一种基于SG3525控制的双管正激变换器

引言

双管正激变换器由于具有开关电压应力低，内在抗桥臂直通能力强，可靠性高等优点，被广泛应用于高输入电压的中、大功率等级的电源产品中。在开关电源系统中脉宽调制器的设计是一个关键问题，本文所述系统采用的脉宽调制器是美国硅通用公司的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能齐全，通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠且使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试。

1、双管正激变换器的特点

双管正激变换器的拓扑结构如图1所示。其基本工作原理为：S1与S2同时导通，同时关断。S1与S2导通时电源经变压器向负载输出功率并使C充电。S1及S2关断时，输出电流经D4续流，同时变压器绕组的励磁电流经D1-VIN-D2向电源返回磁能。由于D1和D2的导通使开关管S1和S2承受的电压仅为电源电压。这种双管单端正激电路虽然多用了一个开关管，但其电压较单管的低了一半，同时变压器少了一个磁通复位绕组，所以适用于具有较高输入电压的场合。

图1 双管正激电路拓扑图

2、SG3525的功能介绍以及应用

随着电力电子技术的发展，各种大功率全控型器件相继问世，其中MOS型功率晶体管发展非常迅速，由于它具有高耐压，低驱动功率，良好的频率响应特性和开关时间短等优点，常常在开关稳压电源和直流斩波电路中用作开关管。开关管的控制方式采用脉冲宽度调制（PWM）方式。美国硅通用电气公司设计了适用于高频功率MOS管驱动的第二代集成电路脉冲宽度控制器，其中SG3525可用于驱动N沟道的功率MOS管。

由图2的结构框图可见，SG3525主要有基准稳压源、振荡器、误差放大器、PWM比较器和锁存器、分相器、或非门电路和图腾输出电路等几大部分组成。

图2  SG3525内部结构图

2.1、SG3525基本工作原理和应用特点

SG3525的振荡器通过外接时基电容和电阻产生锯齿波振荡，同时产生时钟脉冲信号，该信号的脉冲宽度与锯齿波的下降沿相对应。时钟脉冲作为由T触发器组成的分相器的触发信号，用来产生相位差为180毅的一对方波信号。

SG3525是在SG3524的基础上改进而来的，它克服了SG3524的不足，成为第二代集成电路脉冲宽度调制器，其独特的应用特点主要有以下4点：

（1）欠压锁定功能；

（2）软启动功能；

（3）系统的故障关闭功能；

（4）死区时间可调功能。

2.2、SG3525在双管正激开关电源中的应用

根据SG3525各脚功能和双管正激电路开关管控制规律，接有如图3所示的SG3525外围电路。脚5、脚6、脚7的电容、电阻值决定了振荡器的振荡频率。脚1和脚2为SG3525的误差放大器的反相和同相输入端，现均通过一个电阻接地，让它处于不工作状态，因为本控制电路的误差放大器采用的是TL431，其原因是由于隔离反馈电路采用的是比较普遍的光隔离器。副边的误差放大器通常采用的是TL431，它的内部有一个具有温度补偿的电压参考源和一个放大器，反馈电路如图4所示。

图3 SG3525在双管正激电源中的应用

图4  光隔离的电压反馈电路图

SG3525的脚8接不同的对地电容时软启动的时间不一样。例如10滋F的电容所对应的软启动时间为0.58s，22滋F的电容所对应的软启动时间为1.26s等。反馈信号直接送入脚9（即PWM比较器的反相输入端），和振荡器输出的三角波进行比较输出PWM波。由于双管正激电路的两个主开关管是同时导通和同时关断，而SG3525的脚11和脚14输出的是两路占空比相等，但相位互差180毅的驱动波形。所以只用其一路输出。

3、启动电路的改进

对离线式开关电源，如果启动电路始终从电源输入线获取电流，会产生很可观的损耗，特别是在高输入电压的场合下，启动电阻的热损耗很大，所以本文采用的启动电路在电路稳定工作后就切断启动回路，其结构如图5所示。工作原理主要是当整个电源进入稳定工作状态后，SG3525的工作电源可以从变压器的附加绕组上获取，使得此时的三极管基射极和发射极上的二极管反偏，这样就完成了对启动电流的切断过程。

图5  高输入电压的双管正激电路的自启动电路

4、实验结果

为了验证基于SG3525来实现双管正激变换器的可行性，选择合适的器件参数对这种控制方法的实现进行了实验验证。输入电压为400~800V，输出电压为24V，额定输出电流为6A，频率为35kHz。实验波形如图6~图9所示。

图6为SG3525的一路输出波形。开关频率为35kHz，要改变其频率很简单，只需调节SG3525振荡器的频率即可。

图6  SG3525脚11输出的PWM波形

图7为输入电压增加后MOS管驱动脉宽的变化，分别为输入电压等于420V和570V时的驱动波形。由此可说明以下两点：

（1）此驱动波形为交流波形，由于SG3525的输出波形是单极性的，而脉冲变压器是不允许有直流成分存在，其后接一个隔直电容后再来驱动MOS管，故开关管的驱动波形变为交流波形；

（2）随着输入电压升高为570V时驱动MOS管导通的脉宽变窄，使得输出电压稳定在恒定值。

图7  MOS管驱动脉宽的变化

图8为输出电压等于24V的直流波形。

图8  输出电压的直流波形

图9为输出电压为24V的交流纹波，可见纹波小于40mV，电压尖峰也小于150mV。

图9  输出电压的交流纹波

5、结语

实验证明：基于芯片SG3525来实现双管正激稳压电路是可行的，且性能可靠，调节方便，实测的各点波形与理论波形相符，运行效果良好。