1、1逆变器专用 IC KA3525 工作原理1.1 PWM 控制芯片 KA3525 功能简介 随着电能变换技术的发展，功率 MOSFET 在开关变换器中开始广泛使用，为此美国硅通用半导体公司（Silicon General）推出 KA3525。KA3525 是用于驱动 N 沟道功率MOSFET。其产品一推出就受到广泛好评。KA3525 系列 PWM 控制器分军品、工业品、民品三个等级。下面我们对 KA3525 特点、引脚功能、电气参数、工作原理以及典型应用进行介绍。 KA3525 是电流控制型 PWM 控制器，所谓电流控制型脉宽调制器是按照接反馈电流来调节脉宽的。在脉宽比较器的输入端直接用流过输
2、出电感线圈的信号与误差放大器输出信号进行比较，从而调节占空比使输出的电感峰值电流跟随误差电压变化而变化。由于结构上有电压环和电流环双环系统，因此，无论开关电源的电压调整率、负载调整率和瞬态响应特性都有提高，是目前比较理想的新型控制器。 1.1.1 KA3525 引脚功能及特点简介 其原理图如图 4.13 下： 21.Inv.input(引脚 1)：误差放大器反向输入端。在闭环系统中，该引脚接反馈信号。在开环系统中，该端与补偿信号输入端（引脚 9）相连，可构成跟随器。 2.Noninv.input(引脚 2)：误差放大器同向输入端。在闭环系统和开环系统中，该端接给定信号。根据需要，在该端与补偿信
3、号输入端（引脚 9）之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型的调节器。 3.Sync(引脚 3)：振荡器外接同步信号输入端。该端接外部同步脉冲信号可实现与外电路同步。 4.OSC.Output(引脚 4)：振荡器输出端。 5.CT(引脚 5)：振荡器定时电容接入端。 6.RT（引脚 6）：振荡器定时电阻接入端。 7.Discharge(引脚 7)：振荡器放电端。该端与引脚 5 之间外接一只放电电阻，构成放电回路。8.Soft-Start(引脚 8)：软启动电容接入端。该端通常接一只 5 的软启动电容。 9.Compensation(引脚 9)：PWM 比较器补偿信号输入端
4、。在该端与引脚 2 之间接入不同类型的反馈网络，可以构成比例、比例积分和积分等类型调节器。 10.Shutdown(引脚 10)：外部关断信号输入端。该端接高电平时控制器输出被禁止。该端可与保护电路相连，以实现故障保护。 11.Output A（引脚 11）：输出端 A。引脚 11 和引脚 14 是两路互补输出端。 12.Ground(引脚 12)：信号地。 13.Vc(引脚 13)：输出级偏置电压接入端。 14.Output B（引脚 14）：输出端 B。引脚 14 和引脚 11 是两路互补输出端。 15.Vcc（引脚 15）：偏置电源接入端。 16.Vref(引脚 16)：基准电源输出端。
5、该端可输出一温度稳定性极好的基准电压。 特点如下： （1）工作电压范围宽：835V 。 （2）5.1（1 1.0%）V 微调基准电源。 （3）振荡器工作频率范围宽：100Hz 400KHz. （4）具有振荡器外部同步功能。 （5）死区时间可调。 （6）内置软启动电路。 （7）具有输入欠电压锁定功能。 （8）具有 PWM 琐存功能，禁止多脉冲。 （9）逐个脉冲关断。 （10）双路输出（灌电流/拉电流）： mA(峰值)。 1.1.2 KA3525 的工作原理 KA3525 内置了 5.1V 精密基准电源，微调至 1.0%，在误差放大器共模输入电压范围内，无须外接分压电组。KA3525 还增加了同步
6、功能，可以工作在主从模式，也可以与外部系统时钟信号同步，为设计提供了极大的灵活性。在 CT 引脚和 Discharge 引脚之间加入一个电阻就可以实现对死区时间的调节功能。由于 KA3525 内部集成了软启动电路，因此只需要一个外接定时电容。 KA3525 的软启动接入端（引脚 8）上通常接一个 5 的软启动电容。上电过程中，由于电容两端的电压不能突变，因此与软启动电容接入端相连的 PWM 比较器反向输入端处于低电平，PWM 比较器输出高电平。此时，PWM 琐存器的输出也为高电平，该高电平通过两个或非门加到输出晶体管上，使之无法导通。只有软启动电容充电至其上的电压使引脚 83处于高电平时，KA
7、3525 才开始工作。由于实际中，基准电压通常是接在误差放大器的同相输入端上，而输出电压的采样电压则加在误差放大器的反相输入端上。当输出电压因输入电压的升高或负载的变化而升高时，误差放大器的输出将减小，这将导致 PWM 比较器输出为正的时间变长，PWM 琐存器输出高电平的时间也变长，因此输出晶体管的导通时间将最终变短，从而使输出电压回落到额定值，实现了稳态。反之亦然。 外接关断信号对输出级和软启动电路都起作用。当 Shutdown（引脚 10）上的信号为高电平时，PWM 琐存器将立即动作，禁止 KA3525 的输出，同时，软启动电容将开始放电。如果该高电平持续，软启动电容将充分放电，直到关断信
