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1、PWM控制芯片SG3525原理及应用第一章引言脉冲宽度调制（PWM）是英文“ Pulse Width Modulation ”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.本文介绍的SG352芯片主要应用于 华为ONU4820艾默生HD4825-3 HD4830-3 .第二章PWM控制芯片SG3525功能简介随着电能变换技术
2、的发展，功率 MOSFET开关变换器中开始广泛使用，为此美国 硅通用半导体公司（Silicon General ）推出SG3525 SG352腿用于驱动N沟道功率M OSFET下面我们对SG352的点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行 介绍。SG352腿电流才5制型PWMS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
3、的新型控制器。一、SG352用I脚功能及特点简介SG352皿能框图如图1所示：图1典型功能框图1. （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. （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. （脚4）:振荡器输出端。5. CT（脚5）:振荡器定时电容接入端。6. R
4、T（却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匕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. Output A （脚11）:输出端A。引脚11和引脚14是两路互补输出端。12. Gro
5、und（脚 12）:信号地。13. Vc（脚13）:输出级偏置电压接入端。14. Output B （脚14）:输出端Bo引脚14和引脚11是两路互补输出端。15. Vcc （月却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。17. 二、SG352唬点：1. 工作电压范围宽：835V。2. （% V微调基准电源。3. 振荡器工作频率范围宽：100HL400KHz4. 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PW械存功能，禁止多脉冲，逐个脉冲关断。9 . 双路输出（灌电流/拉
6、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、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G,脚6外接电阻R。振荡 器频率由外接电阻R丽电容定，f=1/CT+3电此电路中，RcB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
7、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行锁存，将系统所有的跳动和振荡信号消除了。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
8、。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，SG35255有欠压锁定电路，闭锁控制 电路，软起动电路。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SG3525勺振荡器产生的锯齿波信号如图5所示，锯齿波的顶点约为，谷 点约为，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CP永冲控制下输出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，C
9、Pt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。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。图5锯齿波信号二、工作过程SG3525勺软启动接入端（引脚8）上通常接一个5 F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PW此较器反向输入端处于低电平，PWM匕较器输出高电平。此时，PW械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，SG352H开始工作。实际工作中，基准
10、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时，误差放大器的输出将减小，这将导致PW此较器输出高电平的时间变长，PW如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，PW如存器将立即动作，禁止SG3525勺输出，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
11、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勺正常工作。欠电压锁定功能同样作用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，SG352班具有以下功能，即无论因为什么原因造成 PW嘛冲中止，输 出都将被中止，直到下一个时钟信号到来， PW械存器才被复位。第四章应用电路一、 单端变换电路SG3525勺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SG35
12、25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 SG352的部振荡器的频率。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路由于SG3525勺输出驱动电路是低阻抗的，而功率 MOSFE的输入阻抗很高，因此 输出端A和输出端B与VT1和VT2栅极之间无须用接限流电阻和加速电容，就
13、可以直 接推动功率MOSFET如图8所示。图8直接推动功率 MOSFE电路图四、小功率半桥式变压器驱动电路SG3525tg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勺两个输出端上，在死区时间内可以实现变压器的自动复位，如图 9 所示。图9小功率变压器直接驱动电路图第五章D仁DC直流变换电源设计一、性能指标输入电压为DC24- 35V可调，输入额定电压为30V,输出为5V/ 1A。 二、系统设计图10 DCDC直流电源原理图选用SG3525s计DC-DC直流变换器电源脉宽调制器，SG3525r生的两路互补方 波控制MOSFET率管的导通与截止，MOSFE
14、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TL43l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=Q , RD=10,计算的振荡器输出频率f=90kHz因此，PW喻出频率定为45kHz。软启动电容接入端（引脚8）接一个
15、1 nF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1、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 PW肺制器以产生方波。它的输出级11、14脚 输出两路互补的PWMfc,采用图腾柱式结构，灌拉电流能力超过200mA可以直接驱动 MOSFET率管，在这里选用的是IR公司生产的IRF630。2 .反馈补偿电路设计为了确保输出的稳定，在+5V输出端引出反馈电压，采用36V可调式精密并联稳 压器TL43l作为稳压
16、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到36V范围内任意设置基准电压。该器件的典型动态阻抗为 Qo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PC81升二极管正向电流在3mA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勺控制要求。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 带隙基准电压进行比较，并在阴极上形成误差电压，使LED的工作电流发生变化，通过光耦管PC817勺输出，改变SG3525W 1的电压大小，从而改变9脚电流大小，经SG3525 内部电路运算，改变脚11、14输出占空比，使+5V维持稳定。3 .输出电路设计设计中采用整流器件 MBR20100其管压降小，效率高，二极管两端采用RC收电 路，抑制二极管的反向瞬态电压，高频电压经其整流后由滤波电容 C13滤波，再经扼 流圈L1组成低通滤波器输出,C14用于降低交流纹波。