探索MAXREFDES111#：高效隔離式24V轉(zhuǎn)5V 2W反激電源設(shè)計

在工業(yè)電源設(shè)計領(lǐng)域，高效、可靠且緊湊的電源解決方案一直是工程師們追求的目標(biāo)。今天，我們就來深入探討Maxim推出的MAXREFDES111#——一款隔離式24V轉(zhuǎn)5V 2W反激電源。

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一、設(shè)計概述

Maxim的電源專家精心設(shè)計并打造了一系列隔離式工業(yè)電源參考設(shè)計，每個電源都能高效地將24V轉(zhuǎn)換為不同功率水平的可用電壓軌。MAXREFDES111#就是其中的佼佼者，它采用高效的反激拓撲結(jié)構(gòu)，輸入為24V，輸出為5V，功率達2W（0.4A）。整個電路集成在一塊36mm x 20mm（1.4in x 0.8in）的電路板上，非常緊湊。該設(shè)計采用了MAX17498B峰值電流模式轉(zhuǎn)換器，內(nèi)置n溝道MOSFET開關(guān)。

二、特性亮點

2.1 功能絕緣

提供可靠的電氣隔離，確保系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行，適用于對電氣隔離要求較高的工業(yè)環(huán)境。

2.2 緊湊靈活

小巧的電路板尺寸使其可以輕松集成到各種系統(tǒng)中，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

2.3 最少外部組件

減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計復(fù)雜度和成本，同時提高了系統(tǒng)的可靠性。

2.4 惡劣工業(yè)環(huán)境下強勁運行

能夠在復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定工作，具備較強的抗干擾能力。

2.5 5V 400mA輸出及20%過流范圍

可提供穩(wěn)定的5V電壓輸出，并且具備一定的過流能力，滿足實際應(yīng)用中的波動需求。

2.6 ±5%輸出精度

保證了輸出電壓的準(zhǔn)確性，為后續(xù)電路提供穩(wěn)定的電源。

三、應(yīng)用場景

MAXREFDES111#適用于多種應(yīng)用場景，包括工業(yè)控制與自動化、過程控制、可編程邏輯控制器（PLC）、電信和數(shù)據(jù)通信電源等。這些領(lǐng)域?qū)﹄娫吹姆€(wěn)定性和可靠性要求較高，而MAXREFDES111#正好能夠滿足這些需求。

四、詳細設(shè)計解析

4.1 變壓器選擇

在隔離電源設(shè)計中，變壓器的選擇往往是最困難的一步。MAXREFDES111#設(shè)計中，已經(jīng)對多種變壓器（如Wurth Electronics 750315847、HanRun HR041087和Sumida 06343 - T588）進行了驗證，簡化了變壓器的選擇過程。模塊底部的通孔引腳方便將該電源轉(zhuǎn)換器快速集成到主系統(tǒng)中。

4.2 MAX17498B控制器

MAX17498B是一款用于寬輸入電壓反激和升壓調(diào)節(jié)器設(shè)計的峰值電流模式控制器。該參考設(shè)計在18V至36V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，可提供高達400mA（加上20%的余量）的5V輸出。它采用內(nèi)部n溝道MOSFET實現(xiàn)開關(guān)和內(nèi)部電流檢測，用于電流模式控制和反激轉(zhuǎn)換器的過流保護。同時，該器件集成了靈活的誤差放大器和精確的參考電壓，可調(diào)節(jié)正負輸出。固定開關(guān)頻率為500kHz。

4.3 輸入欠壓鎖定和過壓保護

輸入欠壓鎖定（EN/UVLO）用于編程輸入電源啟動電壓（設(shè)計中設(shè)置為18V），并確保在電源故障時正常工作。EN/UVLO輸入還可用于打開/關(guān)閉IC。過壓輸入（OVI）保護方案可確保當(dāng)輸入電源超過其最大允許值（設(shè)計中設(shè)置為36V）時，控制器關(guān)閉。

4.4 軟啟動和保護機制

連接到SS引腳的電容用于編程軟啟動周期，從而減少啟動期間的輸入浪涌電流。同時，提供打嗝模式過流保護和熱關(guān)斷功能，以最小化過流和過熱故障條件下的功耗。

4.5 詳細電路描述

MAXREFDES111#參考設(shè)計包含了設(shè)計18V至36V寬輸入、5V/2W輸出隔離反激式轉(zhuǎn)換器電源所需的所有控制電路和電氣元件。反激式DC - DC轉(zhuǎn)換器以固定的500kHz工作頻率運行，效率高達79%。通過MAX14798B的內(nèi)部MOSFET開關(guān)實現(xiàn)逐周期的初級側(cè)電流限制保護。RCD緩沖網(wǎng)絡(luò)（R1、C3和D1）用于最小化泄漏、能量振鈴，并鉗位LX輸入處的電壓。表面貼裝變壓器為輸出提供高達+1500V的電氣隔離。

