SG3525的新型單相交流調(diào)壓電路 - 全文

　　1、SG3525簡介

　　脈寬調(diào)制器SG3525是一種性能優(yōu)良，功能齊全，通用性強的單片集成PWM控制器，由于它簡單可靠及使用方便靈活，大大減化了脈寬調(diào)制器的設(shè)計及調(diào)試。本電路是利用SG3525產(chǎn)生的PWM波作為功率場效應(yīng)管的驅(qū)動信號，由功率場效應(yīng)管通過斬波的方式實現(xiàn)的單相交流調(diào)壓電路。

　　芯片特點

　　1）內(nèi)置 5．1 V±1．0%的基準電壓源。

　　2）芯片內(nèi)振蕩器。

　　3）具有振蕩器外部同步功能。

　　4）死區(qū)時間可調(diào)。為了適應(yīng)驅(qū)動快速場效應(yīng)管的需要，末級采用推拉式工作電路，使開關(guān)速度更快，末級輸出或吸入電流最大值可達400mA。

　　5）內(nèi)設(shè)欠壓鎖定電路。當輸入電壓小于 8V 時芯片內(nèi)部鎖定，停止工作（基準源及必要電路除外），使消耗電流降至小于 2mA。

　　6）比較器的反相輸入端即軟啟動控制端芯片的引腳 8，可外接軟啟動電容。該電容器內(nèi)部的基準電壓 Uref由恒流源供電，達到2．5V的時間為t=（2．5V/50μA）C，占空比由小到大（50%）變化。

　　7）內(nèi)置PWM（脈寬調(diào)制）。鎖存器將比較器送來的所有的跳動和振蕩信號消除。只有在下一個時鐘周期才能重新置位，系統(tǒng)的可靠性高。

　　2、SG3525管腳功能

　　直流電源 Vs 從腳 15 接入后分兩路，一路加到或非門；另一路送到基準電壓穩(wěn)壓器的輸入端，產(chǎn)生穩(wěn)定的元器件作為電源。振蕩器腳 5 須外接電容 CT，腳 6 須外接電阻 RT。振蕩器頻率由外接電阻RT 和電容CT決定， 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，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?；蚍情T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。雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的兩個輸出互補，交替輸出高低電平，將PwM脈沖送至三極管VT1 及 VT2的基極，鋸齒波的作用是加入死區(qū)時間，保證 VT1 及VT2不同時導(dǎo)通。最后，VTl及VT2分別輸出相位相差為 180°的 PWM波。

　　3、SG3525內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

　　本電源輸入電壓是由帶隔離變壓器的+30V 電源提供， 選用 SG3525 設(shè)計的 DC—DC 直流變換器原理圖。性能指標是：輸入電壓為DC24～35V可調(diào)，輸入額定電壓為 30V，輸出為 5V/lA。本系統(tǒng)由SG3525 產(chǎn)生兩路反向方波來控制 MOSFET 的導(dǎo)通與關(guān)閉，MOSFET驅(qū)動采用推挽方式，本設(shè)計在變壓器的中心抽頭加入30V直流電壓，輸出部分采用全波整流，在輸出點上有分壓電阻給TL431 提供參考電壓，并通過光電隔離反饋到 SG3525，以調(diào)節(jié)控制輸出方波占空比來穩(wěn)定輸出電壓。由于本設(shè)計采用推挽式功率變換電路，在輸入回路中僅有一個開關(guān)的通態(tài)壓降，而半橋和全橋電路有2個，因此在同樣的條件下，產(chǎn)生的通態(tài)損耗較小，這種拓撲特別適合輸入電壓較低的場合，這也是本設(shè)計為什么采用推挽變換器的原因。其中的變壓器可同時實現(xiàn)直流隔離和電壓變換的功能，磁性元件數(shù)目較少，成本較低。

　　4、電路的組成

　　如圖1所示，本電路采用全控型器件作為自開關(guān)器件，利用集成脈寬調(diào)制器SG3525產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號作為驅(qū)動信號。斬控式交流調(diào)壓電路輸入的是正弦交流電壓。在交流電源ui的正半周，用V1進行斬波控制，用V3給負載電流提供續(xù)流通道；在ui的負半周，用V2進行斬波控制，用V4給負載電流提供續(xù)流通道。設(shè)斬波器件V1、V2的導(dǎo)通時間為ton，開關(guān)周期為T，則導(dǎo)通比為α=ton/T，和直流斬波電路一樣，通過對α的調(diào)節(jié)可以調(diào)節(jié)輸出電壓U0。

　　控制電路如圖2所示，主要由同步變壓器T與運算放大器A1及A2，專用脈寬調(diào)制芯片SG3525及外圍電路，脈沖控制及隔離輸出等部分組成。同步變壓器T與運算放大器A1及A2構(gòu)成同步檢測環(huán)節(jié)。輸入交流電壓為220V，經(jīng)過同步變壓器T后，分別形成兩路互為倒相的方波，寬度為180°，分別對應(yīng)正弦波的正半周和負半周，由SG3525進行調(diào)制后，經(jīng)過隔離及驅(qū)動電路，分別驅(qū)動兩路功率場效應(yīng)管。

