基于SG3525的全桥变换器控制驱动电路设计

王松平，沈 凤，时志苹，朱慧博

（宿迁学院 计算机系， 江苏 宿迁 223800）

直流变换器是一种应用电力半导体开关器件及电子技术对原始电能进行转换、加工、调节的电子电路，它广泛应用于电机拖动、不间断电源、计算机、通信、航天等各个领域，成为各种电子设备和系统高效率、低功耗、安全可靠运行的关键。而各种直流变换技术中，PWM控制与驱动器集成电路是其核心和关键[1-2]。

电压脉宽型控制芯片SG3525A以及高压悬浮驱动芯片IR2113，以其工作稳定、外围电路简单，成为了比较理想的控制驱动芯片[3-4]。文章采用该两种芯片设计了用以驱动全桥变换器中功率MOSFET的控制驱动电路，并在saber环境中搭建模型，进行仿真分析，验证了设计的可行性。

1 变换器总体设计

图1为全桥直流变换器的总体设计框图，直流300 V输入经过全桥高频逆变后整流滤波输出。输出的采样信号以及电路中的过压过流保护信号送给控制芯片SG3525，用以控制PWM信号输出，PWM信号再由IR2113专用控制芯片驱动逆变电路中开关管的通断，从而达到控制输出电压的目的。文中对其中的SG3525控制模块及IR2113驱动模块的外围电路的设计做了较为详细的介绍。

2 主体电路设计

2.1 SG3525控制电路设计

图2给出了SG3525的引脚图[4]，其主要参数设计如下：

图1 全桥变换器总体设计框图Fig.1 The overall design of Full-bridge converter

图2 SG3525引脚图Fig.2 Overall design of Full-bridge converter

1）振荡器振荡频率的确定

内部振荡器的振荡频率主要取决于6脚外接的定时电阻Rt，5脚外接的定时电容Ct和放电电阻Rd（连接于7脚与5脚之间的电阻）的大小。它们的关系满足公式：

2）死区时间的确定

死区时间不但与Rd有关，而且还与外接的定时电阻Rt有关。文献[4]给出了Rd的最大取值和Rt的最小取值之间的关系曲线。

由于课题设计驱动全桥驱动的两对开关管频率为50 kHz，则PWM控制器SG3525振荡频率为100 kHz，现取Rt=4.7 kΩ，则依据文献[4]中Rd和Rt关系曲线，Rd最大取值不能超过200Ω，现取100Ω，代入公式1则有：

得Ct≈2.实际取标称值t

3）8脚外接软启动电容，该端到地所连接的电容可以决定该芯片的软启动时间，一般为1~10μF，现取2μF。

4）1脚为内部误差放大器的反向输入端，和2脚内部误差同相输入端所接的给定电压比较，从而控制输出PWM脉冲的宽度。实际应用时，2脚一般接给定基准，1脚接采样信号。仿真设计时1脚采用VCVS来代替外接的电压采样信号，2脚接16脚引出的2.5 V分压基准。

5）9脚为补偿端，一般和内部误差放大器反相端间接电容电阻，构成PI或PID控制器，这个参数的设计过程比较复杂，并且得依据实际经验反复调试，此处不再多述。仿真电路外接 R=100 kΩ，C=2.2 μF。

6）10脚为外部控制端，该端输入的控制信号为低电平时，PWM脉冲信号正常输出；为高电平时，芯片内部工作被关断，输出的PWM信号为零，该端实际应用时，外接过流，过压等保护输入信号，仿真时接低电平。

7）11脚和14脚为两路相位相差180度的输出PWM驱动信号。

2.2 IR2113驱动电路设计

IR2113由低端功率晶体管驱动级、高端功率晶体管驱动级、电平转换器、输入逻辑电路组成，可以根据自举原理工作或加一浮动电源工作，外围电路简单。且IR2113有比较完善的保护功能，当VCC或VS和VB之间电压低于限定值时，欠压自锁会关断栅极驱动。图3给出了IR2113的典型应用。其中HIN和LIN为逻辑输入电压，HO和HI为两路栅极驱动器的输出端。图3为其典型的驱动应用[5-6]。设计采用自举工作方式，其中二极管和自举电容是IR21l3在脉宽调制应用时应严格挑选和设计的元器件。二极管是一个重要的自举器件，应能阻断直流干线上的高压，其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积。为了减少电荷损失，应选择反向漏电流小的快恢复二极管。而芯片内高压部分的供电都来自举电容上的电荷，为保证高压部分电路有足够的能量供给，既不能太大影响窄脉冲的驱动性能，也不能太小影响宽脉冲的驱动要求。应从功率器件的工作频率、开关速度、门极特性等方面进行选择，估算后调试而定。实际采用2.2μF。

图3 IR2113典型应用Fig.3 Typical application of IR2113

3 仿真设计和仿真结果

由于课题所设计电路为全桥变换器，故采用两片IR2113。HO和HI输出分别驱动全桥对角的两个MOSFET开关管。图4为其在saber环境下的仿真原理图。

仿真结果如图5和图6所示，图5中上两个波形a、b分别为仿真电路SG3525的两路相位相反的驱动输出信号，下面两个波形c、d分别为高频变压器[7]副边输出和变换器最终的直流输出。从图中可以看出，驱动脉冲频率约为48 kHz，占空比约为45%，死区时间约为2μs。

为了更进一步验证SG3525的脉宽调制特性，现调整反馈电压[8]，从图6中可以清楚的看出，随着反馈电压（波形a）增大，驱动脉冲脉宽在随之减小，从而缩短了开关管的导通时间达到反馈控制减小输出电压的目的。

图4 仿真原理图Fig.4 Simulation model

图5 驱动及输出电压波形Fig.5 Drive waveform and output voltage waveform

图6 输出脉冲宽度调制波形Fig.6 Output pulse width modulate waveform

5 结论

文中依据SG3525和IR2113两种芯片的工作特点，设计了用以驱动全桥变换器中功率MOSFET的控制驱动电路，并在saber环境中搭建模型，进行仿真分析，仿真结果验证了参数设计合理，方案可行。

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