PWM控制芯片SG3525功能簡介

1、PWM控制芯片SG3525功能簡介1.1 PWM控制芯片SG3525ft能簡介隨著電能變換技術(shù)的發(fā)展，功率MOSFET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（SiliconGeneral）推出SG3525SG352腿用于驅(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PW棉制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。下面我們對SG352荊點、引腳功能、電氣參數(shù)、工作原理以及典型應(yīng)用進(jìn)行介紹。SG3525是電流才$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(jìn)行比較，從而調(diào)節(jié)占

2、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(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。1.1.1 SG3525引腳功能及特點簡介其原理圖如圖4.13下：16lVrefO15Vcc12Grotm.1白eqOSC.OiLtputQ2RTCTLisuhair器峭-基造電眼=T-接內(nèi)部電路CompensationtIW.inputUomiiv.inputRSc£t-StartJ報隨器I【R鎖存器B4.13SQ3525內(nèi)部柩圖105,0kShutdown0V7Vs*-7ref欠電壓觸發(fā)器11.Inv.i

3、nput（引腳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(bǔ)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(bǔ)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。5 .CT（引腳5）:振蕩器定時電容接入端。6 .RT（引腳6）:振蕩器定時電阻接入端。7 .Disch

4、arge（引腳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（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（弓I腳9）:PWM匕較器補(bǔ)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（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(hù)電路相連，以實現(xiàn)故障保護(hù)。11.OutputA（引腳11）:輸出端A引腳11和弓I腳14是兩路互補(bǔ)輸出端。12.Ground（引腳12）:信號地。13.Vc（弓唧13）:輸出級偏

5、置電壓接入端。14.OutputB（引腳14）:輸出端Bo引腳14和引腳11是兩路互補(bǔ)輸出端。15.Vcc（引腳15）:偏置電源接入端。16.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)電特點如下：（1）工作電壓范圍寬：8-35V0（2）5.1（11.0%）V微調(diào)基準(zhǔn)電源。（3）振蕩器工作頻率范圍寬：100HL400KHz.（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PW械存功能，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的工作原理SG3

6、525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)，無須外接分壓電組。SG3525®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勺軟啟動接入端（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此較器輸出高電平。此時，PW如存器的輸出也為高電平，該高電平通過兩

7、個或非門加到輸出晶體管上，使之無法導(dǎo)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(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，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(dāng)Shutdown（引腳10）上的信號為高電平時，PW激存器將立即動作，禁止SG3525勺輸出，同時

8、，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(jìn)入軟啟動過程。注意，Shutdown弓I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勺正常工作。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®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,PWI®存器才被復(fù)位。1.1.3 SG3524與SG352行要區(qū)另I作為SG3524的增強(qiáng)版本，SG3525ft以下方面進(jìn)行了改進(jìn)。1）

9、增加欠電壓鎖定電路。當(dāng)SG3525俞入電壓低于8V時，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(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SG352伸基準(zhǔn)電源的精度只有8%4）去除了限流比較器。SG352片除了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

10、，軟啟動電容將被放電。5）PW此較器的反向輸入端增加至兩個。在SG3524,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(jìn)行了改進(jìn)，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(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)工作精度提Mi。6）增加了PW械存器。為了使關(guān)斷電路更可靠的工作，SG3525ft其內(nèi)部增加了PW如存器。PWM匕較器輸出信號首先送至PWMK存器，瑣存器由關(guān)斷電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復(fù)位。當(dāng)關(guān)斷電路工作時，即使過電流信號立即

11、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(fù)位為止。同時，由于PW械存器對PWM匕較器的置位信號進(jìn)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(fù)位，可靠性大大提高。7）振蕩器增加了同步端和放電端。SG352時的振蕩器只有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)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

