摘要：本文詳細(xì)介紹了Lakewood (MAXREFDES7＃)子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)，從3.3V輸入產(chǎn)生±12V (±15V)輸出的隔離電源。Lakewood參考設(shè)計(jì)包括一個(gè)3W的原邊變壓器H橋驅(qū)動(dòng)器，用于隔離電源設(shè)計(jì)；兩路寬輸入電壓、可調(diào)輸出的低壓差線性穩(wěn)壓器(LDO)。文中給出了測(cè)試結(jié)果和硬件文件。
概述
Lakewood設(shè)計(jì)(MAXREFDES7#)采用H橋變壓器驅(qū)動(dòng)器(MAX256)和一對(duì)低壓差線性穩(wěn)壓器LDO (MAX1659×2)，從3.3V輸入產(chǎn)生±12V (±15V)輸出的隔離電源(圖1)。這種通用電源解決方案可以用于多種不同類(lèi)型的隔離電源設(shè)計(jì)，但主要針對(duì)工業(yè)傳感器、工業(yè)自化、過(guò)程控制和醫(yī)療設(shè)備等應(yīng)用。
系統(tǒng)框圖
圖1. Lakewood子系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖。
特性 應(yīng)用
隔離電源 工業(yè)傳感器
±12V (±15V)輸出 過(guò)程控制
占用較小的印刷電路板(PCB)面積 工業(yè)自動(dòng)化
兼容于Pmod™外形 醫(yī)療器械
硬件詳細(xì)說(shuō)明
Lakewood子系統(tǒng)參考設(shè)計(jì)采用3.3V直流電源供電，MAX256 H橋變壓器驅(qū)動(dòng)器以大約475kHz的頻率驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，驅(qū)動(dòng)匝數(shù)比為1:2.6的變壓器原邊，這里采用HaloΩ電子公司的TGM-H281NF變壓器。變壓器副邊連接到兩路交流整流電壓，產(chǎn)生直流輸出。兩個(gè)MAX1659 LDO把電壓分別穩(wěn)定在+12V和-12V。齊納二極管(D3和D6)保護(hù)兩個(gè)LDO，將輸入電壓鉗制在16.1V以?xún)?nèi)。
輸入電源可從J1的Pmod兼容連接器提供，或?qū)⑼獠侩娫催B接到EXT_ +3.3 V和DGND之間供電。如需改變參考設(shè)計(jì)的輸出電壓，只需更改LDO (U2和U3)的反饋電阻(R2-R5)。
MAX1659 LDO的輸出電壓由下式計(jì)算：
VOUT = VSET×(1 + R2/R3)，U2
VOUT = VSET×(1 + R4/R5)，U3
其中，VSET = 1.21V
例如，對(duì)于±15V輸出的應(yīng)用，將R2、R4更為187kΩ，將R3、R5更改為16.2kΩ即可。
該電路也可以配置為非對(duì)稱(chēng)應(yīng)用。
在對(duì)電壓紋波敏感的應(yīng)用中，可以在LDO輸入前面增加低通LC π型濾波器。
本設(shè)計(jì)提供高達(dá)1500VRMS的隔離變壓器，設(shè)計(jì)通過(guò)了UL 60950和EN60950驗(yàn)證，到達(dá)“功能性”絕緣等級(jí)。
快速入門(mén)
所需設(shè)備：
Lakewood (MAXREFDES7#)板
3.3V、1A電源
兩塊數(shù)字電壓表
測(cè)試流程
Lakewood板完全安裝并經(jīng)過(guò)測(cè)試，按照以下步驟驗(yàn)證電路板功能。
在跳針JU1的1-2位置放置短路器。
將電源正端連接到連接器的EXT_+3.3V。
將電源負(fù)端連接到連接器的DGND。
將第一塊電壓表正端連接到連接器的+12V。
將第一塊電壓表負(fù)端連接到連接器的GND1。
將第二塊電壓表負(fù)端連接到連接器的-12V。
將第一塊電壓表正端連接到連接器的GND2。
打開(kāi)電源。
分別使用電壓表測(cè)量正、負(fù)壓輸出。
實(shí)驗(yàn)室測(cè)試
對(duì)Lakewood設(shè)計(jì)的±12V和±15V兩對(duì)電壓輸出進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)更改R2、R3、R4和R5電阻獲得其它電壓輸出。設(shè)置為±12V輸出時(shí)，該電路能夠提供最大負(fù)載電流，每路大約90mA。設(shè)置為±15V輸出，每路輸出約為40mA。
為了更大的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力，用戶(hù)可適當(dāng)增大輸入電源的電壓或變壓器匝數(shù)比。詳細(xì)信息請(qǐng)參閱MAX256數(shù)據(jù)手冊(cè)，電源效率如圖2、圖3所示。
在非對(duì)稱(chēng)電壓應(yīng)用中，可以使一路電壓的負(fù)載驅(qū)動(dòng)大一些，另一路小一些。
圖2. 電源效率與±12V輸出負(fù)載電流 圖3. 電源效率與±15V輸出負(fù)載電流
輸出噪聲遠(yuǎn)低于輸出電壓的0.5％，噪聲主要源于MAX256開(kāi)關(guān)脈沖。
圖4和圖5分別為12V和15V空載輸出時(shí)的噪聲；圖6和圖7分別為12V和15V最大負(fù)載電流下的輸出噪聲。
負(fù)壓輸出噪聲和正壓輸出噪聲對(duì)稱(chēng)。
圖4. VOUT = 12V、IOUT = 0mA時(shí)的輸出噪聲
圖5. VOUT = 15V、IOUT = 0mA時(shí)的輸出噪聲
圖6. VOUT = 12V、IOUT = 90mA時(shí)的輸出噪聲
圖7. VOUT = 15V、IOUT = 90mA時(shí)的輸出噪聲
所有設(shè)計(jì)文件
硬件文件
原理圖
物料清單(BOM)
PCB布線
PCB光繪
PCB CAD (PADS 9.0)
詳見(jiàn)：
原理圖：http://china.maximintegrated.com/images/appnotes/5510/MAXREFDES7-schematic-RB.pdf
物料清單(BOM)：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-BOM-RB.pdf
PCB布線：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-layout-RB.pdf
PCB光繪：http://china.maximintegrated.com/design/tools/cad-layout/gerber/MAXREFDES7_GERBER-RB.ZIP
PCB CAD (PADS 9.0)：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-CAD-RB.zip
