探索MAXREFDES113#：高效隔離電源設(shè)計方案

引言

在工業(yè)和電子設(shè)備中，可靠的電源供應(yīng)是至關(guān)重要的。隔離電源能夠提供穩(wěn)定的電壓輸出，滿足各種應(yīng)用的需求。今天，我們將深入探討Maxim公司的MAXREFDES113#，這是一款高效的隔離式24V轉(zhuǎn)12V 20W電源參考設(shè)計，具有諸多出色的特性和廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：MAXREFDES113D#.pdf

設(shè)計概述

Maxim的電源專家設(shè)計并構(gòu)建了一系列隔離式工業(yè)電源參考設(shè)計，MAXREFDES113#便是其中之一。它采用高效的反激式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入電壓范圍為17V至36V，輸出為12V、20W（1.6A）的功率。該設(shè)計使用了MAX17596峰值電流模式轉(zhuǎn)換器，具有靈活的開關(guān)頻率，整個電路集成在一塊20mm × 35mm的電路板上。

主要特性

• 功能絕緣：具備功能絕緣特性，確保電源的安全性和可靠性。
• 緊湊靈活：體積小巧，設(shè)計靈活，適用于各種空間受限的應(yīng)用場景。
• 外部組件少：僅需少量外部組件，簡化了電路設(shè)計和布局。
• 惡劣環(huán)境適應(yīng)性強：能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運行，保證電源的可靠性。
• 過流能力：輸出電流可達1.6A，并具備20%的過流范圍。
• 輸出精度高：輸出精度控制在±5%以內(nèi)，提供穩(wěn)定的電壓輸出。

應(yīng)用領(lǐng)域

• 工業(yè)控制與自動化：為工業(yè)控制系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源支持。
• 過程控制：滿足過程控制設(shè)備對電源的嚴(yán)格要求。
• 可編程邏輯控制器（PLC）：為PLC提供可靠的電源，確保其正常運行。
• 電信和數(shù)據(jù)通信電源：適用于電信和數(shù)據(jù)通信設(shè)備的電源供應(yīng)。

詳細設(shè)計解析

變壓器選擇

變壓器的選擇通常是隔離電源設(shè)計中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。MAXREFDES113#設(shè)計中，已經(jīng)對多種變壓器進行了驗證，包括Halo Electronics TGSPP153EP13LF、Wurth Electronics 750316112r01、HanRun HR051441和Sumida 13324 - T115，大大簡化了變壓器的選擇過程。

MAX17596控制器

MAX17596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。它具有以下特點：

• 內(nèi)部放大器：內(nèi)置1%精度的參考放大器，無需外部參考。
• 可編程開關(guān)頻率：開關(guān)頻率可在100kHz至1MHz之間編程，精度為8%，有助于優(yōu)化磁性和濾波組件，實現(xiàn)緊湊且經(jīng)濟高效的電源轉(zhuǎn)換。本設(shè)計中開關(guān)頻率設(shè)置為200kHz。
• 頻率抖動方案：對于對電磁干擾（EMI）敏感的應(yīng)用，MAX17596集成了可編程頻率抖動方案，實現(xiàn)低EMI擴頻操作。

保護功能

• 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17V），確保在電源欠壓時正常工作。EN/UVLO輸入還可用于開啟/關(guān)閉IC。
• 過壓輸入保護（OVI）：當(dāng)輸入電源超過允許的最大值（設(shè)計中設(shè)置為36V）時，控制器會自動關(guān)閉。只有當(dāng)OVI引腳電壓低于1.15V（典型值）時，開關(guān)操作才會以軟啟動模式恢復(fù)。
• 軟啟動：通過連接電容到SS引腳來編程軟啟動時間，減少啟動時的輸入浪涌電流。
• 過流保護和熱關(guān)斷：采用打嗝模式過流保護和熱關(guān)斷功能，在過流和過熱故障條件下將功耗降至最低。

電路工作原理

當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，電流流經(jīng)變壓器的初級繞組，存儲能量。CS引腳輸入和電流檢測電阻設(shè)置峰值電流限制并提供過流保護。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時，初級側(cè)存儲的能量轉(zhuǎn)移到次級側(cè)。次級電路由二極管和幾個輸出電容組成。當(dāng)初級側(cè)MOSFET關(guān)斷時，變壓器將電流推送到輸出負(fù)載，剩余能量存儲在輸出電容中；當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時，二極管防止電流回流到變壓器，并使輸出電容放電。反饋網(wǎng)絡(luò)采用TL431可編程分流調(diào)節(jié)器、3000V隔離光耦和其他RC組件構(gòu)建，是大多數(shù)隔離反激式轉(zhuǎn)換器的典型結(jié)構(gòu)。

