MAXREFDES125#非隔離24V轉(zhuǎn)5.1V、20W電源設(shè)計(jì)解析

在工業(yè)和廣泛的電源應(yīng)用領(lǐng)域，高效、穩(wěn)定的電源設(shè)計(jì)至關(guān)重要。今天我們就來詳細(xì)探討一下Maxim Integrated推出的MAXREFDES125#非隔離24V轉(zhuǎn)5.1V、20W電源。

文件下載：MAXREFDES125#.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAXREFDES125#是一款適用于工業(yè)和各類電源應(yīng)用的高效20W電源。它具有超過96%的高效率，輸入電壓范圍為17V至36V，能夠提供5.1V、4A的輸出，滿足眾多高功率需求系統(tǒng)的用電要求。該系統(tǒng)的核心是MAX17536同步降壓轉(zhuǎn)換器，它具備多種工作模式，無需肖特基二極管即可實(shí)現(xiàn)同步操作，還擁有內(nèi)部補(bǔ)償和內(nèi)置軟啟動(dòng)功能，可打造出小型、超高效的電源，適用于各種系統(tǒng)。其電路集成在一塊20mm x 35mm的電路板上，所有設(shè)計(jì)文檔均可在線獲取，電路板也可直接購買。

二、產(chǎn)品特性與應(yīng)用

特性

• 高效率：能達(dá)到超過96%的效率，有效降低能源損耗。
• 緊湊靈活：電路板尺寸小巧，便于集成到各種系統(tǒng)中。
• 低功耗：減少了不必要的能量消耗。
• 外部元件少：簡化了電路設(shè)計(jì)，降低了成本和故障風(fēng)險(xiǎn)。
• 工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)：能在惡劣的工業(yè)環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。

應(yīng)用

• PLC（可編程邏輯控制器）：為PLC提供穩(wěn)定的電源支持。
• 工業(yè)過程控制和傳感器：確保工業(yè)控制和傳感器系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
• 電信和數(shù)據(jù)通信電源：滿足通信設(shè)備對(duì)電源的需求。

三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與原理

參考設(shè)計(jì)

MAXREFDES125#參考設(shè)計(jì)展示了MAX17536高效、高壓、同步降壓控制器的應(yīng)用。該設(shè)計(jì)可在脈沖寬度調(diào)制（PWM）、脈沖頻率調(diào)制（PFM）或不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）控制方案下運(yùn)行，輸入電壓范圍為17V至36V，輸出可達(dá)5.1V、4A。不同模式各有特點(diǎn)：

• PWM模式：允許電感電流為負(fù)，在所有負(fù)載下提供恒定頻率操作，適用于對(duì)開關(guān)頻率敏感的應(yīng)用，但輕載時(shí)效率低于PFM和DCM模式。
• PFM模式：禁用負(fù)電感電流，輕載時(shí)跳過脈沖以提高效率，輕載時(shí)靜態(tài)電流低，但輸出電壓紋波較大，開關(guān)頻率不恒定。
• DCM模式：輕載時(shí)不跳過脈沖，僅禁用負(fù)電感電流，實(shí)現(xiàn)恒定頻率操作，效率介于PWM和PFM模式之間。

硬件描述

MAX17536是一款集成高端MOSFET的高效、高壓同步降壓DC - DC轉(zhuǎn)換器，輸入范圍為4.5V至60V，輸出電流可達(dá)4A，輸出電壓范圍為0.9V至0.9 × VIN。它采用峰值電流模式控制，可在PWM、PFM和DCM控制方案下運(yùn)行。

模式選擇

MODE/SYNC引腳的邏輯狀態(tài)在VCC和EN/UVLO電壓超過各自的欠壓鎖定（UVLO）上升閾值且所有內(nèi)部電壓準(zhǔn)備好允許LX開關(guān)時(shí)被鎖存。通過不同的連接方式可選擇不同的工作模式：

• 上電時(shí)MODE/SYNC引腳開路，輕載時(shí)設(shè)備工作在PFM模式。
• 上電時(shí)MODE/SYNC引腳接地，所有負(fù)載下設(shè)備工作在恒定頻率PWM模式。
• 上電時(shí)MODE/SYNC引腳連接到VCC，輕載時(shí)設(shè)備工作在恒定頻率DCM模式。正常運(yùn)行期間，MODE/SYNC引腳的狀態(tài)變化將被忽略。

