PWM控制芯片SG3525

概述：SG3525是美國硅通用半導體公司（Silicon General）一款用于驅(qū)動N溝道功率MOSFET。SG3525系列PWM控制器分軍品、工業(yè)品、民品三個等級。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)響應特性都有提高，是目前比較理想的新型控制器。SG3525采用16引腳DIP和SO封裝工藝。

一、SG3525功能和特性

（1）工作電壓范圍寬：8—35V。
（2）5.1（1 1.0%）V微調(diào)基準電源。
（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。
（9）逐個脈沖關(guān)斷。
（10）雙路輸出（灌電流/拉電流）： mA(峰值)。

二、SG3525引腳功能

1.Inv.input(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，在該端與補償信號輸入端（引腳9）之間接入不同類型的反饋網(wǎng)絡，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.Discharge(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(引腳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，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。該端可與保護電路相連，以實現(xiàn)故障保護。
11.Output A（引腳11）：輸出端A。引腳11和引腳14是兩路互補輸出端。
12.Ground(引腳12)：信號地。
13.Vc(引腳13)：輸出級偏置電壓接入端。
14.Output B（引腳14）：輸出端B。引腳14和引腳11是兩路互補輸出端。
15.Vcc（引腳15）：偏置電源接入端。
16.Vref(引腳16)：基準電源輸出端。該端可輸出一溫度穩(wěn)定性極好的基準電壓。

三、SG3525內(nèi)部方框圖

SG3525內(nèi)置了5.1V精密基準電源，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的軟啟動接入端（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，這將導致PWM比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瑣存器才被復位。

四、SG3525與SG3524的區(qū)別對比

作為SG3524的增強版本，SG3525在以下方面進行了改進：
1、增加欠電壓鎖定電路。當SG3525輸入電壓低于8V時，控制器內(nèi)部電路鎖定，除基準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 的恒流源進行充電。
3、提高了基準電源的精度。SG3525中基準電源的精度提高了1%，而SG3524中基準電源的精度只有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，軟啟動電容將被放電。
5、PWM比較器的反向輸入端增加至兩個。在SG3524中，誤差放大器輸出端、限流比較器輸出端和外部關(guān)斷信號輸入電路共用PWM比較器的反向輸入端。在SG3525中對此進行了改進，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比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償網(wǎng)絡工作精度提高。
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比較器輸出信號首先送至PWM瑣存器，瑣存器由關(guān)斷電路置位，由振蕩器輸出時間脈沖復位。當關(guān)斷電路工作時，即使過電流信號立即消失，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位為止。同時，由于PWM瑣存器對PWM比較器的置位信號進行瑣存，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之間的外接電阻來調(diào)節(jié)死區(qū)時間。同步端（引腳3）主要用于多只SG3525之間的外部同步，同步脈沖的頻率應比震蕩頻率FOSC略低一些。
8、改進了輸出級的結(jié)構(gòu)。SG3525對SG3524輸出級進行了改進，以適應功率MOS-FET的需要，其末級采用了推挽式電路，關(guān)斷速度更快。SG3525的輸出級采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，其灌電流/拉電流能力超過200mA。
在單端變換器應用中，SG3525的兩個輸出端應接地，如下圖所示。

單端變換器輸出結(jié)構(gòu)示意圖

當輸出晶體管開通時，R1上會有電流流過，R1上的壓降將使VT1導通。因此VT1是在SG3525內(nèi)部的輸出晶體管導通時間內(nèi)導通的，因此其開關(guān)頻率等于SG3525內(nèi)部振蕩器的頻率。
當采用推挽式輸出時，應采用如下結(jié)構(gòu)，如下圖所示。

推挽輸出結(jié)構(gòu)示意圖

VT1和VT2分別由SG3525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導通的作用。
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柵極之間無須串接限流電阻和加速電容，就可以直接推動功率MOSFET，如下圖所示。

直接驅(qū)動MOSFET

另外，SG3525還能夠直接驅(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的兩個輸出端上，則在死區(qū)時間內(nèi)可以實現(xiàn)變壓器的自動復位，如下圖所以。

直接驅(qū)動小型變壓器

五、SG3525典型應用電路

上圖的電路以SG3525為控制芯片，外圍電路簡單。電路中的鋸齒波生成電路由RT、CT和 內(nèi)部電路組成，取Cr=2．2 nF，Rr=11 kn，RD= 220 Q。根據(jù)，=1／[C (0．7R，+3R。)]計算出振蕩器 輸出頻率約54 kHz，PWM輸出頻率約為27 kHz。軟啟動電容接人端接一個4.7uF的軟啟動電容。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。系統(tǒng)中的基準比較調(diào)節(jié)電 路則由基準引腳同相輸入端及外圍電阻構(gòu)成。 2腳的電壓固定值為5.1V。SG3525的1，2，9腳 及其外圍電路構(gòu)成了PI調(diào)節(jié)器，其輸出與5腳鋸齒 波和軟啟動電容一起可控制PWM控制器以產(chǎn)生方波。它的輸出級11、14腳輸出兩路互補的PWM波， 采用圖騰柱式結(jié)構(gòu)，灌電流和拉電流最大可達 400 mA。