PWM控制芯片SG3525功能簡介資料

1、PWM控制芯片SG3525功能簡介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 MOSFE在開關(guān)變換器中開始廣泛使用，為 此美國硅通用半導體公司（Silicon General）推出SG3525 SG3525是用于驅(qū)動 N溝道功率MOSFET其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評。SG3525系列PWI控制器分 軍品、工業(yè)品、民品三個等級。下面我們對 SG3525特點、弓I腳功能、電氣參數(shù)、 工作原理以及典型應用進行介紹。SG3525是電流控制型PWMI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與誤差 放大器輸出信號進行

2、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、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應特性都有提高，是目前比較理想的新型控制 器。SG3525引腳功能及特點簡介其原理圖如圖4.13下：Output BOutput 人 n n15Vraf A15 Wcc O-12Gr口-4OSC .Output ACT *Eisuhar宜亡 ca-Comp ens a tioit口HA input U_ a B 2Ucnmv. input0s -VrefRT1 4. 13 SG3525內(nèi)部柜圈nv.input（引腳1）:誤差放大器反向輸入端。在

3、閉環(huán)系統(tǒng)中，該引腳接反饋 信號。在開環(huán)系統(tǒng)中，該端與補償信號輸入端（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。根據(jù)需要，在該端與補償信號輸入端（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輸入端。該端接外部同步脈沖信號可實現(xiàn)與外電路同步。4.OSC.Output（ 引腳 4） ：振蕩器輸出端。CT（引腳5）:振蕩器定時電容接入端。RT （引腳6）:振蕩器定時電阻接入端。Discharge（ 引腳 7） :振蕩器放電端。該端與引

4、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）:軟啟動電容接入端。 該端通常接一只 5 的軟啟動電容。9.Compensation（引腳9）: PWM匕較器補償信號輸入端。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。lO.Shutdown（引腳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。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。11.Output A （引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。Ground（ 引腳 12）：信號地。Vc（ 引腳 13） :輸出級偏置電壓接入端。14.0ut

5、put B （引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。VCC （引腳15）:偏置電源接入端。Vref（ 引腳 16） :基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電 壓。特點如下:（ 1 ）工作電壓范圍寬: 835V。（2）5.1 （ 1 1.0%）V微調(diào)基準電源。（ 3）振蕩器工作頻率范圍寬:100Hz 400KHz.（ 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。（ 9）逐個脈沖關(guān)斷。（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA（峰值）。1.1.2 SG3525 的工作原

6、理SG3525內(nèi)置了 5.1V精密基準電源，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)時鐘信號同步，為設(shè)計提供了極大的靈活性。在 CT引腳和 DisCharge 引腳之間加入一個電阻就可以實現(xiàn)對死區(qū)時間的調(diào)節(jié)功能。由于SG3525內(nèi)部集成了軟啟動電路，因此只需要一個外接定時電容。SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5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匕較器反向 輸入端處于低電平，PW比較器輸出高電平。此時，PWM瑣存器的輸出也為高電

7、 平，該高電平通過兩個或非門加到輸出晶體管上， 使之無法導通。 只有軟啟動電 容充電至其上的電壓使引腳8處于高電平時，SG3525才開始工作。由于實際中， 基準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。 當輸出電壓因輸入電壓的升高或負載的變化而升高 時，誤差放大器的輸出將減小，這將導致 PWM匕較器輸出為正的時間變長，PWM 瑣存器輸出高電平的時間也變長， 因此輸出晶體管的導通時間將最終變短， 從而 使輸出電壓回落到額定值，實現(xiàn)了穩(wěn)態(tài)。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Shutdown （引腳10）上的信號為高電平時，P

8、WM瑣存器將立即動作，禁止SG3525勺輸出，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， 才重新進入軟啟動過程。注意，Shutdown引腳不能懸空，應通過接地電阻可靠 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，即無論因為什么原因造成PW脈沖中止，輸出都將被中止，直到下一個時鐘信號到來，PWM瑣存器才被復位。1.1.3 SG3524 與 SG3524主要區(qū)別作為SG352

9、4的增強版本，SG3525在以下方面進行了改進。1）增加欠電壓鎖定電路。當SG3525輸入電壓低于8V時，控制器內(nèi)部電路鎖定， 除基準電源和一些必要電路之外的所有電路停止工作， 此時控制器消耗的電流極 小。2）增加了軟啟動電路。 引腳 8為軟啟動控制端， 該端可外接軟啟動電容。 軟啟動 電容由SG3525內(nèi)部50的恒流源進行充電。3）提高了基準電源的精度。SG3525+基準電源的精度提高了 1%而SG3524中基 準電源的精度只有 8%。4）去除了限流比較器。SG3525去除了 SG3524中的限流比較器，改由外部關(guān)斷信 號輸入端（引腳 10）來實現(xiàn)限流功能，同時還具有逐個脈沖關(guān)斷和直流輸出電

