探索 MAXREFDES112#：高效隔离式反激电源的设计与应用

在工业电源设计领域，隔离式电源供应器一直是确保系统稳定运行的关键组件。今天，我们将深入探讨 Maxim 推出的 MAXREFDES112# 隔离式 24V 转 12V 10W 反激电源，看看它是如何满足工业应用的多样化需求的。

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一、概述

Maxim 的电源专家精心设计并构建了一系列隔离式工业电源参考设计，MAXREFDES112# 便是其中之一。它能够高效地将 24V 输入转换为 12V 输出，功率可达 10W（0.8A）。该设计采用了现成的变压器，方便工程师快速选择合适的变压器，同时还提供了 BOM、原理图、布局文件和 Gerber 文件，并且可以直接购买电路板，大多数电路板还配备了通孔引脚，便于快速进行原型制作。

二、设计特点

1. 功能性绝缘：为系统提供可靠的电气隔离，确保安全稳定运行。
2. 紧凑灵活：整个电路集成在 20.3mm（0.8in）x 59.7mm（2.35in）的电路板上，节省空间且易于集成。
3. 最少外部组件：简化了设计，降低了成本和复杂度。
4. 恶劣工业环境下的稳健运行：能够在复杂的工业环境中保持稳定性能。
5. 12V 800mA 输出，20% 过流范围：满足一定的过载需求，增强了电源的适应性。
6. ±5% 输出精度：保证了输出电压的稳定性和准确性。

三、应用领域

MAXREFDES112# 适用于多种工业和通信领域，包括工业控制与自动化、过程控制、可编程逻辑控制器（PLC）以及电信和数据通信电源等。

四、详细设计分析

1. 核心芯片 MAX17596

MAX17596 是一款峰值电流模式控制器，用于设计宽输入电压反激和升压调节器。它具有以下特点：

• 宽输入电压范围：可在 17V 至 36V 的输入电压下工作，输出 12V 电压，最大电流可达 800mA（含 20% 过载）。
• 内部放大器：具有 1% 精度的参考电压，无需外部参考，简化了设计。
• 可编程开关频率：开关频率可在 100kHz 至 1MHz 之间编程，精度为 8%，本设计设定为 500kHz。对于对 EMI 敏感的应用，还支持可编程频率抖动方案，实现低 EMI 扩频操作。
• 输入欠压锁定（EN/UVLO）：用于编程输入电源启动电压（设计中设定为 17V），确保在电源欠压时正常工作，同时也可用于开启/关闭 IC。
• 过压输入（OVI）保护：当输入电源超过最大允许值（设计中设定为 36V）时，控制器会自动关闭。
• 软启动功能：通过连接电容到 SS 引脚，可编程软启动周期，减少启动时的输入浪涌电流。
• 过流保护和热关断：采用打嗝模式过流保护和热关断功能，在过流和过热故障条件下最小化功耗。

2. 电路工作原理

• 能量存储阶段：当 MOSFET 导通时，电流流经变压器的初级绕组，将能量存储在变压器中。CS 引脚输入和电流检测电阻设置峰值电流限制，并提供过流保护。
• 能量传输阶段：当 MOSFET 关断时，存储在初级侧的能量转移到次级侧。次级电路由二极管和几个输出电容组成。当初级侧的 MOSFET 关断时，变压器将电流推送到输出负载，剩余能量存储在输出电容中；当 MOSFET 导通时，二极管防止电流回流到变压器，并使输出电容放电。
• 反馈网络：采用 TL431 可编程并联稳压器、3000V 隔离光耦和其他 RC 组件构建，是大多数隔离式反激转换器典型的反馈网络。

3. 启动电压和输入过压保护设置

通过电阻分压器将输入直流母线电压分压后施加到 EN/UVLO 引脚，当 EN/UVLO 引脚电压超过 1.21V（典型值）时，MAX17596 开始启动操作；当电压低于 1.15V（典型值）时，IC 关闭。同时，可通过修改电阻分压器，添加额外电阻 (R{ovl}) 来实现过压输入保护。根据公式 (V{START }=(R 5+R 6+R 7) /(R 6+R 7) × 1.21( V)) 和 (V{OVI }=(R 5+R 6+R 7) / R 7 × 1.21( V)) ，可以计算出启动直流输入电压 (V{START }) 和过压输入保护电压 (V{OVI }) 。在本设计中，当 (R5 = 274kOmega) ，(R 6=11.3 k Omega) ，(R 7=9.76 k Omega) 时，(V{START }=16.95 V) ，(V_{OVI }=36.6 V) 。

五、快速启动步骤

所需设备

• MAXREFDES112# 电路板
• 一个 24V 直流电源
• 一个电子负载
• 一个电压表
• 一个电流表

操作步骤

1. 关闭电源。
2. 将电源的正极连接到 MAXREFDES112# 电路板的 VIN 引脚。
3. 将电源的负极连接到 MAXREFDES112# 电路板的 GND 引脚。
4. 将 MAXREFDES112# 电路板的 VOUT 连接器连接到电子负载的正极。
5. 将电子负载的负极连接到电流表的正极。
6. 将电流表的负极连接到 MAXREFDES112# 电路板的 GNDO 连接器。
7. 将电压表跨接在 MAXREFDES112# 电路板的 VOUT 和 GNDO 连接器上。
8. 打开电源。
9. 将电子负载设置为 0mA 至 800mA 之间的恒定电流。
10. 验证电压表读数是否为 12V ±0.6V。

六、实验室测量结果

1. 功率效率与负载电流关系

通过测试，得到了不同输入电压下功率效率与负载电流的关系曲线。从曲线可以看出，在不同输入电压下，电源的效率随着负载电流的增加而变化。当输入为 24V 时，参考设计的峰值效率可达 88%。

2. 输出纹波

在 800mA 负载、12V 输出的情况下，输入为 24V 时，输出纹波（纹波 + 尖峰）为 110mV (110 mV_{P-P}) 。

3. 负载瞬态响应

• 当负载从 5mA 阶跃到 320mA 再回到 5mA 时，输出瞬态尖峰约为 240mV。
• 当负载从 480mA 阶跃到 800mA 再回到 480mA 时，瞬态电压约为 200mV。

七、不同版本及变压器选择

MAXREFDES112# 有多个版本，每个版本使用不同的变压器供应商和型号，包括 Wurth 的 750315882、Sumida 的 12387T070、Hanrun 的 HR051075 和 Halo 的 TGSP - P145EP10LF，工程师可以根据实际需求选择合适的变压器。

综上所述，MAXREFDES112# 是一款性能出色、设计灵活的隔离式反激电源，能够满足工业和通信领域的多种应用需求。你在实际设计中是否遇到过类似的电源设计挑战呢？不妨在评论区分享你的经验和想法。