五、啟動電壓和輸入過壓保護設(shè)置

MAX14798B的EN/UVLO引腳既作為使能/禁用輸入，又作為精確可編程的輸入欠壓鎖定引腳。只有當(dāng)EN/UVLO引腳電壓超過1.23V（典型值）時，設(shè)備才會開始啟動操作；當(dāng)電壓低于1.17V（典型值）時，設(shè)備關(guān)閉?？梢允褂脧妮斎胫绷骺偩€到地的電阻分壓器將輸入直流電壓的一部分分壓并施加到EN/UVLO引腳。通過修改電阻分壓器，可以實現(xiàn)輸入過壓保護。當(dāng)OVI引腳電壓超過1.23V（典型值）時，設(shè)備停止開關(guān)操作；只有當(dāng)OVI引腳電壓低于1.17V（典型值）時，才會恢復(fù)開關(guān)操作。

六、電流限制

IC通過監(jiān)測進入MAX17498B的LX輸入的峰值電流來實現(xiàn)變壓器初級側(cè)的電流限制。電阻R6將電流限制設(shè)置為1.3A。當(dāng)峰值電流達到電流限制時，IC關(guān)閉其內(nèi)部開關(guān)。如果需要將峰值電流限制重新配置為不同的值，可以使用公式(R6 = 50 × I{PEAK})（其中(I{PEAK})單位為A，R6單位為k）來選擇新的R6電阻。

七、快速啟動步驟

7.1 所需設(shè)備

• MAXREFDES111#電路板
• 一個24V直流電源
• 一個電子負載
• 一個電壓表
• 一個電流表

7.2 操作步驟

1. 關(guān)閉電源。
2. 將電源的正極端子連接到MAXREFDES111#電路板的(V_{IN})引腳。
3. 將電源的負極端子連接到MAXREFDES111#電路板的GND引腳。
4. 將MAXREFDES111#電路板的(V_{OUT})連接器連接到電子負載的正極端子。
5. 將電子負載的負極端子連接到電流表的正極端子。
6. 將電流表的負極端子連接到MAXREFDES111#電路板的GNDO連接器。
7. 將電壓表跨接在MAXREFDES111#電路板的VOUT和GNDO連接器上。
8. 打開電源。
9. 將電子負載設(shè)置為0mA至600mA之間的恒定電流。
10. 驗證電壓表讀數(shù)是否為5V ±0.25V。

八、實驗室測量結(jié)果

8.1 功率效率與負載電流關(guān)系

通過實驗測量得到了不同輸入電壓下功率效率與負載電流的關(guān)系曲線。從曲線中可以看出，在不同輸入電壓下，隨著負載電流的增加，功率效率呈現(xiàn)出一定的變化趨勢。

8.2 輸出紋波和負載瞬態(tài)響應(yīng)

在輸入為24V時，滿載情況下輸出紋波（紋波 + 尖峰）為(50 mV_{P - P})。當(dāng)負載從5mA躍變到200mA再回到5mA時，輸出瞬態(tài)尖峰約為200mV；當(dāng)負載從200mA躍變到500mA再回到200mA時，瞬態(tài)電壓約為200mV。這些數(shù)據(jù)表明該電源在負載變化時具有較好的動態(tài)響應(yīng)能力。

九、設(shè)計資源與訂購信息

9.1 設(shè)計文件

可以下載所有設(shè)計文件，包括原理圖、物料清單（BOM）、PCB布局、制造封裝和PCB CAD文件等，方便工程師進行進一步的設(shè)計和開發(fā)。

9.2 訂購信息

提供了不同版本（MAXREFDES111A#、MAXREFDES111B#、MAXREFDES111C#）的訂購信息，價格為預(yù)算價格，部分零件需要報價。

MAXREFDES111#以其高效、緊湊、可靠的特點，為工業(yè)電源設(shè)計提供了一個優(yōu)秀的解決方案。無論是在設(shè)計的便利性還是性能表現(xiàn)上，都具有很大的優(yōu)勢。各位工程師在實際應(yīng)用中，不妨考慮使用這款電源參考設(shè)計，相信它會給你的項目帶來意想不到的效果。你在電源設(shè)計中遇到過哪些難題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。