探索MAX253：隔离式RS - 485接口的变压器驱动解决方案

在电子设备的设计中，隔离式通信接口的需求日益增长，尤其是在工业通信和控制领域。MAX253作为一款专门为隔离式RS - 485或RS - 232数据接口提供隔离电源的变压器驱动器，正逐渐成为工程师们的得力助手。今天，我们就来深入了解一下MAX253的特点、应用以及设计要点。

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一、MAX253的基本特性

1. 功能概述

MAX253是一款单芯片振荡器/功率驱动器，它可以从5V或3.3V直流电源驱动中心抽头变压器的初级绕组，次级绕组可以根据需要绕制，以提供高达1W功率的任意隔离电压。该器件由一个CMOS振荡器驱动一对N沟道功率开关，振荡器以输出频率的两倍运行，驱动一个触发触发器，确保每个开关的占空比为50%，同时内部延迟确保两个开关之间实现先断后通的动作。此外，SD引脚可以将整个器件置于低功耗关断状态，禁用功率开关和振荡器。

2. 主要优势和特性

• 简单的电源变压器驱动设计：专为隔离式RS - 485/RS - 232数据接口应用而设计，采用单5V或3.3V电源供电。
• 低电流关断模式：关断电流仅为0.4µA，有助于降低系统功耗。
• 引脚可选频率：可通过FS引脚选择350kHz或200kHz的开关频率，满足不同应用的需求。
• 多种封装形式：提供8引脚DIP、SO和µMAX®封装，占用的电路板空间极小。

二、应用领域广泛

1. 隔离式RS - 485/RS - 232电源

MAX253能够为隔离式RS - 485或RS - 232数据接口提供可靠的隔离电源，适用于工业通信和控制应用，可有效抵御高电压瞬变、差分接地电位和高噪声干扰。

2. 变压器驱动

作为变压器驱动器，MAX253可以驱动中心抽头变压器，为系统提供隔离电源。

3. 高抗噪通信接口

在高噪声环境下，MAX253能够确保通信的稳定性和可靠性，适用于各种工业现场。

4. 隔离和/或高压电源

可用于需要隔离或高压电源的应用场景，如医疗设备、过程控制等。

5. 桥接接地差异

能够有效桥接不同接地电位之间的差异，保证系统的正常运行。

三、电气特性与参数

1. 绝对最大额定值

了解器件的绝对最大额定值对于正确使用和保护器件至关重要。MAX253的绝对最大额定值包括电源电压、控制输入电压、输出开关电压、峰值输出开关电流、平均输出开关电流和连续功率耗散等参数。例如，电源电压范围为0.3V至 + 7V，输出开关电压为12V等。在实际应用中，应确保器件的工作条件不超过这些额定值，以免造成永久性损坏。

2. 工作温度范围

MAX253有不同的工作温度范围可供选择，如MAX253C的工作温度范围为0°C至 + 70°C，MAX253E为 - 40°C至 + 85°C，MAX253MJA为 - 55°C至 + 125°C。根据具体的应用环境，选择合适的温度范围的器件非常重要。

3. 电气参数

文档中详细列出了MAX253的各项电气参数，如开关导通电阻、开关频率、工作电源电流、关断电源电流等。这些参数对于电路设计和性能评估具有重要意义。例如，开关导通电阻典型值为1.5Ω，开关频率可通过FS引脚选择，FS接Vcc或悬空时为350kHz，FS接0V时为200kHz。

四、典型应用电路与设计要点

1. 隔离式RS - 485数据接口

在隔离式RS - 485数据接口应用中，将MAX253与低压差线性稳压器、变压器、高速光耦合器和Maxim RS - 485接口设备相结合。通过对电路进行一些修改，可以实现全双工通信。例如，将MAX481/MAX485替换为MAX490/MAX491（数据速率可达2.5Mbps）或MAX483/MAX487替换为MAX488/MAX489（数据速率可达250kbps）。需要注意的是，数据传输速率受光耦合器的限制，文档中列出了不同数据速率下建议使用的光耦合器和Maxim接口设备。

