探索MAXREFDES111#：高效隔離式24V轉5V 2W反激電源設計

在工業電源設計領域，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。今天，我們就來深入探討Maxim推出的MAXREFDES111#——一款隔離式24V轉5V 2W反激電源。

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一、設計概述

Maxim的電源專家精心設計并打造了一系列隔離式工業電源參考設計，每個電源都能高效地將24V轉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構，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。該設計采用了MAX17498B峰值電流模式轉換器，內置n溝道MOSFET開關。

二、特性亮點

2.1 功能絕緣

提供可靠的電氣隔離，確保系統安全穩定運行，適用于對電氣隔離要求較高的工業環境。

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中，滿足不同應用場景的需求。

2.3 最少外部組件

減少了外部元件的使用，降低了設計復雜度和成本，同時提高了系統的可靠性。

2.4 惡劣工業環境下強勁運行

能夠在復雜的工業環境中穩定工作，具備較強的抗干擾能力。

2.5 5V 400mA輸出及20%過流范圍

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

2.6 ±5%輸出精度

保證了輸出電壓的準確性，為后續電路提供穩定的電源。

三、應用場景

MAXREFDES111#適用于多種應用場景，包括工業控制與自動化、過程控制、可編程邏輯控制器（PLC）、電信和數據通信電源等。這些領域對電源的穩定性和可靠性要求較高，而MAXREFDES111#正好能夠滿足這些需求。

四、詳細設計解析

4.1 變壓器選擇

在隔離電源設計中，變壓器的選擇往往是最困難的一步。MAXREFDES111#設計中，已經對多種變壓器（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換器快速集成到主系統中。

4.2 MAX17498B控制器

MAX17498B是一款用于寬輸入電壓反激和升壓調節器設計的峰值電流模式控制器。該參考設計在18V至36V的輸入電壓范圍內工作，可提供高達400mA（加上20%的余量）的5V輸出。它采用內部n溝道MOSFET實現開關和內部電流檢測，用于電流模式控制和反激轉換器的過流保護。同時，該器件集成了靈活的誤差放大器和精確的參考電壓，可調節正負輸出。固定開關頻率為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（設計中設置為18V），并確保在電源故障時正常工作。EN/UVLO輸入還可用于打開/關閉IC。過壓輸入（OVI）保護方案可確保當輸入電源超過其最大允許值（設計中設置為36V）時，控制器關閉。

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#參考設計包含了設計18V至36V寬輸入、5V/2W輸出隔離反激式轉換器電源所需的所有控制電路和電氣元件。反激式DC - DC轉換器以固定的500kHz工作頻率運行，效率高達79%。通過MAX14798B的內部MOSFET開關實現逐周期的初級側電流限制保護。RCD緩沖網絡（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EN/UVLO引腳電壓超過1.23V（典型值）時，設備才會開始啟動操作；當電壓低于1.17V（典型值）時，設備關閉。可以使用從輸入直流總線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，可以實現輸入過壓保護。當OVI引腳電壓超過1.23V（典型值）時，設備停止開關操作；只有當OVI引腳電壓低于1.17V（典型值）時，才會恢復開關操作。

六、電流限制

IC通過監測進入MAX17498B的LX輸入的峰值電流來實現變壓器初級側的電流限制。電阻R6將電流限制設置為1.3A。當峰值電流達到電流限制時，IC關閉其內部開關。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. 將電子負載設置為0mA至600mA之間的恒定電流。
10. 驗證電壓表讀數是否為5V ±0.25V。

八、實驗室測量結果

8.1 功率效率與負載電流關系

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，功率效率呈現出一定的變化趨勢。

8.2 輸出紋波和負載瞬態響應

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

九、設計資源與訂購信息

9.1 設計文件

可以下載所有設計文件，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計和開發。

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，為工業電源設計提供了一個優秀的解決方案。無論是在設計的便利性還是性能表現上，都具有很大的優勢。各位工程師在實際應用中，不妨考慮使用這款電源參考設計，相信它會給你的項目帶來意想不到的效果。你在電源設計中遇到過哪些難題呢？歡迎在評論區分享交流。