啟動電壓和輸入過壓保護設(shè)置

MAX17596的EN/UVLO引腳既作為使能/禁用輸入，又作為精確可編程欠壓鎖定（UVLO）引腳。只有當(dāng)EN/UVLO引腳電壓超過1.21V（典型值）時，MAX17596才開始啟動操作；當(dāng)EN/UVLO引腳電壓低于1.15V（典型值）時，MAX17596關(guān)閉?？梢允褂脧妮斎胫绷髂妇€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。通過選擇合適的電阻分壓器值，可以使EN/UVLO引腳電壓在所需的輸入直流母線電壓下超過1.21V（典型值）的開啟閾值。此外，通過添加額外的電阻 (R{ovt}) 可以在EN/UVLO功能的基礎(chǔ)上實現(xiàn)過壓輸入保護。當(dāng)OVI引腳電壓超過1.21V（典型值）時，MAX17596停止開關(guān)操作；只有當(dāng)OVI引腳電壓低于1.15V（典型值）時，開關(guān)操作才會以軟啟動模式恢復(fù)。對于預(yù)期的啟動直流輸入電壓 (V{START}) 和過壓輸入保護電壓 (V{OVI}) ，可以使用以下公式計算電阻分壓器的值： [V{START }=(R 5+R 6+R 7) /(R 6+R 7) × 1.21( V)] [V{OVI }=(R 5+R 6+R 7) / R 7 × 1.21( V)] 例如，當(dāng) (R 5 = 280 k Omega) ， (R 6 = 13 k Omega) ， (R 7 = 10 k Omega) 時， (V{START } = 15.94 V) ， (V_{OVI } = 36.66 V) 。

快速啟動指南

所需設(shè)備

• MAXREFDES113#電路板
• 一個24V直流電源
• 一個電子負(fù)載
• 一個電壓表
• 一個電流表

操作步驟

1. 關(guān)閉電源。
2. 將電源的正極連接到MAXREFDES113#電路板的 (V_{IN}) 引腳。
3. 將電源的負(fù)極連接到MAXREFDES113#電路板的PGND引腳。
4. 將MAXREFDES113#電路板的 (V_{OUT}) 連接器連接到電子負(fù)載的正極。
5. 將電子負(fù)載的負(fù)極連接到電流表的正極。
6. 將電流表的負(fù)極連接到MAXREFDES113#電路板的GNDO連接器。
7. 將電壓表跨接在MAXREFDES113#電路板的 (V_{OUT}) 和GNDO連接器上。
8. 打開電源。
9. 將電子負(fù)載設(shè)置為0mA至1.6A之間的恒定電流。
10. 驗證電壓表讀數(shù)是否為12V ±0.6V。

實驗室測量結(jié)果

功率效率與負(fù)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(fù)載電流的關(guān)系曲線。從曲線中可以看出，在輸入為24V時，參考設(shè)計的峰值效率可達87%。這表明該電源設(shè)計在不同負(fù)載條件下都能保持較高的效率。

輸出紋波

在輸入為24V、負(fù)載為800mA時，測量得到輸出紋波的峰 - 峰值為148mV。這一結(jié)果顯示了電源輸出的穩(wěn)定性。

負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)

通過測試負(fù)載從5mA到640mA以及從960mA到1600mA的階躍變化，觀察到電源能夠快速響應(yīng)負(fù)載變化，輸出電壓的波動在可接受范圍內(nèi)，保證了電源在動態(tài)負(fù)載下的穩(wěn)定性。

訂購信息

總結(jié)

MAXREFDES113#是一款性能出色的隔離式電源參考設(shè)計，具有高效、緊湊、靈活等優(yōu)點。它在變壓器選擇、控制器特性、保護功能等方面都進行了精心設(shè)計，能夠滿足多種工業(yè)和電子應(yīng)用的需求。通過實驗室測量結(jié)果可以看出，該設(shè)計在功率效率、輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等方面都表現(xiàn)優(yōu)異。對于電子工程師來說，MAXREFDES113#是一個值得考慮的電源設(shè)計方案。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似的電源設(shè)計問題？你認(rèn)為MAXREFDES113#在哪些方面還可以進一步優(yōu)化？歡迎在評論區(qū)分享你的觀點。