些。 8改進(jìn)了輸出級的結(jié)構(gòu)。SG3525對SG3524輸出級進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)功率MOS-FET的需要，其末級采用了推挽式電路，關(guān)斷速度更快。 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(gè)輸出端應(yīng)接地，如圖4.14當(dāng)輸出晶體管開通時(shí)，R1上會(huì)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。 當(dāng)采用推挽式

14、輸出時(shí)，應(yīng)采用如下結(jié)構(gòu)，如圖4.15VT1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。 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柵極之間無須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動(dòng)功率MOSFET，如圖4.16。另外，SG3525還能夠直接驅(qū)動(dòng)半橋變換器中的小功率變壓器。如果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，則在

15、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4.17SG3525集成電路脈寬調(diào)制器SG3525是在 SG3524的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的， 它克服了 SG3524的不足成為第二代集成電路脈沖寬度調(diào)制器。它采用了DIP16封裝，外型如圖 1 所示。圖SG3525引腳功能各引腳功能如下： 1 、 2引腳分別為互差放大器的反相輸入端和同相輸入端， 3腳為同步輸出端， 4腳為振蕩器輸出， 5 、 6腳分別外接內(nèi)部振蕩器的時(shí)基電容和電阻， 7腳接放電電阻， 8腳為軟啟動(dòng)， 9腳為誤差放大器的頻率補(bǔ)償端， l O腳為關(guān)斷控制端，用于實(shí)現(xiàn)限流控制，1 1 、 1 4腳為輸出端， l 2腳為接地端， l 3腳接輸出管集

16、電極電源， l 5腳接 SG3525的工作電源， l 6腳為 5 1 v 基準(zhǔn)電壓引出端 。   圖SG3525內(nèi)部電路方框圖SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2所示， 它在第一代脈寬調(diào)制芯片 SG3524的基礎(chǔ)上作了較大的改進(jìn)， 主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：( 1 ) 電路中設(shè)置了欠電壓鎖定和限流關(guān)斷電路。 為了防止在欠電壓狀態(tài)下 < 8 V ) 時(shí)有效地使輸出保持在關(guān)斷狀態(tài)， 電路中設(shè)置了欠電壓封鎖電路， 當(dāng)U > 2 5 V時(shí)， 欠電壓封鎖電路就開始工作， 其上限值為 8 V ， 但在電路達(dá)到 8 V前， 電路各部分已進(jìn)入正常工作狀態(tài)， 而當(dāng)從 8 V

17、下降到 7 5 V時(shí)， 鎖定電路又開始恢復(fù)工作， 其中有 0 5 V 的回差電壓， 用于消除鉗位電路在閥值點(diǎn)處的振蕩。在鎖定電路工作期間， 輸出一高電平， 加至組合邏輯門電路的輸入端， 以封鎖 P WM的脈沖信號(hào)。SG3525沒有電流限制放大器， 它采用了關(guān)斷控制電路來進(jìn)行限流控制， 其中包括逐個(gè)脈沖的電流限制和輸出電流的限流控制， 只要將信號(hào)加于 l 0腳就能實(shí)現(xiàn)限流控制。另外 l 0腳也可提供各種程序控制的需要。( 2 ) 改進(jìn)了振蕩電路。主要是將時(shí)基電容 c 的放電電路與充電電源分開， 單獨(dú)設(shè)立引腳7 ， C 放電通過外接電阻 R 。 來實(shí)現(xiàn)，改變 R 。 即可改變 C 的放電時(shí)間常數(shù)，

18、 從而也改變了死區(qū)時(shí)間， 而 C 的充電是由 R 規(guī)定的內(nèi)部電流源決定的。振蕩器的振蕩頻率為：( 3 ) 輸出電路的改進(jìn)。SG3525輸出級采用了圖騰柱輸出電路， 它能使輸出管更快地關(guān)斷， V1由達(dá)林頓管組成， 最大驅(qū)動(dòng)能力為100mA ， V 2作為開關(guān)器件， 在其導(dǎo)通時(shí)可以迅速把外接 MO S管柵極上的電荷從它的集電極泄放至地， 最大吸收電流為50mA。由圖 2結(jié)構(gòu)框圖可見，SG3525主要有基準(zhǔn)穩(wěn)壓源 、振蕩器 、誤差放大器 、PWM比較器和鎖存器 、分相器 、或非門電路和圖騰輸出電路等幾大部分組成：振蕩器通過外接時(shí)基電容和電阻產(chǎn)生鋸齒波振蕩同時(shí)產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)， 該信號(hào)的脈沖寬度與鋸齒

19、波的下降沿相對應(yīng)。時(shí)鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號(hào)， 用來產(chǎn)生誤差為 1 8 0 。 的一對方波信號(hào)u和U 誤差放大器是一個(gè)雙級差分放大器， 經(jīng)差分放大的信號(hào)u。 與振蕩器輸出的鋸齒波電壓u 加至P WM比較器的負(fù)、 正輸入端， 比較器輸出的調(diào)制信號(hào)經(jīng)鎖存后作為或非門電路的輸入信號(hào) u 或非門電路在正常情況下具有三路輸入：即分相器的輸出信號(hào) u m和 u P WM調(diào)制信號(hào)u 和時(shí)鐘信號(hào)U ?；蚍情T電路的輸出U 和 U 即為圖騰柱電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。 相關(guān)各點(diǎn)的波形如圖3 所示。圖SG3525相關(guān)波形圖SG3525中文資料    電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525 具

20、體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，腳16 為SG3525 的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1）V，采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5，腳6，腳7 內(nèi)有一個(gè)雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525 的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端(腳3)。腳1 及腳2 分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個(gè)兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB 左右。    根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9 和腳1 之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。圖1 3525 內(nèi)部引腳和框圖1.各部分功能：

21、A 基準(zhǔn)電壓源: 基準(zhǔn)電壓源是一個(gè)三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓VCC 可在（835）V 內(nèi)變化，通常采用+15V，其輸出電壓VST5.1V，精度±1%，采用溫度補(bǔ)償，作為芯片內(nèi)部電路的電源，也可為芯片外圍電路提供標(biāo)準(zhǔn)電源，向外輸出電流可達(dá)400mA，沒有過流保護(hù)電路。B 振蕩電路： 由一個(gè)雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓VH=3.9 V，低門限電壓VL=0.9,內(nèi)部橫流源向CT 充電，其端壓VC 線性上升，構(gòu)成鋸齒波的上升沿，當(dāng)VC=VH時(shí)比較器動(dòng)作，充電過程結(jié)束，上升時(shí)間T1 為：T1= 0.67RTCT 比較器動(dòng)作時(shí)使放電電路接通，CT 放電，VC 下降并形成鋸齒波的下降沿，當(dāng)VC=VL時(shí)比較器動(dòng)作，放電過程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間T2 為：T2=1.3RDCT注意：此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間    鋸齒波的基本周期T 為BR>T=T1+T2=(0.67RT+1.3RD)CT因?yàn)镽DRT