2. 隔离式RS - 232数据接口

MAX253适用于需要多个收发器的隔离式RS - 232数据接口应用，其1W的功率输出能力使其能够同时驱动10个以上的收发器。典型的应用电路如图5所示，通过替换光耦合器可以实现不同的数据传输速率。例如，将Sharp PC417光耦合器替换为低成本的4N25设备，可实现高达9.6kbps的数据传输速率。

3. 隔离式电源

MAX253可以作为隔离式电源的驱动器，从5V或3.3V直流电源驱动中心抽头变压器的初级绕组。在5V供电时，可提供高达1W的功率输出；在3.3V供电时，功率输出约为600mW。通过合理设计变压器的匝数比和选择合适的整流器拓扑，可以满足不同的电压和功率需求。

4. 输出纹波滤波

为了减少输出纹波噪声，可以在输出端添加一个简单的低通π滤波器，将输出纹波噪声降低至约10mVp - p。滤波器的截止频率为21kHz，应尽量减小滤波器电感的电阻，以避免过大的电压降。

5. 隔离式4mA至20mA模拟接口

在过程控制行业中，4mA至20mA电流环是一种常用的模拟信号范围。MAX253可以与Siemens IL300线性光耦合器和MAX480等器件配合使用，实现隔离式4mA至20mA模拟接口。通过将模拟信号转换为电流信号，经过光耦合器传输，再转换回电压信号，最终输出4mA至20mA的电流信号。

6. 隔离式ADC

MAX253还可以用于隔离式ADC应用，如图10所示。通过与多个抽头的次级绕组和线性稳压器配合，为MAX176模拟 - 数字转换器提供5V和 - 12V电源。如果需要为传感器或信号调理电路提供额外的隔离电源，电路也可以轻松实现。

五、组件选择要点

1. 变压器选择

• 初级绕组：变压器初级必须是中心抽头绕组，且具有足够的ET乘积，以防止在最坏情况下的最低选定频率下饱和。根据FS引脚的状态，确定不同的最小频率和最大周期，进而计算所需的ET乘积。
• 次级绕组：次级绕组可以是中心抽头或非中心抽头，取决于所使用的整流器拓扑。在某些应用中，可能需要多个次级绕组。为了避免直流不平衡对磁芯磁通的影响，建议采用全波整流。
• 匝数比：变压器的匝数比应根据最大预期负载和最小预期输入电压，提供所需的最小输出电压。同时，应考虑整流器的最坏情况损耗，并防止过压情况的发生。

2. 二极管选择

由于MAX253的开关频率较高，建议使用肖特基二极管作为整流器。确保肖特基二极管的平均电流额定值超过负载电流水平，如1N5817适用于通孔应用，NIEC SB05W05C双二极管SOT - 23封装适用于表面贴装应用。

3. 输出滤波电容

在对输出纹波噪声敏感的应用中，应选择具有低等效串联电阻（ESR）且电容值在温度变化时保持相对稳定的输出滤波电容。例如，Sprague 595D表面贴装固体钽电容和Sanyo OS - CON通孔电容具有极低的ESR，是不错的选择。在对输出纹波要求不高的应用中，0.1µF的芯片或陶瓷电容即可满足需求。

4. 输入旁路电容

输入旁路电容C1的要求不高，由于MAX253的电源电流相对稳定，通常使用低成本的0.1µF芯片或陶瓷电容即可满足输入旁路的需求。

六、总结

MAX253作为一款专门为隔离式RS - 485或RS - 232数据接口设计的变压器驱动器，具有简单的设计、低功耗、引脚可选频率和多种封装形式等优点。在实际应用中，通过合理选择组件和优化电路设计，可以实现高性能的隔离式通信接口和电源解决方案。希望本文能够帮助电子工程师们更好地了解和应用MAX253，在设计中充分发挥其优势。大家在使用MAX253的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。