探索MAXREFDES113#：高效隔離電源設(shè)計(jì)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(jì)，具有諸多出色的特性和廣泛的應(yīng)用前景。

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設(shè)計(jì)概述

Maxim的電源專家設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一系列隔離式工業(yè)電源參考設(shè)計(jì)，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(jì)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(gè)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(jì)靈活，適用于各種空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景。
• 外部組件少：僅需少量外部組件，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)和布局。
• 惡劣環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：能夠在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，保證電源的可靠性。
• 過流能力：輸出電流可達(dá)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(dòng)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(duì)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(yùn)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(xì)設(shè)計(jì)解析

變壓器選擇

變壓器的選擇通常是隔離電源設(shè)計(jì)中最具挑戰(zhàn)性的環(huán)節(jié)。MAXREFDES113#設(shè)計(jì)中，已經(jīng)對(duì)多種變壓器進(jìn)行了驗(yàn)證，包括Halo Electronics TGSPP153EP13LF、Wurth Electronics 750316112r01、HanRun HR051441和Sumida 13324 - T115，大大簡(jiǎn)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(jì)的峰值電流模式控制器。它具有以下特點(diǎn)：

• 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(shí)現(xiàn)緊湊且經(jīng)濟(jì)高效的電源轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)中開關(guān)頻率設(shè)置為200kHz。
• 頻率抖動(dòng)方案：對(duì)于對(duì)電磁干擾（EMI）敏感的應(yīng)用，MAX17596集成了可編程頻率抖動(dòng)方案，實(shí)現(xiàn)低EMI擴(kuò)頻操作。

保護(hù)功能

• 輸入欠壓鎖定（EN/UVLO）：用于編程輸入電源啟動(dòng)電壓（設(shè)計(jì)中設(shè)置為17V），確保在電源欠壓時(shí)正常工作。EN/UVLO輸入還可用于開啟/關(guān)閉IC。
• 過壓輸入保護(hù)（OVI）：當(dāng)輸入電源超過允許的最大值（設(shè)計(jì)中設(shè)置為36V）時(shí)，控制器會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。只有當(dāng)OVI引腳電壓低于1.15V（典型值）時(shí)，開關(guān)操作才會(huì)以軟啟動(dòng)模式恢復(fù)。
• 軟啟動(dòng)：通過連接電容到SS引腳來編程軟啟動(dòng)時(shí)間，減少啟動(dòng)時(shí)的輸入浪涌電流。
• 過流保護(hù)和熱關(guān)斷：采用打嗝模式過流保護(hù)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(shí)，電流流經(jīng)變壓器的初級(jí)繞組，存儲(chǔ)能量。CS引腳輸入和電流檢測(cè)電阻設(shè)置峰值電流限制并提供過流保護(hù)。當(dāng)MOSFET關(guān)斷時(shí)，初級(jí)側(cè)存儲(chǔ)的能量轉(zhuǎn)移到次級(jí)側(cè)。次級(jí)電路由二極管和幾個(gè)輸出電容組成。當(dāng)初級(jí)側(cè)MOSFET關(guān)斷時(shí)，變壓器將電流推送到輸出負(fù)載，剩余能量存儲(chǔ)在輸出電容中；當(dāng)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，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(dòng)電壓和輸入過壓保護(hù)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(shí)，MAX17596才開始啟動(dòng)操作；當(dāng)EN/UVLO引腳電壓低于1.15V（典型值）時(shí)，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(shí)現(xiàn)過壓輸入保護(hù)。當(dāng)OVI引腳電壓超過1.21V（典型值）時(shí)，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(shí)，開關(guān)操作才會(huì)以軟啟動(dòng)模式恢復(fù)。對(duì)于預(yù)期的啟動(dòng)直流輸入電壓 (V{START}) 和過壓輸入保護(hù)電壓 (V{OVI}) ，可以使用以下公式計(jì)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(shí)， (V{START } = 15.94 V) ， (V_{OVI } = 36.66 V) 。

快速啟動(dòng)指南

所需設(shè)備

• MAXREFDES113#電路板
• 一個(gè)24V直流電源
• 一個(gè)電子負(fù)載
• 一個(gè)電壓表
• 一個(gè)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(yàn)證電壓表讀數(shù)是否為12V ±0.6V。

實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果

功率效率與負(fù)載電流關(guān)系

通過實(shí)驗(yàn)測(cè)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(shí)，參考設(shè)計(jì)的峰值效率可達(dá)87%。這表明該電源設(shè)計(jì)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(shí)，測(cè)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(cè)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(dòng)在可接受范圍內(nèi)，保證了電源在動(dòng)態(tài)負(fù)載下的穩(wěn)定性。

訂購(gòu)信息

總結(jié)

MAXREFDES113#是一款性能出色的隔離式電源參考設(shè)計(jì)，具有高效、緊湊、靈活等優(yōu)點(diǎn)。它在變壓器選擇、控制器特性、保護(hù)功能等方面都進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，能夠滿足多種工業(yè)和電子應(yīng)用的需求。通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果可以看出，該設(shè)計(jì)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(duì)于電子工程師來說，MAXREFDES113#是一個(gè)值得考慮的電源設(shè)計(jì)方案。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過類似的電源設(shè)計(jì)問題？你認(rèn)為MAXREFDES113#在哪些方面還可以進(jìn)一步優(yōu)化？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的觀點(diǎn)。