探索MAXREFDES115#：24V转5V 20W隔离电源的卓越设计

在电子工程师的日常工作中，电源设计是至关重要的一环。今天，我们就来深入探讨一下Maxim推出的MAXREFDES115#隔离电源参考设计，它能将24V高效转换为5V 20W的电源，为众多工业应用提供可靠的电力支持。

文件下载：MAXREFDES115A#.pdf

设计亮点

高效拓扑与紧凑设计

MAXREFDES115#采用了高效的有源钳位拓扑设计，以24V为输入，输出为5V 4A（20W）的功率。该设计使用了MAX17599有源钳位、电流模式PWM控制器，整个电路可以集成在一块20mm x 55mm的电路板上，非常紧凑。而且，它还具备功能绝缘、低功耗、外部组件少等优点，能够在恶劣的工业环境中稳定运行。

简化变压器选择

在隔离电源设计中，变压器的选择往往是最具挑战性的一步。而MAXREFDES115#为我们解决了这个难题，它已经对多种变压器进行了认证，大大简化了变压器的选择过程。同时，模块底部的通孔引脚方便了该电源转换器快速轻松地集成到任何系统中，引脚间距设计合理，电源到地的间距为15.24mm，输入侧到输出侧的间距为63.5mm。

技术原理

MAX17599控制器

MAX17599是一款低IQ、宽输入范围的有源钳位电流模式PWM控制器，包含了设计宽输入隔离正激转换器工业电源所需的所有控制电路。它采用了有源钳位变压器复位拓扑，这种拓扑具有减少开关电压应力、减小变压器尺寸、提高效率等优点。该设计的开关频率设定为250kHz，对于对EMI敏感的应用，用户还可以对频率抖动方案进行编程，实现低EMI扩频操作。

输入保护与控制

输入欠压锁定（EN/UVLO）功能用于编程输入电源的启动电压（设计中设定为16.5V），并确保在掉电情况下正常运行。EN/UVLO输入还可用于开启/关闭IC。过压输入（OVI）保护方案则确保当输入电源超过允许的最大值（设计中设定为37.0V）时，控制器能够关闭。

软启动与过流保护

为了控制浪涌电流，设备集成了软启动（SS）引脚，用于设置稳压器的软启动时间。打嗝式过流保护（打嗝模式）可以最小化故障条件下的功率损耗。SS功能还能在设备关闭时安全地对钳位电容进行放电，并允许控制器以可控的方式重启。

负电流限制与过热保护

电流检测电路中提供了负电流限制，有助于在动态运行条件下限制钳位开关电流。过热故障会触发热关断，以可靠地保护设备。

电路详细分析

初级功率级

有源钳位变压器的初级侧由一个n沟道MOSFET（N1）和一个p沟道MOSFET（P1）驱动。当N1导通时，功率传递到次级，变压器存储磁化能量。此时P1截止，钳位电容（C12）以恒定电压充电。当N1关闭时，漏感和磁化电流对N1的漏源电容充电。当N1的漏源电压超过钳位电容两端的电压时，P1的体二极管开始导通，磁化电流开始对钳位电容充电。P1导通后，实现零电流开关。钳位电容继续充电，直到磁化电流降为0A，然后磁化电流反向，钳位电容开始放电，直到P1关闭。P1关闭后，钳位电容保持固定电压。在N1导通前有一个固定延迟，在此期间，寄生组件中的能量将N1的VDS向VIN放电，从而实现更柔和的导通和更低的开关损耗。

次级功率级

次级功率级由同步整流器（N1、N2）和输出滤波器（L2、C4、C5、C6）组成。当初级n-FET（N3）导通时，输入功率通过正向导通的MOSFET N2瞬间传输到输出。在关断期间，输出电感电流通过MOSFET N1续流。滤波器电感输入端的电压是典型的降压转换器方波，电感和输出电容对该方波进行滤波，在输出端产生直流电压。

反馈控制回路

反馈网络由TLV431B可编程并联稳压器、3000V隔离光耦合器和其他RC组件构成。

测试与验证

效率测试

MAXREFDES115#在全输入范围和不同输出负载条件下进行了验证和测试。从功率效率与负载电流的关系图（图2）可以看出，在不同输入电压下，效率随着负载电流的变化而变化。当输入为24V时，参考设计的峰值效率可达91.5%。

输出纹波与瞬态响应测试

图3展示了输入为24V时全负载下的输出纹波。图4显示了负载从5mA跃变到1600mA，再降回5mA时的负载瞬态响应，输出瞬态尖峰约为240mV。图5则展示了负载从2.4A跃变到4A，再降回2.4A时的负载瞬态响应。

快速启动与订购信息

快速启动

要验证MAXREFDES115#电路板的操作，需要准备MAXREFDES115#、一个输出电压可达36V、电流可达3A的可调直流电源、一个电子负载、两个电压表和两个电流表。按照特定的连接步骤进行操作，最后验证电压表读数是否在5V ±0.25V范围内。

订购信息

MAXREFDES115#有不同的型号，如MAXREFDES115A#、MAXREFDES115B#、MAXREFDES115C#，它们分别采用了不同供应商的变压器，且均处于活跃状态可供购买。这里需要注意的是，部分零件没有标准定价，需要进行报价。

MAXREFDES115#为电子工程师提供了一个高效、紧凑且可靠的隔离电源解决方案，适用于PLC、工业过程控制和传感器、电信和数据通信电源等多种应用场景。你在实际设计中是否遇到过类似的电源设计难题呢？你会考虑使用MAXREFDES115#来解决这些问题吗？欢迎在评论区分享你的想法和经验。