PWM控制芯片SG3525功能簡(jiǎn)介資料

1、PWM控制芯片SG3525功能簡(jiǎn)介PWM控制芯片SG3525功能簡(jiǎn)介隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率 MOSFE在開(kāi)關(guān)變換器中開(kāi)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其產(chǎn)品一推出就受到廣泛好評(píng)。SG3525系列PWI控制器分 軍品、工業(yè)品、民品三個(gè)等級(jí)。下面我們對(duì) SG3525特點(diǎn)、弓I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(lái)調(diào)節(jié)脈寬的。在脈寬比較器的輸入端直接用流過(guò)輸出電感線(xiàn)圈的信號(hào)與誤差 放大器輸出信號(hào)進(jìn)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(wú)論開(kāi)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。SG3525引腳功能及特點(diǎn)簡(jiǎn)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(hào)。在開(kāi)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(kāi)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（引腳9）之間接入不同類(lèi)型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類(lèi)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。CT（引腳5）:振蕩器定時(shí)電容接入端。RT （引腳6）:振蕩器定時(shí)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(dòng)電容接入端。 該端通常接一只 5 的軟啟動(dòng)電容。9.Compensation（引腳9）: PWM匕較器補(bǔ)償信號(hào)輸入端。在該端與引腳2之間接入不同類(lèi)型的反饋網(wǎng)絡(luò)，可以構(gòu)成比例、比例積分和積分等類(lèi)型調(diào)節(jié)器。lO.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。Ground（ 引腳 12）：信號(hào)地。Vc（ 引腳 13） :輸出級(jí)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(bǔ)輸出端。VCC （引腳15）:偏置電源接入端。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:100Hz 400KHz.（ 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（峰值）。1.1.2 SG3525 的工作原

6、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(wú)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(duì)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(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匕較器反向 輸入端處于低電平，PW比較器輸出高電平。此時(shí)，PWM瑣存器的輸出也為高電

7、 平，該高電平通過(guò)兩個(gè)或非門(mén)加到輸出晶體管上， 使之無(wú)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(kāi)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匕較器輸出為正的時(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(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)，P

8、WM瑣存器將立即動(dòng)作，禁止SG3525勺輸出，同時(shí)，軟啟動(dòng)電 容將開(kāi)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，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(kāi)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W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。1.1.3 SG3524 與 SG3524主要區(qū)別作為SG352

9、4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+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，改由外部關(guān)斷信 號(hào)輸入端（引腳 10）來(lái)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

10、 流限幅功能。實(shí)際使用中，一般在引腳 10上接電流檢測(cè)信號(hào)，如果過(guò)電流檢測(cè) 信號(hào)維持時(shí)間較長(zhǎng)，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匕較器的反向輸入端。在SG3525中對(duì)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匕較器的一個(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。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(hào)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(shí)間脈沖復(fù)位。 當(dāng)關(guān)斷電路工作時(shí)， 即使過(guò)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(duì)PWM匕較器的置位信號(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(guò)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)

12、部 恒流源對(duì)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(kāi)， 有利于通過(guò)引腳 5和引腳 7之間的外接電阻 來(lái)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各低一些。8改進(jìn)了輸出級(jí)的結(jié)構(gòu)。SG3525對(duì)SG3524俞出級(jí)進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)功率 MOS-FET勺需要，其末級(jí)采用了推挽式電路，關(guān)斷速度更快。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)

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(zhǔn)電癟電磐1Crutput BEM弦粘輸出級(jí)融境器衛(wèi)Output konComptnsition.丈IMV. .TiputNoitiiiv. input85oft-Start 4. 13 SG3525內(nèi)部樞團(tuán)-ASholdowTLS4你丁當(dāng)輸出晶體管開(kāi)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)部的輸出晶體管導(dǎo)通時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通的， 因此其開(kāi)關(guān)頻率等于SG3525 內(nèi)部振蕩器的頻率。當(dāng)采用推挽式輸出時(shí)，

