脉宽调制器SG3525及其在变频电源中的应用

1引言

在中小容量变频电源的设计中，采用自关断器件的脉宽调制系统比非自关断器件的相控系统具有更多的优越性。第二代脉宽调制器SG3525应用于交流电机调速、UpS电源以及其他需要pWM脉冲的领域。其外围电路可对串联谐振式逆变电源进行多功能控制，实现H桥式MOSFET脉宽调制pWM信号的生成和逆变电源的保护功能，以及变频电源工作过程中谐振频率的跟踪控制。

2pWM2SG3525的结构特性

SG3525脉宽调制控制器，不仅具有可调整的死区时间控制功能，而且还具有可编式软起动，脉冲控制封锁保护等功能。通过调节SG3525第6脚（RT）上的电流大小可以改变输出控制信号pWM的频率，调节第9脚（EAOUT）的电压可以改变输出脉宽，这些功能可以改善变频电源的动态性能和简化控制电路的设计。

2.1pWM-SG3525内部结构

SG3525的内部结构见图1，由基准电压调整器、振荡器、误差放大器、比较器、锁存器、欠压锁定电路、闭锁控制电路、软起动电路、输出电路构成

2.2欠压锁定功能

基准电压调整器受15脚的外加直流电压VC的影响，当VC低于7V时，基准电压调整器的精度值就得不到保证，由于设置了欠压锁定电路，当出现欠电压时，欠压锁定功能使A端线由低电压上升为逻辑高电平经过或非门输出转化为p1=p2=ˉA+ˉB+ˉC+ˉD=0，SG3525的13脚输出为高电平，功率驱动电路输出至功率场效应管的控制脉冲消失，逆变器无电压输出。

2.3系统的故障关闭功能

集成控制器SG3525内部的T3晶体管基极经一电阻连接10引脚。过流保护环节检测到的故障信号使10脚为高电平，由于T3基极与A端线相连，故障信号产生的关闭过程与欠电压锁定过程类似。在电路中，过流保护环节还输出一个信号到与门的输入端，当出现过流信号时，检测环节输出一低电平信号到与门的输入端，使脉冲消失，与SG3525的故障关闭功能一起构成双重保护。

2.4软起动功能

软起动功能的实现主要由SG3525内部的晶体管T3和外接电容C3及锁存器来实现的。当出现欠压或者有过流故障时，A端线高电平传到T3晶体管基极，T3导通为8引脚外接电容C3提供放电的途径，C3经T3放电到零电压后，限制了比较器的pWM脉冲电压输出，电压上升为恒定的逻辑高电平，pWM高电平经pWM锁存器输出至D端线仍为恒定的逻辑高电平，C3电容重新充电之前，D端线的高电平不会发生变化，封锁输出。当故障消除后，A端线恢复为低电平正常值，T3截止，C3电容由50ΛA电流源缓慢充电，C3充电对pWM和D端线脉冲宽度产生影响，同时对p1和p2输出脉冲产生影响，其结果是使p1和p2脉冲由窄缓慢变宽，只有C3充电结束后，p1和p2的脉冲宽度才不受C3充电的影响。这种软起动方式，可使系统主回路电机及功率场效应管承受过大的冲击浪涌电流。

2.5波形的产生及控制方式分析

SG3525内部的锯齿波作为载波信号Ut，外加的给定信号Ug作为调制信号由9脚输入，载波信号Ut和给定信号Ug叠加用于确定脉宽调制波的初始占空比，可控制逆变器输出电压的大小和极性。Ug可正可负，由模拟或数字调节器的输出来控制，可构成闭环自动控制系统。集成控制器SG3525的输出侧采用推拉式电路可使关断速度加快。当11脚、14脚与12脚连接时，pWM脉冲由13脚输出，这样能够保证13脚的输出与锁存器的输出一致。SG3525内部的电压波形如图2所示，锯齿波与调制波的交点比较功能由比较器完成，当Ut》Ur时，比较器输出的pWM波形由逻辑低电平变为高电平，当Ut《Ur时，比较器输出的pWM波形由逻辑高电平变为低电平，为保证pWM波宽不至于太窄，用pWM锁存器锁存高电平值，并在Cp脉冲下跳时对锁存器清零，以进行下一个比较点的锁存

2.6延时回路

在可逆变换器中，跨接在电源US两端的上、下两个功率场效应管交替工作，由于功率场效应管的关断要有一定的时间。如果在此期间另一个功率场效应管已经导通，则将造成上下两管直通，从而使电源正负极短路。为了避免发生这种情况，设置了由R、C电路构成的逻辑延时环节。保证在对一个管子发出关闭脉冲后，延时2Λs左右的时间后再发出对另一个管子的开通脉冲。如图3所示，

Ua为SG3525的13脚输出占空比可调的脉冲波形（占空比调节范围不小于0.1～0.9），经过RC移相后，输出两组互为倒相、死区时间为4Λs左右的脉冲，经过驱动4只MOSFET管，其中VT1，VT4驱动信号相同，VT2，VT3驱动信号相同。

变频电源主电路中的单相整流桥与Boost斩波电路VT0和VD0结合，采用ApFC控制技术对输入交流电进行有源功率因数校正的变换，形成高入端功率因数的整流器。逆变器电路采用MOSFET和辅助电路构成的H型桥式结构，通过pWM控制技术进行双极性变频变压变换形成串联谐振式逆变电源。变频电源控制器由单片机系统、SG3525和ApFC校正电路以及隔离驱动等部分组成。由霍尔电压传感器LEM1和霍尔电流传感器LEM2将负载电压和电流信号进行隔离转换，并由单片机通过AöD进行检测，作为闭环系统的反馈信号，单片机控制SG3525发出的pWM脉冲，来控制逆变器VT1，VT4和VT2，VT3轮流导通，从而控制逆变电压和逆变频率。其中VT1～VT4功率场效应管的型号为IRF840，开关频率为30MHz，VD1～VD4采用反相恢复时间较快的功率二极管50WF40F，主电路整流器二极管采用Zp6，反向的峰值电压为800V。

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