10、 流限幅功能。實際使用中，一般在引腳 10上接電流檢測信號，如果過電流檢測 信號維持時間較長，軟啟動電容將被放電。5）PWM比較器的反向輸入端增加至兩個。在 SG3524中，誤差放大器輸出端、限流比較器輸出端和外部關(guān)斷信號輸入電路共用PWM匕較器的反向輸入端。在SG3525中對此進行了改進，使誤差放大器輸出端和外部關(guān)斷信號輸入電路分別 送至PWM匕較器的一個反向輸入端。這樣做的好處在于，避免了誤差放大器和外 部關(guān)斷信號輸入電路之間相互影響，有利于誤差放大器和補償網(wǎng)絡(luò)工作精度提高。6）增加了 PWM瑣存器。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匕較器輸出信號首

11、先送至PWM瑣存器，瑣存器由關(guān)斷電路置位， 由振蕩器輸出時間脈沖復位。 當關(guān)斷電路工作時， 即使過電流信號立即消失， 瑣 存器也可以維持一個周期的關(guān)斷控制，直到下一周期時鐘信號使瑣存器復位為止。同時，由于PWM瑣存器對PWM匕較器的置位信號進行瑣存，誤差放大器上的 噪聲信號、 振鈴及其他信號在此過程中都被消除了。 只有在下一個時鐘周期才能 重新復位，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兩個引腳外， 又增加了一個同步端（引腳3）和一個放電端（引腳7）。RT的阻值決定了內(nèi)

12、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)時間。這樣SG3525的震蕩頻率由下式進行計算：FOSC=（ 4-11 ）同步端（引腳3）主要用于多只SG3525之間的外部同步，同步脈沖的頻率應比 震蕩頻率FOSC各低一些。8改進了輸出級的結(jié)構(gòu)。SG3525對SG3524俞出級進行了改進，以適應功率 MOS-FET勺需要，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 在單端變換器應用中，SG3525的兩個輸出端應

13、接地，如圖4.1416 Vref 615Vcc 0-_12 (rtcuni G4OS C. 0丄切u七 3Sync CRT聲一CT oMDxschargt 一基準電癟電磐1Crutput BEM弦粘輸出級融境器衛(wèi)Output konComptnsition.丈IMV. .TiputNoitiiiv. input85oft-Start 4. 13 SG3525內(nèi)部樞團-ASholdowTLS4你丁當輸出晶體管開通時，R1上會有電流流過，R1上的壓降將使VT1導通。因此VT1 是在SG3525內(nèi)部的輸出晶體管導通時間內(nèi)導通的， 因此其開關(guān)頻率等于SG3525 內(nèi)部振蕩器的頻率。當采用推挽式輸出時，

14、應采用如下結(jié)構(gòu)，如圖 4.15VT1和VT2分別由SG3525勺輸出端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導通的作用。 由于SG3525的輸出驅(qū)動電路是低阻抗的，而功率MOSFE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 以直接推動功率 MOSFET如圖4.16。16Vr.f A15 Vce 412(5r -Vrefutput X14冷 Output BSG552SA輸出舉E 4. 13 SG3

15、&25內(nèi)部柜圖另外，SG3525還能夠直接驅(qū)動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的兩個輸出端上，則在死區(qū)時間內(nèi)可以實現(xiàn)變 壓器的自動復位，如圖4.1716 Vref 015Vac 0112 Ground O4OSC.Ou-tpul 3x=4-荃誰電源電銘14接內(nèi)部SyncRTCTDi匸曰畢Coup ensationIBV iiiputNoniiiv. iniputSo ft_S tartShutdown0-1丄4-miOutput Apc5.0pAsh-VREF2L冷Du切u七BSG3525A輸岀級8 4 13 SG3525內(nèi)部樞圖SG3525集成電

16、路脈寬調(diào)制器SG3525是在SG3524的基礎(chǔ)上改進而來的，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。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腳為同步輸岀端，4腳為振蕩器輸岀，5、6腳分別外接內(nèi)部振蕩器的時基電容和電阻， 7腳接放電電阻，8 腳為軟啟動，9腳為誤差放大器的頻率補償端，丨0腳為關(guān)斷控制端，用于實現(xiàn)限流控制，1 1、1 4腳為輸岀端，丨2腳為接地端，丨3腳接輸岀管集電極電源，丨5腳接SG3525的工作電源，丨6 腳為5 .1v基準電壓引岀端 。16Vref 415Wcc M12Groun

17、d 4SC .Outfut Q3XoM4Sync町CTNoninv. inputSo fL_S tartShut dawna5.0kCcnipqilIW. input. 0-1nr鎖費sVrefOutput AtilSG3525A輸岀級8 4 13 SG3525內(nèi)部樞圖圖2SG3525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，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：(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 2 . 5 V時，欠電壓封鎖電路就開始工作，其上限值為8V，但在電路達到8V前，電路各部分已進入正常工作狀態(tài)

