MAXREFDES125#非隔离24V转5.1V、20W电源设计解析

在工业和广泛的电源应用领域，高效、稳定的电源设计至关重要。今天我们就来详细探讨一下Maxim Integrated推出的MAXREFDES125#非隔离24V转5.1V、20W电源。

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一、产品概述

MAXREFDES125#是一款适用于工业和各类电源应用的高效20W电源。它具有超过96%的高效率，输入电压范围为17V至36V，能够提供5.1V、4A的输出，满足众多高功率需求系统的用电要求。该系统的核心是MAX17536同步降压转换器，它具备多种工作模式，无需肖特基二极管即可实现同步操作，还拥有内部补偿和内置软启动功能，可打造出小型、超高效的电源，适用于各种系统。其电路集成在一块20mm x 35mm的电路板上，所有设计文档均可在线获取，电路板也可直接购买。

二、产品特性与应用

特性

• 高效率：能达到超过96%的效率，有效降低能源损耗。
• 紧凑灵活：电路板尺寸小巧，便于集成到各种系统中。
• 低功耗：减少了不必要的能量消耗。
• 外部元件少：简化了电路设计，降低了成本和故障风险。
• 工业环境适应性强：能在恶劣的工业环境中稳定运行。

应用

• PLC（可编程逻辑控制器）：为PLC提供稳定的电源支持。
• 工业过程控制和传感器：确保工业控制和传感器系统的可靠运行。
• 电信和数据通信电源：满足通信设备对电源的需求。

三、系统设计与原理

参考设计

MAXREFDES125#参考设计展示了MAX17536高效、高压、同步降压控制器的应用。该设计可在脉冲宽度调制（PWM）、脉冲频率调制（PFM）或不连续导通模式（DCM）控制方案下运行，输入电压范围为17V至36V，输出可达5.1V、4A。不同模式各有特点：

• PWM模式：允许电感电流为负，在所有负载下提供恒定频率操作，适用于对开关频率敏感的应用，但轻载时效率低于PFM和DCM模式。
• PFM模式：禁用负电感电流，轻载时跳过脉冲以提高效率，轻载时静态电流低，但输出电压纹波较大，开关频率不恒定。
• DCM模式：轻载时不跳过脉冲，仅禁用负电感电流，实现恒定频率操作，效率介于PWM和PFM模式之间。

硬件描述

MAX17536是一款集成高端MOSFET的高效、高压同步降压DC - DC转换器，输入范围为4.5V至60V，输出电流可达4A，输出电压范围为0.9V至0.9 × VIN。它采用峰值电流模式控制，可在PWM、PFM和DCM控制方案下运行。

模式选择

MODE/SYNC引脚的逻辑状态在VCC和EN/UVLO电压超过各自的欠压锁定（UVLO）上升阈值且所有内部电压准备好允许LX开关时被锁存。通过不同的连接方式可选择不同的工作模式：

• 上电时MODE/SYNC引脚开路，轻载时设备工作在PFM模式。
• 上电时MODE/SYNC引脚接地，所有负载下设备工作在恒定频率PWM模式。
• 上电时MODE/SYNC引脚连接到VCC，轻载时设备工作在恒定频率DCM模式。正常运行期间，MODE/SYNC引脚的状态变化将被忽略。

线性调节器

设备有两个内部低压差（LDO）调节器为VCC供电，一个由VIN供电（IN LDO），另一个由EXTVCC供电（EXTVCC LDO）。根据EXTVCC的电压水平，任一时刻只有一个LDO工作。当EXTVCC电压大于4.7V（典型值）时，VCC由EXTVCC供电；当EXTVCC低于4.7V（典型值）时，VCC由VIN供电。EXTVCC电压不应超过24V，从EXTVCC为VCC供电可提高高输入电压下的效率。

环路补偿

MAX17536内部进行环路补偿，但当开关频率低于450kHz时，需在CF引脚和FB引脚之间连接一个0402电容（C10）以保持补偿环路稳定。

输入欠压锁定电平设置

MAX17536提供可调的输入欠压锁定电平，可通过从VIN到SGND连接的电阻分压器设置电压电平，将分压器的中心节点连接到EN/UVLO。计算公式为[R 2=frac{R 1 × 1.215}{left(V_{INU }-1.215right.}]，其中R1选择为3.32M，VINU为开启设备所需的电压，本设计中VINU为14.5V。

四、快速启动指南

所需设备

• MAXREFDES125#
• 一台输出电压可达36V、电流可达2A的可调直流电源
• 一个电子负载
• 两个电压表
• 两个电流表

操作步骤

1. 关闭电源。
2. 将电源的正极端连接到MAXREFDES125#板的VIN连接器。
3. 将MAXREFDES125#板的PGND连接器连接到一个电流表的正极端，电流表的负极端连接到电源的负极端。
4. 在MAXREFDES125#板的VIN和PGND连接器之间连接一个电压表。
5. 将MAXREFDES125#板的VOUT连接器连接到电子负载的正极端。
6. 将电子负载的负极端连接到第二个电流表的正极端，电流表的负极端连接到MAXREFDES125#板的GNDO连接器。
7. 在MAXREFDES125#板的VOUT和GNDO连接器之间连接第二个电压表。
8. 检查跳线JU1的1 - 2引脚之间是否安装了短路片。
9. 检查跳线JU2的1 - 2引脚之间是否安装了短路片。
10. 打开电源，将输出设置为24V。
11. 将电子负载设置为0A至4A之间的恒定电流。
12. 验证第二个电压表的读数是否为5.1V ±0.255V。

五、实验室测量结果

对MAXREFDES125#在全输入范围和不同输出负载条件下进行了验证和测试，得到了不同模式下的功率效率与负载电流的关系曲线，以及输出纹波和负载瞬态响应等数据。这些数据直观地展示了该电源在不同工作模式下的性能表现，为工程师在实际应用中选择合适的工作模式提供了重要参考。

通过对MAXREFDES125#电源的详细分析，我们可以看到它在工业和电源应用领域具有很大的优势。各位电子工程师在实际设计中，不妨考虑这款高效、灵活的电源方案，相信它能为你的项目带来出色的性能表现。你在电源设计中遇到过哪些难题呢？欢迎在评论区分享交流。