12、的外接電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時間。這樣SG3525勺震蕩頻率由下式進(jìn)行計算：FOSC=（4-11）同步端（引腳3）主要用于多只SG3529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)了輸出級的結(jié)構(gòu)。SG3525XtSG3524俞出級進(jìn)行了改進(jìn)，以適應(yīng)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勺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勺兩個輸出端應(yīng)接地，如圖4.14基準(zhǔn)電源欠電區(qū)院定OutputA(hitputBComptnsition.*-VrefShutdownC®4.13SG3525內(nèi)

13、部柩囤當(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SG3525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。當(dāng)采用推挽式輸出時，應(yīng)采用如下結(jié)構(gòu)，如圖4.15Grcund基準(zhǔn)電源欠電壓院定UotklUV.inputQ>-Vref105OkShutdownOComptnsation.c-OutputAOutputB圖413SG3525內(nèi)部框圖VT1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C

14、2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柵極之間無須用接限流電阻和加速電容，就可以直接推動功率MOSFET如圖4.16。16»EO15IJuc612基準(zhǔn)電源»校內(nèi)部電掂GrcuiidOSC.Output欠電壓院定Outputkn_TLSyncRT鎖存器105OkShutdownO觸發(fā)器qComptnsation.o®IHV.input0s»-VrefUotkinv.inputQ8Soft-Stwtd、ChitputB圖413SG3525

15、內(nèi)部框圖另外，SG352處能夠直接驅(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勺兩個輸出端上，則在死區(qū)時間內(nèi)可以實現(xiàn)變壓器的自動復(fù)位，如圖4.1716Vtef<>15Yuc占12Grurid0£C.Output基準(zhǔn)電瀛=T-“按內(nèi)部電掂欠電壓鎖定Outputk觸發(fā)器名振蕩器I鎖存器105OkShutdownOCompensation.IHV.iiut0S*VrefHoIklTlV.inputOSoft-Stwt產(chǎn)a-Bi4_nOutputB4.13SG3525內(nèi)部也圖SG3525集成電路脈寬調(diào)制器SG3525是在SG3524的基礎(chǔ)上改進(jìn)

16、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。ieVrefO15V'cc12GroundSC.OutputSyncRT工引工-基桂電源=»搔內(nèi)部電饒欠電壓鎖定振陶器Compensation硬5.0pA§-VrefIW.inputUoninv.input£4ft-Startdown26Tr鎖存器4.13SG3525內(nèi)部框圖圖1SG3525引腳功能各引腳功能如下：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腳為同步輸出端，4腳為振蕩器輸出，5、6腳分別外接內(nèi)部振蕩器的時基電容和電阻，7腳接

17、放電電阻，8腳為軟啟動，9腳為誤差放大器的頻率補(bǔ)償端，lO腳為關(guān)斷控制端，用于實現(xiàn)限流控制，11、14腳為輸出端，l2腳為接地端，l3腳接輸出管集電極電源，l5腳接SG3525的工作電源，l6腳為5.1v基準(zhǔn)電壓引出端。10報隨需SyncRT觸發(fā)器口44，群闞>014JL*OutputB習(xí)工-Comrensation.我IW.inputUoninv.iiiDUtScft-StartShutdown【國鎖存器S>-VrefB4.13SG3525內(nèi)部相同圖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

18、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<8V)時有效地使輸出保持在關(guān)斷狀態(tài)，電路中設(shè)置了欠電壓封鎖電路，當(dāng)U>2.5V時，欠電壓封鎖電路就開始工作，其上限值為8V,但在電總達(dá)到8V前，電路各部分已進(jìn)入正常工作狀態(tài)，而當(dāng)從8V下降到7.5V時，鎖定電路又開始恢復(fù)工作，其中有0.5V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，加至組合邏輯門電路的輸入端，以封鎖PWM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(jìn)行限流控制，其中包括逐個脈沖的電流限制和輸出電流的限流控制，只要將信號加于l0

19、腳就能實現(xiàn)限流控制。另外l0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Ro來實現(xiàn)，改變Ro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：16Vref力15Vcca12TI-基柱電源»搔內(nèi)部電郵GroundSC-Output£yri亡RT工41-CumpdationcIW.inputSoniitv.inputSq£t_StartShutdown振蕩器5105.0kOWV-k鎖存器S>-Vref觸發(fā)器欠電壓鎖定Ou