線性調(diào)節(jié)器

設(shè)備有兩個(gè)內(nèi)部低壓差（LDO）調(diào)節(jié)器為VCC供電，一個(gè)由VIN供電（IN LDO），另一個(gè)由EXTVCC供電（EXTVCC LDO）。根據(jù)EXTVCC的電壓水平，任一時(shí)刻只有一個(gè)LDO工作。當(dāng)EXTVCC電壓大于4.7V（典型值）時(shí)，VCC由EXTVCC供電；當(dāng)EXTVCC低于4.7V（典型值）時(shí)，VCC由VIN供電。EXTVCC電壓不應(yīng)超過24V，從EXTVCC為VCC供電可提高高輸入電壓下的效率。

環(huán)路補(bǔ)償

MAX17536內(nèi)部進(jìn)行環(huán)路補(bǔ)償，但當(dāng)開關(guān)頻率低于450kHz時(shí)，需在CF引腳和FB引腳之間連接一個(gè)0402電容（C10）以保持補(bǔ)償環(huán)路穩(wěn)定。

輸入欠壓鎖定電平設(shè)置

MAX17536提供可調(diào)的輸入欠壓鎖定電平，可通過從VIN到SGND連接的電阻分壓器設(shè)置電壓電平，將分壓器的中心節(jié)點(diǎn)連接到EN/UVLO。計(jì)算公式為[R 2=frac{R 1 × 1.215}{left(V_{INU }-1.215right.}]，其中R1選擇為3.32M，VINU為開啟設(shè)備所需的電壓，本設(shè)計(jì)中VINU為14.5V。

四、快速啟動(dòng)指南

所需設(shè)備

• MAXREFDES125#
• 一臺(tái)輸出電壓可達(dá)36V、電流可達(dá)2A的可調(diào)直流電源
• 一個(gè)電子負(fù)載
• 兩個(gè)電壓表
• 兩個(gè)電流表

操作步驟

1. 關(guān)閉電源。
2. 將電源的正極端連接到MAXREFDES125#板的VIN連接器。
3. 將MAXREFDES125#板的PGND連接器連接到一個(gè)電流表的正極端，電流表的負(fù)極端連接到電源的負(fù)極端。
4. 在MAXREFDES125#板的VIN和PGND連接器之間連接一個(gè)電壓表。
5. 將MAXREFDES125#板的VOUT連接器連接到電子負(fù)載的正極端。
6. 將電子負(fù)載的負(fù)極端連接到第二個(gè)電流表的正極端，電流表的負(fù)極端連接到MAXREFDES125#板的GNDO連接器。
7. 在MAXREFDES125#板的VOUT和GNDO連接器之間連接第二個(gè)電壓表。
8. 檢查跳線JU1的1 - 2引腳之間是否安裝了短路片。
9. 檢查跳線JU2的1 - 2引腳之間是否安裝了短路片。
10. 打開電源，將輸出設(shè)置為24V。
11. 將電子負(fù)載設(shè)置為0A至4A之間的恒定電流。
12. 驗(yàn)證第二個(gè)電壓表的讀數(shù)是否為5.1V ±0.255V。

五、實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果

對(duì)MAXREFDES125#在全輸入范圍和不同輸出負(fù)載條件下進(jìn)行了驗(yàn)證和測(cè)試，得到了不同模式下的功率效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線，以及輸出紋波和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)直觀地展示了該電源在不同工作模式下的性能表現(xiàn)，為工程師在實(shí)際應(yīng)用中選擇合適的工作模式提供了重要參考。

通過對(duì)MAXREFDES125#電源的詳細(xì)分析，我們可以看到它在工業(yè)和電源應(yīng)用領(lǐng)域具有很大的優(yōu)勢(shì)。各位電子工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中，不妨考慮這款高效、靈活的電源方案，相信它能為你的項(xiàng)目帶來出色的性能表現(xiàn)。你在電源設(shè)計(jì)中遇到過哪些難題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。