基于SG3525的DC/DC直流变换器的研究

0 引言

　　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推出了SG3525，以用于驱动N沟道功率MOSFET。SG3525是一种性能优良、功能齐全和通用性强的单片集成PWM控制芯片，它简单可靠及使用方便灵活，输出驱动为推拉输出形式，增加了驱动能力；内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、PWM锁存器，有过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其性能特点如下：

　　1)工作电压范围宽： 8～35V。

　　2)内置5．1 V±1．0％的基准电压源。

　　3)芯片内振荡器工作频率宽100Hz～400 kHz。

　　4)具有振荡器外部同步功能。

　　5)死区时间可调。为了适应驱动快速场效应管的需要，末级采用推拉式工作电路，使开关速度更陕，末级输出或吸入电流最大值可达400mA。

　　6)内设欠压锁定电路。当输入电压小于8V时芯片内部锁定，停止工作(基准源及必要电路除外)，使消耗电流降至小于2mA。

　　7)有软启动电路。比较器的反相输入端即软启动控制端芯片的引脚8，可外接软启动电容。该电容器内部的基准电压Uref由恒流源供电，达到2．5V的时间为t=(2．5V／50μA)C，占空比由小到大(50％)变化。

　　8)内置PWM(脉宽调制)。锁存器将比较器送来的所有的跳动和振荡信号消除。只有在下一个时钟周期才能重新置位，系统的可靠性高。

　　l 脉宽调制器SG3525简介

　　1．1 结构框图

　　SG3525是定频PWM电路，采用原理16引脚标准DIP封装。其各引脚功能如图1所示，内部原理框图如图2所示。





1．2 引脚功能说明

　　直流电源Vs从脚15接入后分两路，一路加到或非门；另一路送到基准电压稳压器的输入端，产生稳定的元器件作为电源。振荡器脚5须外接电容CT，脚6须外接电阻RT。振荡器频率厂由外接电阻RT和电容CT决定。


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，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。双稳态触发器的两个输出互补，交替输出高低电平，将PwM脉冲送至三极管VT1及VT2的基极，锯齿波的作用是加入死区时间，保证VT1及VT2不同时导通。最后，VTl及VT2分别输出相位相差为180°的PWM波。

　　2 系统结构设计

　　本电源输入电压是由带隔离变压器的+30V电源提供，图3是选用SG3525设计的DC-DC直流变换器原理图。性能指标是：输入电压为DC24～35V可调，输入额定电压为30V，输出为5V／lA。本系统由SG3525产生两路反向方波来控制MOSFET的导通与关闭，MOSFET驱动采用推挽方式，本设计在变压器的中心抽头加入30V直流电压，输出部分采用全波整流，在输出点上有分压电阻给TL431提供参考电压，并通过光电隔离反馈到SG3525，以调节控制输出方波占空比来稳定输出电压。由于本设计采用推挽式功率变换电路，在输入回路中仅有一个开关的通态压降，而半桥和全桥电路有2个，因此在同样的条件下，产生的通态损耗较小，这种拓扑特别适合输入电压较低的场合，这也是本设计为什么采用推挽变换器的原因。其中的变压器可同时实现直流隔离和电压变换的功能，磁性元件数目较少，成本较低。


2．1 高频变压器设计

　　推挽变换器的高频变压器如图3中所示，原边和副边的绕组都分别有一个中心抽头。磁心参数选择如下：

　　变压器输入电压幅值Up1=24V，直流输出电压5V，串联二极管串联压降取0．6V，所以次级绕组电压幅值Up2取5．6V，最大工作比α=0．45，次级绕组峰值电流Ip2=1 A，次


(变压器效率η取为1，这个效率不包括整流二极管在内)，取工作磁感应强度Bm=170mT，电流密度j取4．8A／mm2，铜在磁心窗口中的占空系数Km(初选时取0．2～0．3)，实际计算是取Km=0．2 5，则计算面积乘积

　
取EEl6磁心，它的中心磁铁截面积(Ae)19．2mm2，磁心的窗口面积(Aw)为39．85mm2，因此EEl6的功率容量为Ae×Aw=19．2×39．85mm4=0．0765cm4，而计算面积乘积AP=O．029cm4，它明显小于上面的功率容量的乘积0．0765，可见采用EEl6磁心时，其功率容量已足够大。绕组匝数计算如下：先确定最低电压绕组的匝数