8、号结束，才重新进入软启动过程。注意，Shutdown 引脚不能悬空，应通过接地电阻可靠接地，以防止外部干扰信号耦合而影响 KA3525 的正常工作。 欠电压锁定功能同样作用于输出级和软启动电路。如果输入电压过低，在 KA3525 的输出被关断同时，软启动电容将开始放电。 此外，KA3525 还具有以下功能，即无论因为什么原因造成 PWM 脉冲中止，输出都将被中止，直到下一个时钟信号到来，PWM 琐存器才被复位。 1.1.3 KA3524 与 KA3524 主要区别 作为 KA3524 的增强版本，KA3525 在以下方面进行了改进。 1 增加欠电压锁定电路。当 KA3525 输入电压低于 8V
9、 时，控制器内部电路锁定，除基准电源和一些必要电路之外的所有电路停止工作，此时控制器消耗的电流极小。 2 增加了软启动电路。引脚 8 为软启动控制端，该端可外接软启动电容。软启动电容由KA3525 内部 50 的恒流源进行充电。 3 提高了基准电源的精度。KA3525 中基准电源的精度提高了 1%，而 KA3524 中基准电源的精度只有 8%。 4 去除了限流比较器。KA3525 去除了 KA3524 中的限流比较器，改由外部关断信号输入端（引脚 10）来实现限流功能，同时还具有逐个脉冲关断和直流输出电流限幅功能。实际使用中，一般在引脚 10 上接电流检测信号，如果过电流检测信号维持时间较长，
10、软启动电容将被放电。 5 PWM 比较器的反向输入端增加至两个。在 KA3524 中，误差放大器输出端、限流比较器输出端和外部关断信号输入电路共用 PWM 比较器的反向输入端。在 KA3525 中对此进行了改进，使误差放大器输出端和外部关断信号输入电路分别送至 PWM 比较器的一个反向输入端。这样做的好处在于，避免了误差放大器和外部关断信号输入电路之间相互影响，有利于误差放大器和补偿网络工作精度提高。 6 增加了 PWM 琐存器。为了使关断电路更可靠的工作，KA3525 在其内部增加了 PWM 琐存器。PWM 比较器输出信号首先送至 PWM 琐存器，琐存器由关断电路置位，由振荡器输出时间脉冲复
11、位。当关断电路工作时，即使过电流信号立即消失，琐存器也可以维持一个周期的关断控制，直到下一周期时钟信号使琐存器复位为止。同时，由于 PWM 琐存器对PWM 比较器的置位信号进行琐存，误差放大器上的噪声信号、振铃及其他信号在此过程中都被消除了。只有在下一个时钟周期才能重新复位，可靠性大大提高。 7 振荡器增加了同步端和放电端。KA3524 中的振荡器只有 CT 和 RT 两个引脚，其充电和放电回路是相同的。在 KA3525 中的振荡器除了 CT 和 RT 两个引脚外，又增加了一个同步端（引脚 3）和一个放电端（引脚 7） 。RT 的阻值决定了内部恒流源对 CT 充电电流的大小，而 CT 的放电则
12、由引脚 5 和引脚 7 之间的外接电阻决定。将充电回路和放电回路分开，有利于通过引脚 5 和引脚 7 之间的外接电阻来调节死区时间。这样 KA3525 的震荡频率由下式进行计算： FOSC=1/(0.7*RT+RD)*CT 4同步端（引脚 3）主要用于多只 KA3525 之间的外部同步，同步脉冲的频率应比震荡频率FOSC 略低一些。 8 改进了输出级的结构。KA3525 对 KA3524 输出级进行了改进，以适应功率 MOS-FET 的需要，其末级采用了推挽式电路，关断速度更快。 KA3525 的输出级采用图腾柱式结构，其灌电流/ 拉电流能力超过 200mA。 在单端变换器应用中，KA3525
13、 的两个输出端应接地，如图 4.14 当输出晶体管开通时，R1 上会有电流流过， R1 上的压降将使 VT1 导通。因此 VT1 是在KA3525 内部的输出晶体管导通时间内导通的，因此其开关频率等于 KA3525 内部振荡器的频率。 当采用推挽式输出时，应采用如下结构，如图 4.15 VT1 和 VT2 分别由 KA3525 的输出端 A 和输出端 B 输出的正向驱动电流驱动。电阻 R25和 R3 是限流电阻，是为了防止注入 VT1 和 VT2 的正向基极电流超出控制器所允许的输出电流。C1 和 C2 是加速电容，起到加速 VT1 和 VT2 导通的作用。 由于 KA3525 的输出驱动电路是低阻抗的，而功率 MOSFET 的输入阻抗很高，因此输出端A 和输出端 B 与 VT1 和 VT2 栅极之间无须串接限流电阻和加速电容，就可以直接推动功率 MOSFET，如图 4.16。 另外，KA3525 还能够直接驱动半桥变换器中的小功率变压器。如果变压器一次绕组的两端分别直接接到 KA3525 的两个输出端上，则在死区时间内可以实现变压器的自动复位，如图 4.17
