PWM控制芯片SG3525原理及应用

1、PWM 控制芯片 SG3525 原理及应用摘要：第一章引言脉冲宽度调制(PWM),是英文“PulseWidthModulation 的缩写，简称脉宽调制，脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，PWM 控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。集成脉宽调制器

2、SG352 是美国硅通用公司的第 2 代产品， 它是一种性能优良、 功能齐全、通用性强的单片集成 PWM 空制器。第二章PWM控制芯片SG3525功能简介随着电能变换技术的发展，功率 MOSFET 在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司(SiliconGeneral)推出 SG3525。SG3525 是用于驱动 N 沟道功率 MOSFET0下面我们对 SG3525 特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。SG3525 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照反馈电流调节脉宽。在脉宽比较器的输入端直接用流过输出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进

3、行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。一、SG3525 引脚功能及特点简介SG3525 功能框图如图 1 所示:1.Inv.input（脚 1）:误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（脚 9）相连，可构成跟随器。2.Noninv.input（脚 2）：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信号输入端（脚 9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构

4、成比例、比例积分和积分等类型的调节器。3.Sync（脚 3）:振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。4.OSC.Output（脚 4）:振荡器输出端。IC-A15vcc12GTUIYIJererceRepGiatorAIblnwriKiSCDi4putA3SyncOuRTO-WShutdownVW-VCOutputACsa.atcrRSDBr.sa:or。LaichCTCisnargeAREFINV.InputO-2NonrwInputO-8cSutt-Start6NDUnaer-Vc：jQeSG3527AOutOutputB5.CT（脚 5）:振荡器定时电容接入

5、端。6.RT（脚 6）:振荡器定时电阻接入端7.Discharge（脚 7）：振荡器放电端。该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻，构成放电回路。8.Soft-Start（脚 8）:软启动电容接入端。该端通常接一只 5 的软启动电容。9.Compensation（脚 9）:PWM 比较器补偿信号输入端。在该端与引脚 2 之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。10. .Shutdown（脚 10）:外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。11. .OutputA（N 却 11）:输出端 Ao 引脚 11 和引脚 14

6、 是两路互补输出端。12. Ground（脚 12）:信号地。13. .Vc（脚 13）:输出级偏置电压接入端。14. OutputB（脚 14）:输出端 Bo 引脚 14 和引脚 11 是两路互补输出端。15. Vcc（脚 15）:偏置电源接入端。16. Vref（脚 16）:基准电源输出端。该端输出一温度稳定性极好的基准电压。二、SG3525 特点：1.工作电压范围宽：835V。2.5.1（1.0%）V 微调基准电源。3.振荡器工作频率范围宽：100Hz400KHz。4.具有振荡器外部同步功能。5.死区时间可调。6.内置软启动电路。7,具有输入欠电压锁定功能。8 .具有 PWM 琐存功能，

7、禁止多脉冲，逐个脉冲关断。9 .双路输出（灌电流/拉电流）：mA（峰值）。三、主要单元电路1 .基准电压调整器。 基准电压调整器是输出为 5.1V、 50mA 有短路保护的电压调整器。它供电给所有内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。2 .振荡器。振荡器电路结构如图 2 所示，振荡器脚 5 外接电容CT,脚 6 外接电阻RTO振荡器频率由外接电阻 RT 和电容 CT 决定，f=1/CT（0.7RT+3RD）此电路中，Rd 放电电阻较小，所以形成的锯齿波波形后沿较陡。振荡器的输出分为两路，一路以时钟脉冲形式送至双稳态触发器及两个或非门；另一路以锯齿波形式送至比较器的同相输入端，比较器的反向输入

8、端接误差放大器的输出。图2振荡器电原理图3 .误差放大器及补偿输入。误差放大器是差动输入的放大器，具电原理结构图如图 3所示。误差放大器的输出与锯齿波电压在比较器中进行比较，输出一个随误差放大器输出电压高低而改变宽度的方波脉冲，再将此方波脉冲送到或非门的一个输入端。或非门的另两个输入端分别为双稳态触发器和振荡器锯齿波。图3误差放大器电原理图4 .锁存器。比较器的输出送到 PWM 存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使锁存器复位为止。另外，由于 PWM 锁存器对比较器来的置位信号进

9、行锁存，将系统所有的跳动和振荡信号4k工122Dk5叩F1Ok11RampTaPWMKBlankingQ14MaOulput25C4OSCOutputToPWMComparabr9oCompensationRrp36CjG讣5/L：“卜Discharge丁如叩AQ7,okrvw+-23k“5屣go消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于提高可靠性。5 .输出。电原理图如图 4 所示。11、12、14 端连结在一起，由 13 端输出信号。这样，能保证 13 端的输出与锁存器的输出一致。止匕外，SG352 也有欠压锁定电路,闭锁控制电路，软起动电路。135URIUFLIUK.ClockRF

10、PWM图4输出电原理图1/2部分图第三章SG3525的工作原理一、SPWM 的产生及传输脉宽调制器 SG352 的振荡器产生的锯齿波信号如图 5 所示，锯齿波的顶点约为3.3V,谷点约为 0.9V,锯齿波的频率可通过改变外接电容来改变。锯齿波信号加在比较器的同相输入端，来自误差放大器的信号加在比较器的反相输入端，通过比较器进行比较，获得 SPWM。触发器在 CFB 冲控制下输出 Q 和 Q,分别控制 2 个与非门，CP 永冲出现的时刻与锯齿波峰点对齐，CP 永冲下跳时刻与谷点对齐，这样可保证 CP 永冲与锯齿波同步同频率变化。经过与非门电路后输出生的波形，其频率是 CP 永冲频率的 1/2。

