1 SG3525的结构及主要性能

SG3525是电流控制型PWM脉宽调制控制器，其不仅可通过调节外接电阻大小的方式来调节死区时间，还具有软起动方式和脉冲控制封锁保护等功能。通过调节SG3525第5脚上CT的电容和第6脚上RT的电阻，便可改变输出控制信号PWM的频率，调节第9脚COMP的电压可改变输出脉宽，通过以上功能可大幅改善开关电源的动态性能，并简化控制电路的设计。其外接电路结构简单且使用方便，输出驱动为拉输出形式，增加了驱动能力。内部含有欠压锁定电路、软启动控制电路、锁存器。此外，其还具备过流保护功能，频率可调，同时能限制最大占空比。其内部结构如图1所示。

13脚的输出电压Vc作为基准电压调整器15脚的输入电压。当Vc>8 V时，基准电压调整器的16脚输出幅值为5.1 V、精度为+1%。当Vc<8 V时，基准电压调整器的输出降低、精度也会下降。由于芯片内部有欠压锁定器的存在，当15引脚出现欠压时，欠压锁定器输出一个高电平。经过一个或非门后变为一个低电平输入到T1和T5的基极，使T1和T5关断，13脚输出为Vc，11脚和14脚脉冲禁止。功率驱动电路输出至功率场效应管的控制脉冲消失，变换器无电压输出，从而实现了欠压锁定保护的目的。

SG3525内部的晶体管T3基极通过一个电阻与芯片的10脚相连，当系统有过流信号时，输出一个高电平经过电阻与欠压锁定的输出端的或非门相连，结果也导致11脚和14脚的输出禁止，达到保护的目的。

芯片的软启动功能主要是由8脚的外接电容C3和晶体管T3实现。当系统出现欠压时，系统的欠压锁定器输出一个高电平到T3的基极，使T3导通，此时C3开始放电。当C3电压放到为零时，PWM比较器输出一个高电平，经过PWM锁存器后，此高电平接到两个或非门，使T1和T5截止，11脚和14脚脉冲禁止。当过压信号正常时，欠压锁定器输出的低电平使T3截止，C3缓慢充电。当C3充电至高电平时，PWM比较器输出低电平，经PWM锁存器后，使T1和T5恢复正常工作状态。

2 系统结构设计

SG3525芯片需要的供电电流较小，为十几mA，所以其供电电源由24 V电源通过稳压芯片78M15由24 V转为15 V供给。通过对5脚、6脚和7脚设置11脚和14脚的输出频率。产生的两路方波信号分别控制两个MOSFET管，接到脉冲变压器的输入两端。脉冲变压器的输入端中间触头接由24 V转化而来的15 V电源，脉冲变压器的两个输出分别接两个IGBT，从而对由380 V交流电压经整流桥整流后的540 V直流电压进行斩波，形成电机所需的额定电压。电机得电后刹车系统松离，电机运行;失电时呈抱死状态，电机停止运行。系统结构如图2所示。

2.1 驱动设计

如图2所示，系统以SG3525为主控制芯片，通过设置5脚、6脚和7脚的电阻和电容的参数，控制芯片的输出方波频率。11脚和14脚方波输出频率为3脚振荡器锯齿波的1/2。振荡器输出频率为f，11脚和14输出的频率为f0

f=1/[CT(0.7RT+3RD)] (1)

fo=f/2 (2)

其中，CT，RT和RD分别为5脚外接电容C9，6脚外接电阻R20和5脚与7脚之间跨接的电阻R39。考虑到IGBT的开关损耗和脉冲变压器的体积大小，选C9=2.4 nF，R20=10 kΩ，R39=100 Ω，可得到11脚和14脚的输出频f0=30 kHz。[page]

电路的软启动电容C10为4.7μF，只有当此电容充电到控制芯片8脚为高电平时，芯片才能正常工作。11脚和14脚构成推挽式输出，两个MOSFET管依次导通和截止。当Q2门极为高电平时，Q2导通，此时Q3截止。脉冲变压器中问触头15 V电源通过变压器的上半部分和Q2形成回路。此时，脉冲变压器的输出端同名端5脚和1脚产生约15 V的电压，此电压通过滤波后可驱动IGBT导通;当Q2门极为低电平时，Q2截止，此时Q3门极为高电平，Q3导通。脉冲变压器的中间触头15 V电源通过脉冲变压器下半部分和Q3形成回路。此时，脉冲变压器输出端6脚和2脚产生约15 V的电压，此电压加到IGBT的发射极上，使IGBT能够可靠截止。

2.2 整流电路

系统整流电路如图3所示，三相交流电经EMI滤波电感滤波后，大幅减小了交流成分产生的电磁干扰，同时也防止产生了谐波干扰。在EMI输出端接入一个小容量耐高压的无感电容，消除高频干扰。为了提高电容的容量和耐压值，在整流桥输出端接两个并联的耐高压的大电容，C20和C27的容量要足够大，以减小输出电压的纹波和低频振荡。但C20和C27不能无限大，为了达到系统输出电压纹波输出要求，此电容应满足

