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.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

2、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N溝道功率MOSFET。下面我們對SG3525特點、引腳功能、電氣參數(shù)、 工作原理以及典型應(yīng)用進行介紹。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、負載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高， 是

3、目前比較理想的新型控 制器。一、SG3525引腳功能及特點簡介SG3525功能框圖如圖1所示：IieTI36Osc atcrRCom5ensaTM 0INV InpLtNoninv Input O Soft-StartSnuliiowTi CLSyr*c G RT OVC13UncJe 1Vc：aQe Kkaiitnearer ce RepbiatofA To inwrnnQntxtrySG 3527 A Output StageCT。Cischa'ge OV漸A 15VCC 0*12Giduiyi J OSC Output CH-口F/F QJLOutput B-P1NMVCOuW

4、A11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現(xiàn) 與外電路同步。4. OSC.Output（腳4）:振蕩器輸出端。5. CT（腳5）:振蕩器定時電容接入端。6. RT （腳6）:振

5、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。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。11. . Output A（N卻11）:輸出端Ao引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。12. Groun

6、d（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Bo引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。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。17. 二、SG3525 特點：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

7、。9 .雙路輸出（灌電流/拉電流）：mA（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G,腳6外接電阻R。 振蕩器頻率由外接電阻RTW電容C秋定，f=1/CT（0.7RT+3R）此電路中，Rda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。11T 4(叩 A2.0k

8、5叩F3Discharge 0212Gnd0407 ,Okrt*-M/r-23k1 OkRampTaPWMK Blanking Q1paOulput25c4OSC Output圖2振蕩器電原理圖3 .誤差放大器及補償輸入。誤差放大器是差動輸入的放大器，具電原理結(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。或非門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。,pwm Comparabr抬 5 M 3D-9 A Compensation圖3誤差放大器電原理圖4 .鎖存器。比較器

9、的輸出送到PWM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，SG352也有欠壓鎖定電路,閉鎖控制電路， 軟起動電路。13< IUFL < IURClock RF PWM圖4輸出電原理

10、圖1/2部分圖第三章SG3525的工作原理一、SPWM的產(chǎn)生及傳輸脈寬調(diào)制器SG352的振蕩器產(chǎn)生的鋸齒波信號如圖5所示，鋸齒波的頂點約 為3.3V,谷點約為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，通過比較器進行比較，獲得SPWM。觸發(fā)器在CP永沖控制下輸出Q和Q,分別控制 2個與非門，CP永沖出現(xiàn)的時刻與鋸齒波峰點對齊，CP永沖下跳時刻與谷點對齊， 這樣可保證CP永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永沖頻率的1/2。2個功率場效管的驅(qū)動信號是互補的, 這樣能夠保證 在任何

11、時刻一個導(dǎo)通，另一個截止。二、工作過程SG3525的軟啟動接入端（引腳8）上通常接一個5NF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 PW M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。實際工 作中，基準(zhǔn)電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

12、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，才重新進入軟啟動過程。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

13、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PWM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)，具灌電流/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S G3525內(nèi)部的輸出晶體管導(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。+ V supply o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

14、如下結(jié)構(gòu)，如圖 7所示。VT1和VT2分別由SG3 525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柵極之間無須用接限流電阻和加速圖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

15、到SG3525的兩個輸出端上，在死區(qū)時間內(nèi)可以實現(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D仁DC直流變換電源設(shè)計'、性能指標(biāo)輸入電壓為DC2務(wù)35V可調(diào)，輸入額定電壓為30V,輸出為5V71A。、系統(tǒng)設(shè)計IMP即SDSYNC V1500 PgJ a二in8圖10 DC- DC直流電源原理圖選用SG352殷計DC-DC直流變換器電源脈寬調(diào)制器，SG3525r生的兩路 互補方波控制MOSFET率管的導(dǎo)通與截止，MOSFET動采用推挽連接結(jié)構(gòu)，采 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2. 536V可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器

16、TL431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 SG3525M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，因為是降壓變換器，可采用較低頻率的時鐘，同時考慮到減小功耗，設(shè)計中取：CT=4700pF RT=3.3kQ , RD=10噸,計算的振蕩器輸出頻率:f=90kHz因此，PW喻出頻率定為45kH乙軟啟動電容接入端（引腳8）接一個1 nF的軟啟動電容。只有軟啟動電容充 電使引腳8處于高電平時，SG3525t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

17、相輸入端及外圍電阻構(gòu)成。2腳的固定電壓值接近5V。SG3525勺1、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 PWME制器以產(chǎn)生方波。它 的輸出級11、14腳輸出兩路互補的PWMt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 MOSFETa率管，在這里選用的是 IR公司生產(chǎn)的 IRF630。2反饋補償電路設(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TL431 作為穩(wěn)壓器件，TL431 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 Q。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PC81%當(dāng)PC817中二極管正向電流在3mA左右變化時，其三極管的集一射極電 流在4mA左右變化，而集一射極電壓在很寬的范圍內(nèi)線性變化，因而很符合 SG3525勺控制