14、應(yīng)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(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(wú)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。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(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4.1716 Vref 015Vac 0112 Ground O4OSC.Ou-tpul 3x=4-荃誰(shuí)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(jí)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(jìn)而來(lái)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(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，丨0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(zhǔn)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(fèi)sVrefOutput AtilSG3525A輸岀級(jí)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(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 2 . 5 V時(shí)，欠電壓封鎖電路就開(kāi)始工作，其上限值為8V，但在電路達(dá)到8V前，電路各部分已進(jìn)入正常工作狀態(tài)

18、，而當(dāng)從8V下降到7 . 5 V時(shí)，鎖定電路又開(kāi)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，力侄組合邏輯門(mén)電路的輸入端，以封鎖P WM的脈沖信號(hào)。SG3525沒(méi)有電流限制放大器， 它采用了關(guān)斷控制電路來(lái)進(jìn)行限流控制， 其中包括逐個(gè)脈沖的電流限制和輸岀電流的限流控制，只要將信號(hào)加于丨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(kāi)，單獨(dú)設(shè)立引腳7，C放電通過(guò)外接電阻 R。來(lái)實(shí)現(xiàn)，改變 R。即可改變C的放電時(shí)間常數(shù)， 從而也改變了死區(qū)時(shí) 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(jí)bfE 4. 13 SG3525內(nèi)部柜圖(3 )輸岀電路的改進(jìn)。SG3525輸岀級(jí)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(dá)林頓管組成， 最大驅(qū)動(dòng)能力為100mA ，V 2作為開(kāi)關(guān)器件， 在其導(dǎo)通時(shí)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(jiàn)，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(mén)電路和圖騰輸岀電路等幾大部分組成：振蕩器通過(guò)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)的脈沖寬度與鋸齒波的下降沿相對(duì)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(lái)產(chǎn)生誤差為180的一對(duì)方波信號(hào)u和U誤差放大器是一個(gè)雙級(jí)差分放大器，經(jīng)差分放大的信號(hào)U。與振蕩器輸岀的鋸齒波電壓u加至P WM比較器的負(fù)、正輸入端，比較器輸岀的調(diào)制信號(hào)經(jīng)鎖存后作為或非門(mén) 電路的輸入信號(hào)u .或非門(mén)電路在正常情況下具有

21、三路輸入：即分相器的輸岀信號(hào) um和u P WM調(diào)制信號(hào)u和時(shí)鐘信號(hào)U?；蚍情T(mén)電路的輸岀U皿和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。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(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

22、化，通常采用+15V ,其輸岀電壓Vst = 5.1V ,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，向外輸岀電流可達(dá)400mA，沒(méi)有過(guò)流保護(hù) 電路。B振蕩電路：由一個(gè)雙門(mén)限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門(mén)限電壓Vh=3.9 V，低門(mén)限電 壓Vl=0.9,內(nèi)部橫流源向CT充電，其端壓Vc線(xiàn)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(guò)程結(jié)束，上升時(shí)間T1為：Ti= 0.67R tCt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)V C=V l時(shí)比 較器動(dòng)作，放電過(guò)程結(jié)束，完成一個(gè)工作循環(huán)，下降時(shí)間間T2為：T2=1.3

23、R d Ct注意：此時(shí)間即為死區(qū)時(shí)間鋸齒波的基本周期 T 為 BRT=T 1+T2=(0.67R t+1.3R d)Ct因?yàn)镽dRt = T2T1由上可見(jiàn)鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)長(zhǎng)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(jí)差分放大器構(gòu)成，其直流開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為80dB左右，電壓反饋信 號(hào)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(zhǔn)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(hào)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(hào)Ue，而振蕩器 的輸岀信號(hào)Uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸岀信號(hào)為PWM 信號(hào)，該信號(hào)經(jīng) 鎖存器鎖存，分相電路由二進(jìn)制計(jì)數(shù)器和兩個(gè)或非門(mén)構(gòu)成，其輸入信號(hào)為振蕩器的時(shí)鐘信 號(hào)，并用時(shí)鐘信號(hào)的前沿觸發(fā)，輸岀為頻率減半的互補(bǔ)方波，這些方波和PWM 信號(hào)輸入 到或非門(mén)邏輯電路。其結(jié)果是，所有的輸入為負(fù)時(shí)，輸岀為正。這樣P1、P2的輸岀每半 周期交替為正，其寬度和PWM