11、2 个功率场效管的驱动信号是互补的,这样能够保证在任何时刻一个导通，另一个截止。二、工作过程SG3525 的软启动接入端（引脚 8）上通常接一个 5NF 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的 PWM 比较器反向输入端处于低电平，PWM 比较器输出高电平。此时，PWM 琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。当软启动电容充电至使引脚 8 处于高电平时，SG3525 才开始工作。实际工作中，基准电压接误差放大器的同相输入端，输出电压的采样电压加在误差放大器的反相输入端上，当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高

12、时，误差放大器的输出将减小，这将导致 PWM 比较器输出高电平的时间变长，PWM 琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回调到额定值，实现了稳定输出。反之亦然。外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown（引脚 10）上的信号为高电平时，PWM 琐存器将立即动作，禁止 SG3525 的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown 引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响 SG3525 的正常工作。欠电压锁定功能同样作用

13、于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在 SG3525 的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。止匕外，SG3525 还具有以下功能，即无论因为什么原因造成 PWM 脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来,PWM 琐存器才被复位第四章应用电路一、单端变换电路SG3525 的输出级采用图腾柱式结构，具灌电流/拉电流能力超过 200mA。在单端变换器应用中，SG3525 的两个输出端应接地，如图 6 所示，当输出晶体管开通时，R1 上会有电流流过， R1 上的压降将使 VT1 导通。 因此 VT1 是在 SG3525 内部的输出晶体管导通时间内导通的，因此其开关频率等于 SG3525

14、内部振荡器的频率。+Vsupplyo图6单端变换电路二、推挽输出电路当采用推挽式输出时，应采用如下结构，如图 7 所示。VT1 和 VT2 分别由 SG3525 的输出端 A 和输出端 B 输出的正向驱动电流驱动。 电阻 R2 和 R3 是限流电阻， 是为了防止注入 VT1 和 VT2 的正向基极电流超出控制器所允许的输出电流。C1 和 C2 是加速电容，起到加速 VT1 和 VT2 导通的作用。图7推挽输出电路三、直接推动功率 MOSFET 电路由于 SG3525 的输出驱动电路是低阻抗的，而功率 MOSFET 的输入阻抗很高，因此输出端 A 和输出端 B 与 VT1 和 VT2 栅极之间无

15、须用接限流电阻和加速图8直接推动功率MOSFET电路图四、小功率半桥式变压器驱动电路SG3525 能够直接驱动半桥变换器中的小功率变压器。变压器一次绕组的两端分别直接接到 SG3525 的两个输出端上， 在死区时间内可以实现变压器的自动复位，如图 9 所示。第五章 DCDC 直流变换电源设计、性能指标输入电压为 DC2435V 可调，输入额定电压为 30V,输出为 5V/1A、系统设计即图9小功率变压器直接驱动电路图IMPSDSYNCV1500PgJa二in8选用 SG3525 设计 DCDC 直流变换器电源脉宽调制器，SG3525 产生的两路互补方波控制 MOSFET 功率管的导通与截止，M

16、OSFET 驱动采用推挽连接结构，采用带中心抽头的变压器，在中心抽头处加入 30V 直流电压，输出部分采用全波整流，采用 2.536V 可调式精密并联稳压器 TL431 作为稳压反馈器件，在输出端采用分压电阻给 TL431 提供参考电压，并通过光电隔离方式反馈到 SG3525 误差放大器输入端,以调节控制输出方波占空比来稳定输出电压。1 .控制及驱动电路设计锯齿波生成电路由 RT、CT 和内部电路组成，因为是降压变换器，可采用较低频率的时钟，同时考虑到减小功耗，设计中取：CT=4700pF,RT=3.3kQ,RD=100Q,计算的振荡器输出频率：f=90kHz因此，PWM 输出频率定为 45k

17、Hz。软启动电容接入端（引脚 8）接一个 1 型的软启动电容。只有软启动电容充电使引脚 8 处于高电平时，SG3525 才开始工作。系统中的基准比较调节电路则由基准引脚 Vref和同相输入端及外围电阻构成。2 脚的固定电压值接近 5V。SG3525 的 l、2、9 脚及其外围电路构成 PI 调节电路，它的输出与 5 脚锯齿波和软启动电容一起控制 PWM 控制器以产生方波。它的输出级11、14 脚输出两路互补的 PWM 波，采用图腾柱式结构，灌拉电流能力超过 200mA,可以直接驱动 MOSFET 功率管，在这里选用的是 IR 公司生产的 IRF630O2 .反馈补偿电路设计为了确保输出的稳定，

18、在+5V 输出端引出反馈电压，采用 2.536V 可调式精密并联稳压器 TL43l 作为稳压器件， TL43l 是德州仪器公司生产的一款有良好热稳定性的三端可调分流基准源。它的输出电压可用两个电阻在 2.5V 到 36V 范围内任意设置基准电压。该器件的典型动态阻抗为 0.2Q。用它来构成外部误差检出电路，再经光耦器件组成隔离式反馈电路，为了反应迅速，采用线性光耦 PC817。当 PC817 中二极管正向电流在 3mA 左右变化时， 其三极管的集一射极电流在 4mA 左右变化，而集一射极电压在很宽的范围内线性变化，因而很符合 SG3525 的控制要求。当+5V 输出电压升高时， 经 R27、 R28 分压后得到的取样电压， 与 TL43l 中的