探索MAXREFDES7#：3.3V輸入±12V（±15V）輸出隔離電源的設(shè)計(jì)奧秘

在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，電源設(shè)計(jì)一直是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的REFERENCE DESIGN 5510中的Lakewood（MAXREFDES7#）子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，這是一款3.3V輸入、±12V（±15V）輸出的隔離電源，在工業(yè)傳感器、工業(yè)自動化、過程控制和醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。

文件下載：MAXREFDES7#.pdf

設(shè)計(jì)概述

Lakewood設(shè)計(jì)（MAXREFDES7#）利用H橋變壓器驅(qū)動器（MAX256）和一對低壓差（LDO）線性穩(wěn)壓器（MAX1659 x2），從3.3V電壓輸入創(chuàng)建了一個(gè)±12V（±15V）輸出的隔離電源。這種通用電源解決方案適用于多種隔離電源應(yīng)用，尤其在工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域表現(xiàn)出色。

特性亮點(diǎn)

1. 隔離電源：提供可靠的電氣隔離，確保系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。
2. ±12V（±15V）輸出：滿足不同應(yīng)用場景對電源輸出的需求。
3. 小尺寸PCB面積：節(jié)省電路板空間，適合小型化設(shè)計(jì)。
4. Pmod?兼容外形：方便與其他模塊集成，提高設(shè)計(jì)的靈活性。

硬件詳細(xì)描述

電源輸入

該設(shè)計(jì)從3.3V直流電源獲取輸入功率，輸入電源可以來自J1 Pmod兼容連接器，也可以通過外部電源連接到EXT_+3.3V和DGND連接器。

變壓器驅(qū)動

MAX256 H橋變壓器驅(qū)動器以約475kHz的頻率開關(guān)，驅(qū)動Halo? Electronics的TGM - H281NF變壓器的初級側(cè)，變壓器的匝數(shù)比為1:2.6。

整流與穩(wěn)壓

變壓器次級側(cè)連接到電壓倍增器，將交流輸出整流為直流輸出。兩個(gè)MAX1659 LDO分別將電壓調(diào)節(jié)到+12V和 - 12V。齊納二極管（D3和D6）保護(hù)LDO，使其輸入電壓保持在16.1V以下。

輸出電壓調(diào)整

通過改變LDO（U2和U3）的反饋電阻（R2 - R5），可以輕松改變參考設(shè)計(jì)的輸出電壓。MAX1659 LDO的輸出電壓由以下公式設(shè)定： [V{OUT }=V{SET } times(1+R 2 / R 3) for U 2] [V{OUT }=V{SET } times(1+R 4 / R 5) for U 3] 其中(V_{SET }=1.21V)。例如，對于±15V輸出應(yīng)用，將R2和R4更改為187kΩ，將R3和R5更改為16.2kΩ。

特殊配置

該電路還可以配置用于不對稱應(yīng)用。在對輸出電壓紋波敏感的應(yīng)用中，可以在LDO輸入前添加低通LC π濾波器。

隔離變壓器

設(shè)計(jì)中的隔離變壓器具有1500VRMS的隔離電壓，符合UL 60950和EN 60950標(biāo)準(zhǔn)，屬于“功能性”絕緣類別。

快速啟動指南

所需設(shè)備

• Lakewood（MAXREFDES7#）板
• 3.3V 1A電源
• 兩個(gè)數(shù)字電壓表

操作步驟

1. 將跳線JU1上的分流器置于1 - 2位置。
2. 將電源的正極連接到EXT_+3.3V連接器。
3. 將電源的負(fù)極連接到DGND連接器。
4. 將第一個(gè)電壓表的正極連接到+12V連接器。
5. 將第一個(gè)電壓表的負(fù)極連接到GND1連接器。
6. 將第二個(gè)電壓表的正極連接到 - 12V連接器。
7. 將第二個(gè)電壓表的負(fù)極連接到GND2連接器。
8. 打開電源。
9. 使用相應(yīng)的電壓表測量相應(yīng)的正、負(fù)輸出電壓。

實(shí)驗(yàn)室測量結(jié)果

負(fù)載電流

該設(shè)計(jì)針對±12V和±15V兩對輸出電壓軌進(jìn)行了測試。當(dāng)設(shè)置為±12V輸出時(shí)，電路可以同時(shí)為兩個(gè)軌提供約90mA的最大負(fù)載電流；當(dāng)設(shè)置為±15V輸出時(shí)，電路可以同時(shí)為兩個(gè)軌提供約40mA的最大負(fù)載電流。如果需要更大的最大負(fù)載，可以適當(dāng)增加輸入電源電壓或變壓器匝數(shù)比。

電源效率

電源效率如圖2和圖3所示，展示了不同輸出電壓下電源效率與負(fù)載電流的關(guān)系。

輸出噪聲

輸出噪聲遠(yuǎn)低于輸出電壓的0.5%，噪聲主要來自MAX256的開關(guān)脈沖。圖4 - 7分別展示了不同輸出電壓和負(fù)載條件下的噪聲情況。

設(shè)計(jì)文件與相關(guān)部件

設(shè)計(jì)文件

包括原理圖、物料清單（BOM）、PCB布局、PCB Gerber文件和PCB CAD（PADS 9.0）文件。

相關(guān)部件

• MAX1659：350mA、16.5V輸入、低壓差線性穩(wěn)壓器，可免費(fèi)獲取樣品。
• MAX256：用于隔離電源的3W初級側(cè)變壓器H橋驅(qū)動器，可免費(fèi)獲取樣品。

總結(jié)

MAXREFDES7#參考設(shè)計(jì)為電子工程師提供了一個(gè)高效、可靠的隔離電源解決方案。其小尺寸、靈活的輸出配置和良好的電氣性能，使其在工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域具有很大的應(yīng)用潛力。各位工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中，可以根據(jù)具體需求對電路進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，以滿足不同的應(yīng)用場景。你在電源設(shè)計(jì)中是否遇到過類似的挑戰(zhàn)？你對這種隔離電源設(shè)計(jì)有什么獨(dú)特的見解嗎？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和想法。