式中，C为滤波电容，单位为F;f为整流电路脉冲频率，单位Hz;U为整流电路最大输出电压，单位V;I为整流电路最大输出电流，单位A。ACv为纹波系数，单位是%。

2.3 BUCK电路

电机制动系统是在电机的尾部有一个电磁报刹系统，当电磁报刹系统得电时，刹片分离，电机运行;失电时，报刹片在弹簧的作用下使电机制动。所选刹车的励磁线圈的额定电压为直流190 V，额定电流为0.55 A。而系统的电源为AC380V交流电，所以必须要经过整流和降压后，使输出的电压约为190 V直流电时，才能保证电机能正常运行。

在系统结构图2中，斩波降压电路选用的开关管为IGBT，选用两IGBT，提高了系统的可靠性。380 V交流电源通过三相硅桥整流为540 V直流电压后接到IGBT的集电极，发射极接滤波电感和电容，门极接脉冲变压器的输出端，作为IGBT的驱动。
 

(1)滤波电感。在此设计中必须保证在任何情况下，电感电流连续，电流变化量△I越小，最小平均电流也越小，要求的电感量L越大。在一定的纹波电压的要求下，输出电容可以减小。在工程上，通常选择△I=0.2L，电感大小需要满足

(2)滤波电容。电感的纹波电流流入到输出滤波电容，引起输出电压纹波。为减小输出电压的纹波和直流电压的低频振荡，滤波电容的选择尤为重要。输出滤波电容与它的等效串联电阻的乘积满足CResr≥T/2，T为开关周期，输出纹波主要由Rers决定。若输出电压纹波峰峰值为△Upp，则电容大小需满足C≥65×△I×10-6/Upp (6)

2.4 过流保护回路

系统的过流保护回路是通过在系统主回路上串接一个0.2Ω/2 W的高精电阻作为电流检测，在此电阻的输入端进行采样，将采样信号输入到线性光耦PC817(G1)中，PC817的输出端接到SG3525的10脚上。当系统电流过大时，光耦PC817发光二极管导通，输出一个高电平到SG3525的10脚禁止11脚和14的方波输出，使脉冲变压器和IGBT都停止工作。电机负载线圈失电，刹片在弹簧的作用下将电机转子抱死，从而达到了保护的目的。设计的过流保护回路，省略了电流检测元件和电流互感器，大幅简化了设计电路，同时对系统的强电和弱电部分进行隔离，较好地防止了强弱电之间的干扰，并增强了系统的可靠性。

2.5 稳压输出回路

系统的稳压回路是在负载线圈的两端进行采样，如图2所示。采样信号输入到光耦PC817(G2)中，输出则通过分压电路，得到一个与SG3525参考端相等的电压信号，输入到SG3525的同相输入端。当负载电压变大时，光耦发光二极管的亮度增强，光耦导通，传输到输出端的电流线性增大。输出端采样点的电压信号随着光耦的增大而减小，SG3525内部电压比较器的同相输入端电压减小，输出低电平，控制PWM的占空比，使11脚和14脚的输出方波的占空比减小，负载线圈的平均电压减小，形成负反馈，使负载线圈两端电压回到额定值。

3 仿真结果

在仿真软件Saber上搭建仿真电路，输入电压为三相AC380 V+5%，输出电压为DC190 V，输出电流0.55 A，输出功率额定功率为105 W，开关频率为30 kHz。SG3525的11脚和14脚仿真波形如图4所示，11脚和14脚输出的方波相位差为180°。此两路输出直接驱动MOS管，再通过脉冲变压器驱动IGBT，仿真输出波形如图5所示，系统的输出电压在经过一段时间后基本在190 V趋于稳定，电压波动较小。在实际测量电机正常运行给刹车系统线圈电压时，其电机正常工作电压在150～280 V，所以此电压波动可忽略，达到了预期效果。

同时在设计系统PCB时，由于此系统涉及到380 V的交流电和系统主控芯片的电源系统，而系统的控制信号部分均为弱电，所以在进行PCB布局时，必须要考虑强电和弱电之间的干扰，尽量将强电电源部分布局在PCB板的一侧，弱电在另一侧，中间可通过在板上打孔或开槽以减小强弱电之间的于扰。在采样部分，光耦PC817既作信号的传递又作隔离，其布局在强弱电的分界的位置。布线时，电源线和地线尽量加宽，中间还涉及模拟地和数字地，此两者也需分开布线。主控信号的走线也应适量加宽，以保证信号准确传输。

4 结束语

介绍了一种基于SG3525控制器的推挽式电机刹车系统开关电源的硬件设计，通过推挽式的电路设计，不仅克服了外围硬件驱动复杂的问题，还有效提高了系统的驱动能力，使系统的稳定性能良好，且输出稳定。此外，其硬件设计简单，在印制电路板上的布局和布线方便，因此具有较高地实用潜力。