　5、脈寬調(diào)制器SG3525PWM波的形成原理

　　脈寛調(diào)制信號由專用集成芯片SG3525產(chǎn)生，有關(guān)SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，功能，工作原理與使用方法等說明如下：如圖3所示，虛線框內(nèi)為SG3525的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖， 它主要由以下部分組成。

　?。?）基準電壓調(diào)整器

　　基準電壓調(diào)整器是輸出為5.1V， 50mA ，有短路保護的電壓調(diào)整器。它供給所有 內(nèi)部電路，同時又可作為外部基準參考電壓。

　?。?）振蕩器

　　振蕩器的充電回路由C2，C3，R4構(gòu)成，電阻R5作為放電電阻，改變充電電容的大小即可改變鋸齒波的頻率，此頻率也就是振蕩器的振蕩頻率。此電路中，R5放電電阻較小，所以形成的鋸齒波波形后沿較陡。

　?。?）誤差放大器及補償輸入

　　誤差放大器是差動輸入的放大器，本電路可以不用，僅在補償端9引入幅值可調(diào)的直流調(diào)制信號Ur。

　?。?）鎖存器

　　比較器的輸出送到鎖存器。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PWM鎖存器對比較器來的置位信號鎖存，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，經(jīng)過鎖存器后的輸出為PWM‵。

　?。?）輸出11端，12端，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，SG3525還有欠壓鎖定電路，閉鎖控制電路，軟起動電路。本電路不須使用閉鎖控制和軟起動。

　　形的形成過程如圖4所示，PWM為SG3525輸出的脈寬調(diào)制波。

　　6、主電路工作過程

　　當輸入交流電處于正半波時，經(jīng)調(diào)解制的方波信號施加于VT2的柵極和源極，VT1的控制電壓為佳0V，交流電經(jīng)L，R，VT2，VD1構(gòu)成回路。

　　當輸入交流電處于負半周時，方波信號加于VT1，VT2控制電壓為0，交流電經(jīng)過VT1，VT2，R，L構(gòu)成回路，從而在RL上得到一完整的經(jīng)過調(diào)制的單相正弦波交流電，有效值通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比進行改變，則負載電阻RL上的電壓波形如圖5所示（輸出端不帶濾波環(huán)節(jié)時），顯然，負載上的電壓有效值隨脈寬信號的占空比而變。

　 ? 7、輸出電壓大小調(diào)節(jié)的實現(xiàn)

　　輸出交流電壓大小的調(diào)節(jié)是通過調(diào)節(jié)可變電阻RP來完成的。調(diào)節(jié)RP即可改變調(diào)制信號的電壓Ur（參考信號），當Ur增大時，由SG3525的13腳輸出的PWM波的占空比減小，但經(jīng)過或非門D1或D2之后，在c點或d點的PWM波的占空比相應(yīng)的增大。（經(jīng)過隔離及驅(qū)動電路后e點和c點的波行一致，g點和d點的波形一致）。則交流電壓的負半周或正半周經(jīng)過VT1或VT2導(dǎo)通的部分也就相應(yīng)的增大，負上RL上的電壓也就增大了。

　　8、輸出波形的進一步改善

　　從圖5的輸出電壓波形可以看出，輸出的交流電壓波形為一系列有缺口的正弦波，這會引起高次諧波。但只要在RL前接入電感電容濾波回落，則在負載RL上便可獲得比較理想的正弦波，如圖4所示URL為輸出端帶有濾波環(huán)節(jié)時的負載端電壓波形。另外，由于URL的相位與交流電壓的相位保持一致，所以此交流調(diào)壓的功率因素可以達到1。

　 ? ?9、結(jié)論

　　圖5：負載為電阻時的 輸出電壓電流波形

　　圖5給出了電阻負載時負載電壓U0和電源電流i1（也就是負載電源）的波形?？梢钥闯鲭娫措娏鞯幕ǚ至渴桥c電源電壓同相位的。即位移因數(shù)為1。電源電流不含低次諧波，只含和開關(guān)周期T有關(guān)的高次諧波，這些高次諧波用很小的濾波器即可濾除，這時電路的功率因數(shù)接近于1。

　　采用由SG3525控制的單相交流調(diào)壓電路具有下列優(yōu)點：

　?。?） 諧波幅值小，且最低次諧波頻率高，故可采用小容量濾波元件；

　?。?） 功率因數(shù)高，經(jīng)濾波后，功率因數(shù)接近于1。

　?。?） 對其他用電設(shè)備的干擾小。因此，此種調(diào)壓方式可用于馬達調(diào)速，調(diào)溫，調(diào)光等設(shè)備。本文所述的是用于調(diào)光的一種新型交流調(diào)壓電路。