一种电压可调高频高压电源的设计(10)

第4章 驱动电路及芯片的设计

第4章 驱动电路及芯片的设计

4.1 SG3525的设计

4.1.1 SG3525功能简介

SG3525是频率固定的单片高性能PWM控制器，是用于驱动N沟道增强型MOS管的第二代脉冲宽度控制器，SG3525脉宽调制型控制器作为SG3524的改进型，更适合于运用MOS管作为开关器件的双端DC／DC变换器。它是采用双极型工艺制作的新型模拟数字混合集成电路。其电源工作电压8～40V，输出频率可达400kHz。该控制器包含精确的电压基准、高频振荡器、误差放大器、比较器、PWM锁存器、分相器、欠电压锁定器、双图腾柱输出、低阻抗驱动器、软起动电路及关闭电路。信号经过电流限制和比较器、逻辑和输出驱动器， 具有很短的传输延时。为了在恶劣负载条件下能不间断供电，并确保功率模块安全。

图4-1 SG3525内部功能框图

161512436579128105.0K5.0K?13Vc基准电源接内部电路欠电压锁定Output A或非11振荡器触发器QQ或非14Output BPWM??误差放大器??SR锁存器SSG3525输出级5.0uAVREF如图4-1所示为SG3525的内部功能框图。其主要功能简单列举如下： 1）基准电压调整器。基准电压调整器是输出为5.1V，有短路保护的电

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压调整器。它供给所有内部电路，又可作为外部基准参考电压。

2）振荡器SG3525中的核心部分是锯齿波振荡器、误差放大器和比较器。振荡器为调制电路提供载波。其频率大小由与5、6、7脚相联的电阻RT、

RD以及电容CT的大小决定，具体的关系如下：

f?1CT(0.67RT?1.3RD)（4-1）

调整RD的大小，可调节锯齿波下降沿的时间宽度。即可调节死区时间。 3）误差放大器及补偿输入。误差放大器是一个两级差分放大器，直流开环增益为70dB左右。2脚是放大器的同相输入端，l脚为反相输入端，9脚还提供了一个反馈端，可以利用它来调整输入信号的放大倍数。最终的脉宽调制信号是通过误差信号与由振荡器提供的锯齿波比较来获得的，SG3525中的比较器就担任这个重要的角色。

4）锁存器。比较器的输出送到锁存器。锁存器由关闭电路置位，由振荡器输出时间脉冲复位。这样，当关闭电路动作，即使过流信号立即消失，锁存器也可维持一个周期的关闭控制，直到下一周期时钟信号使锁存器复位为止。另外，由于PWM锁存器对比较器来的置位信号锁存，将系统所有的跳动和振荡信号消除了。只有在下一个时钟周期才能重新置位，有利于提高可靠性。

4.1.2 SG3525参数设计

1)振荡器的参数设计：由主电路设计过程可知主电路开关管的工作频率为40KHz，由此设计振荡器的参数设计。又由于RD是用来控制输出波形占空比的电阻，因此在调节过程中会对其进行调整，所以应该用一个可调电阻来组成电路。又由于不希望在调节过程中太多的改变工作频率，因此该电阻值不能选的太大，因此选用一个01k可调的电位器。电阻RT由应该设置的大一点来减小对工作频率的影响，这里选用10k?。由公式（4-1）可计算出所需的定时电容值应该为：C?32pF。

2）软起电容的设计：由上一章中闭环电路的仿真可知系统在上电的前一段时间里电流过冲很大，开始的占空比在一定时间内均为D?1，因此需要设置软起动电容来减小电流过冲。这里加一个4.7pF的软起电容。

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第4章 驱动电路及芯片的设计

100?5u4.7pFC?32pF10k?01k01k?1161514135?300?5?234567815VSG3525150?12111091k?图4-2 SG3525外围电路

3）控制电路中基准电源的设置：由控制电路的设计中可知输出电压和积分器的基准电源电压的关系为一固定常数，且应该可调。所以在SG3525的外围电路中16脚和2脚间加入了两电阻进行分压，16脚是SG3525的基准电压输出，其电压值为标准电压5.1V。将一个电阻定为电位器即可对2脚的输入电压进行连续可调。为使PWM发生器开始就产生具有一定占空比的波形，应在9给电压比较器同相输入端加一电平，这里将基准电源进行限流电阻直接接入，可得一5.1V的电平。

4）其他外围电路的设计：其他外围电路的参数是控制电路设计中各部分的参数，这里就不再重复了。

在本设计中将取用两个SG3525芯片分别去驱动Buck电路中的开关管和半桥逆变中的开关管。在半桥逆变中只需省略上述说明中的误差输入及比例积分外围电路即可。

4.2 驱动芯片IR2110的设计

在实际电路中控制电路对主电路器件的控制可采用直接驱动和隔离驱动两种方式。之所以采用隔离驱动电路：一是因为有些情况主电路电压电流都很大，芯片的驱动能力不能完全驱动主电路器件；二是因为在某些电路中

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主电路和控制电路会形成回路，这样使得控制电路不能驱动主电路器件。在这里由于输出电压比较高，所以采用隔离驱动。主电路中有三个功率器件需要进行隔离驱动：即Buck模块中的开关管，半桥逆变电路中两个开关管。

其中第一个开关管的触发信号不同于后两个，在调压过程中它的控制信号的占空比是变化的，而后两个开关管则不需要改变占空比，且应该工作在占空比比较稳定的状况下，以保证逆变波形的稳定。所以在本设计中采用两个IR2110芯片来分别对两部分开关器件进行隔离驱动。

IR2110具有独立的低端和高端输入通道。悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，低压静态时功耗低。输出的电源端电压范围为

1020V，逻辑输入电压范围为515V。工作频率高，可达500KHz。

IR2110的电压悬浮原理如图4-3所示。IR2110的高端悬浮自举电源的设计，可以大减少驱动电源的数目。

IR2110 用于驱动半桥的电路如图2 所示。图中C1为自举电容，C2 为VCC 的滤波电容。假定在S1 关断期间C1 已充到足够的电压（VC1≈VCC）。当HIN 为高电平时，VC1 加到S1 的门极和发射极之间，C1 通过

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VDDHinSDLinVssHoVBVsVccCOMLoRg1C1VccC2Rg2VHS1S2图4-3 IR2110电压悬浮原理图 第4章 驱动电路及芯片的设计

内部电路，Rg1 和S1 门极栅极电容放电。此时VC1 可等效为一个电压源。当HIN 为低电平时， S1 栅电荷经Rg1 、内部电路迅速释放，S1 关断。经短暂的死区时间之后，LIN 为高电平，S2 开通，VCC 经VD1，S2 给C1 充电，迅速为C1 补充能量。如此循环反复。

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为使开关管的栅极在开关管关断的时候能够有一定的负栅压，于是设计了如图4-4所示的具有负栅压输出的IR2110外围电路设计。

当Ho输出高电平时，半桥电路的上管导通，此时Vcc经过二极管，向两串联电容充电，由于击穿二极管VD1的作用使得电容C2电压稳定在4.7V。当

图4-4 具有负栅压的IR2110外围电路图

Ho输出为低电平，电容C2经开关管栅极及芯片内部电路放电为开关管提供幅值为4.7V的负栅压。

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