20、tputkm_TLci4_nUntputBB4.13SG3525內(nèi)部框圖它能使輸出管更快地關(guān)斷，V1在其導(dǎo)通時可以迅速把外接MO(3)輸出電路的改進(jìn)。SG3525輸出級采用了圖騰柱輸出電路，由達(dá)林頓管組成，最大驅(qū)動能力為100mA,V2作為開關(guān)器件，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(zhǔn)穩(wěn)壓源、振蕩器、誤差放大器、PWM比較器和鎖存器、分相器、或非門電路和圖騰輸出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(yīng)。時鐘脈沖作為由T觸發(fā)器組成的分相器的觸發(fā)信號，

21、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uo與振蕩器輸出的鋸齒波電壓u加至PWM比較器的負(fù)、正輸入端，比較器輸出的調(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三路輸入：即分相器的輸出信號um和uPWM調(diào)制信號u和時鐘信號U?；蚍情T電路的輸出Um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。16Vref1>15VccO-TI-SC-OutputSyncRT12Xz基柱電源»搔內(nèi)部電郵IW.inputSoniitv.inputSq£t-StartShutdown振蕩器5105.0kOWV-

22、k鎖存器S>-Vref觸發(fā)器欠電壓鎖定Outputkm_TLon_nUntputBB4.13SG3525內(nèi)部框圖圖3SG3525相關(guān)波形圖SG3525中文資料電壓調(diào)節(jié)芯片SG3525具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，腳16為SG3525的基準(zhǔn)電壓源輸出，精度可以達(dá)到（5.1±1%）V,采用了溫度補(bǔ)償，而且設(shè)有過流保護(hù)電路。腳5,腳6,腳7內(nèi)有一個雙門限比較器，內(nèi)電容充放電電路，加上外接的電阻電容電路共同構(gòu)成SG3525的振蕩器。振蕩器還設(shè)有外同步輸入端（腳3）。腳1及腳2分別為芯片內(nèi)誤差放大器的反相輸入端、同相輸入端。該放大器是一個兩級差分放大器，直流開環(huán)增益為70dB左右。根據(jù)

23、系統(tǒng)的動態(tài)、靜態(tài)特性要求，在誤差放大器的輸出腳9和腳1之間一般要添加適當(dāng)?shù)姆答佈a(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。16VrefGyisV”基徒電源>接內(nèi)部電器GciinAOSC.CutputSyncRTCTBischargeJ444工欠電壓襤定CQmpensionINV.lEipulWoninv_1upntSoft-StartShutdown10o振薄器Tref，白觸發(fā)器nVc13QOutputAn-TL14OutputBSG3525A輸出級E413SG3525內(nèi)部框圖圖13525內(nèi)部引腳和框圖1.各部分功能：A基準(zhǔn)電壓源：基準(zhǔn)電壓源是一個三端穩(wěn)壓電路，其輸入電壓Vcc可在(835)V內(nèi)變化，通常采用+15V,其

24、輸出電壓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，向外輸出電流可達(dá)400mA,沒有過流保護(hù)電路。B振蕩電路：由一個雙門限電壓均從基準(zhǔn)電源取得，其高門限電壓Vh=3.9V,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(dāng)Vc=Vh時比較器動作，充電過程結(jié)束，上升時間T1為：T1=0.67RtCt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(dāng)Vc=Vl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=1.3RdCt注意：此時間即為死區(qū)時間鋸齒波的基本周期T為BR>T=Ti+T2=(0.67Rt+1.3Rd)Ct因為RdRt=>T2«T1由上可見鋸齒波的上升沿遠(yuǎn)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(zhǔn)電壓。該誤差放大器共模輸入電壓范圍是1.5V-5.2V。DPWM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出信號Ue,而振蕩器的輸出信號Uc則加到比較器的同相輸入端，比較器的輸出信號為PWM信號，該信號經(jīng)鎖存器鎖存，分