SG3525的新型单相交流调压电路

　　1、SG3525简介

　　脉宽调制器SG3525是一种性能优良，功能齐全，通用性强的单片集成PWM控制器，由于它简单可靠及使用方便灵活，大大减化了脉宽调制器的设计及调试。本电路是利用SG3525产生的PWM波作为功率场效应管的驱动信号，由功率场效应管通过斩波的方式实现的单相交流调压电路。

　　芯片特点

　　1）内置 5．1 V±1．0%的基准电压源。

　　2）芯片内振荡器。

　　3）具有振荡器外部同步功能。

　　4）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，使开关速度更快，末级输出或吸入电流最大值可达400mA。

　　5）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。

　　6）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。

　　7）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。

　　2、SG3525管脚功能

　　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。

　　3、SG3525内部结构图

　　本电源输入电压是由带隔离变压器的+30V 电源提供， 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。

　　4、电路的组成

　　如图1所示，本电路采用全控型器件作为自开关器件，利用集成脉宽调制器SG3525产生的脉宽调制信号作为驱动信号。斩控式交流调压电路输入的是正弦交流电压。在交流电源ui的正半周，用V1进行斩波控制，用V3给负载电流提供续流通道；在ui的负半周，用V2进行斩波控制，用V4给负载电流提供续流通道。设斩波器件V1、V2的导通时间为ton，开关周期为T，则导通比为α=ton/T，和直流斩波电路一样，通过对α的调节可以调节输出电压U0。

　　控制电路如图2所示，主要由同步变压器T与运算放大器A1及A2，专用脉宽调制芯片SG3525及外围电路，脉冲控制及隔离输出等部分组成。同步变压器T与运算放大器A1及A2构成同步检测环节。输入交流电压为220V，经过同步变压器T后，分别形成两路互为倒相的方波，宽度为180°，分别对应正弦波的正半周和负半周，由SG3525进行调制后，经过隔离及驱动电路，分别驱动两路功率场效应管。

　5、脉宽调制器SG3525PWM波的形成原理

　　脉寛调制信号由专用集成芯片SG3525产生，有关SG3525的内部结构，功能，工作原理与使用方法等说明如下：如图3所示，虚线框内为SG3525的内部结构图， 它主要由以下部分组成。

　　（1）基准电压调整器

　　基准电压调整器是输出为5.1V， 50mA ，有短路保护的电压调整器。它供给所有 内部电路，同时又可作为外部基准参考电压。

　　（2）振荡器

　　振荡器的充电回路由C2，C3，R4构成，电阻R5作为放电电阻，改变充电电容的大小即可改变锯齿波的频率，此频率也就是振荡器的振荡频率。此电路中，R5放电电阻较小，所以形成的锯齿波波形后沿较陡。

　　（3）误差放大器及补偿输入

　　误差放大器是差动输入的放大器，本电路可以不用，仅在补偿端9引入幅值可调的直流调制信号Ur。

　　（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，经过锁存器后的输出为PWM‵。

　　（5）输出11端，12端，14端连结在一起，由13端输出信号。这样，能保证13端的输出与锁存器的输出一致。

　　此外，SG3525还有欠压锁定电路，闭锁控制电路，软起动电路。本电路不须使用闭锁控制和软起动。

　　形的形成过程如图4所示，PWM为SG3525输出的脉宽调制波。

　　6、主电路工作过程

　　当输入交流电处于正半波时，经调解制的方波信号施加于VT2的栅极和源极，VT1的控制电压为佳0V，交流电经L，R，VT2，VD1构成回路。

　　当输入交流电处于负半周时，方波信号加于VT1，VT2控制电压为0，交流电经过VT1，VT2，R，L构成回路，从而在RL上得到一完整的经过调制的单相正弦波交流电，有效值通过调节脉冲的占空比进行改变，则负载电阻RL上的电压波形如图5所示（输出端不带滤波环节时），显然，负载上的电压有效值随脉寬信号的占空比而变。

　   7、输出电压大小调节的实现

　　输出交流电压大小的调节是通过调节可变电阻RP来完成的。调节RP即可改变调制信号的电压Ur（参考信号），当Ur增大时，由SG3525的13脚输出的PWM波的占空比减小，但经过或非门D1或D2之后，在c点或d点的PWM波的占空比相应的增大。（经过隔离及驱动电路后e点和c点的波行一致，g点和d点的波形一致）。则交流电压的负半周或正半周经过VT1或VT2导通的部分也就相应的增大，负上RL上的电压也就增大了。

　　8、输出波形的进一步改善

　　从图5的输出电压波形可以看出，输出的交流电压波形为一系列有缺口的正弦波，这会引起高次谐波。但只要在RL前接入电感电容滤波回落，则在负载RL上便可获得比较理想的正弦波，如图4所示URL为输出端带有滤波环节时的负载端电压波形。另外，由于URL的相位与交流电压的相位保持一致，所以此交流调压的功率因素可以达到1。

　    9、结论

　　图5：负载为电阻时的 输出电压电流波形

　　图5给出了电阻负载时负载电压U0和电源电流i1（也就是负载电源）的波形。可以看出电源电流的基波分量是与电源电压同相位的。即位移因数为1。电源电流不含低次谐波，只含和开关周期T有关的高次谐波，这些高次谐波用很小的滤波器即可滤除，这时电路的功率因数接近于1。

　　采用由SG3525控制的单相交流调压电路具有下列优点：

　　（1） 谐波幅值小，且最低次谐波频率高，故可采用小容量滤波元件；

　　（2） 功率因数高，经滤波后，功率因数接近于1。

　　（3） 对其他用电设备的干扰小。因此，此种调压方式可用于马达调速，调温，调光等设备。本文所述的是用于调光的一种新型交流调压电路。