18、，而當從8V下降到7 . 5 V時，鎖定電路又開始恢復工作，其中有0 . 5 V的回差電壓， 用于消除鉗位電路在閥值點處的振蕩。在鎖定電路工作期間，輸出一高電平，力侄組合邏輯門電路的輸入端，以封鎖P WM的脈沖信號。SG3525沒有電流限制放大器， 它采用了關(guān)斷控制電路來進行限流控制， 其中包括逐個脈沖的電流限制和輸岀電流的限流控制，只要將信號加于丨0腳就能實現(xiàn)限流控制。另外l 0腳也可提供各種程序控制的需要。(2 )改進了振蕩電路。主要是將時基電容 c的放電電路與充電電源分開，單獨設(shè)立引腳7，C放電通過外接電阻 R。來實現(xiàn)，改變 R。即可改變C的放電時間常數(shù)， 從而也改變了死區(qū)時 間，而C的

19、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：16 Vr.f A15 Vcc O112 (rTtnind 亡4 OGC .Ou.tput3 a至璉電怨SjmcxrcrOutput 丸utpul BF-OilSoniiiv. inputSoft-StartShutdown15.0k44 亠Compensatioil cTUV iiiputSuAS石7ref輸出級bfE 4. 13 SG3525內(nèi)部柜圖(3 )輸岀電路的改進。SG3525輸岀級采用了圖騰柱輸岀電路， 它能使輸岀管更快地關(guān)斷，V1 由達林頓管組成， 最大驅(qū)動能力為100mA ，V 2作為開關(guān)器件， 在其導通時可以迅速把外接

20、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岀電路等幾大部分組成：振蕩器通過外接時基電容和電阻產(chǎn)生鋸齒波振蕩同時產(chǎn)生時鐘脈沖信號，該信號的脈沖寬度與鋸齒波的下降沿相對應。時鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號，用來產(chǎn)生誤差為180的一對方波信號u和U誤差放大器是一個雙級差分放大器，經(jīng)差分放大的信號U。與振蕩器輸岀的鋸齒波電壓u加至P WM比較器的負、正輸入端，比較器輸岀的調(diào)制信號經(jīng)鎖存后作為或非門 電路的輸入信號u .或非門電路在正常情況下具有

21、三路輸入：即分相器的輸岀信號 um和u P WM調(diào)制信號u和時鐘信號U?；蚍情T電路的輸岀U皿和U即為圖騰柱電路的驅(qū)動信號。相關(guān)各點的波形如圖3所示。16 Vrf OjVcc o-L-l基璉電源 12Gr cimd O4OSC.Output A3SyncKTCTDischargeCcnip enati QD- 口IKV i nput.Kcninv. inputSc ft-S tartVrefOutput kcn_TL14Output B4. 13 SG2525內(nèi)部框圖圖1 3525內(nèi)部引腳和框圖1.各部分功能：A基準電壓源：基準電壓源是一個三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓Vcc可在(835 ) V內(nèi)變

22、化，通常采用+15V ,其輸岀電壓Vst = 5.1V ,精度1% ,采用溫度補償，作為芯片內(nèi)部電 路的電源，也可為芯片外圍電路提供標準電源，向外輸岀電流可達400mA，沒有過流保護 電路。B振蕩電路：由一個雙門限電壓均從基準電源取得，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Vc=Vh 時比較器動作，充電過程結(jié)束，上升時間T1為：Ti= 0.67R tCt比較器動作時使放電電路接通，Ct放電，Vc下降并形成鋸齒波的下降沿，當V C=V l時比 較器動作，放電過程結(jié)束，完成一個工作循環(huán)，下降時間間T2為：T2=1.3

23、R d Ct注意：此時間即為死區(qū)時間鋸齒波的基本周期 T 為 BRT=T 1+T2=(0.67R t+1.3R d)Ct因為RdRt = T2T1由上可見鋸齒波的上升沿遠長于下降沿，因此上升沿作為工作 沿，下降沿作為回掃沿。C誤差放大器：由兩級差分放大器構(gòu)成，其直流開環(huán)放大倍數(shù)為80dB左右，電壓反饋信 號Uf從端子1接至放大器反相輸入端，放大器同相輸入端接基準電壓。該誤差放大器共 模輸入電壓范圍是1.5V-5.2V。D PWM 信號產(chǎn)生及分相電路：比較器的反相端接誤差放大器的輸岀信號Ue，而振蕩器 的輸岀信號Uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸岀信號為PWM 信號，該信號經(jīng) 鎖存器鎖存，分相電路由二進制計數(shù)器和兩個或非門構(gòu)成，其輸入信號為振蕩器的時鐘信 號，并用時鐘信號的前沿觸發(fā)，輸岀為頻率減半的互補方波，這些方波和PWM 信號輸入 到或非門邏輯電路。其結(jié)果是，所有的輸入為負時，輸岀為正。這樣P1、P2的輸岀每半 周期交替為正，其寬度和PWM