探索MAXREFDES7#：3.3V输入±12V（±15V）输出隔离电源的设计奥秘

在电子设计领域，电源设计一直是至关重要的环节。今天我们要深入探讨的是Maxim Integrated推出的REFERENCE DESIGN 5510中的Lakewood（MAXREFDES7#）子系统参考设计，这是一款3.3V输入、±12V（±15V）输出的隔离电源，在工业传感器、工业自动化、过程控制和医疗等领域有着广泛的应用前景。

文件下载：MAXREFDES7#.pdf

设计概述

Lakewood设计（MAXREFDES7#）利用H桥变压器驱动器（MAX256）和一对低压差（LDO）线性稳压器（MAX1659 x2），从3.3V电压输入创建了一个±12V（±15V）输出的隔离电源。这种通用电源解决方案适用于多种隔离电源应用，尤其在工业和医疗领域表现出色。

特性亮点

1. 隔离电源：提供可靠的电气隔离，确保系统的安全性和稳定性。
2. ±12V（±15V）输出：满足不同应用场景对电源输出的需求。
3. 小尺寸PCB面积：节省电路板空间，适合小型化设计。
4. Pmod™兼容外形：方便与其他模块集成，提高设计的灵活性。

硬件详细描述

电源输入

该设计从3.3V直流电源获取输入功率，输入电源可以来自J1 Pmod兼容连接器，也可以通过外部电源连接到EXT_+3.3V和DGND连接器。

变压器驱动

MAX256 H桥变压器驱动器以约475kHz的频率开关，驱动Halo® Electronics的TGM - H281NF变压器的初级侧，变压器的匝数比为1:2.6。

整流与稳压

变压器次级侧连接到电压倍增器，将交流输出整流为直流输出。两个MAX1659 LDO分别将电压调节到+12V和 - 12V。齐纳二极管（D3和D6）保护LDO，使其输入电压保持在16.1V以下。

输出电压调整

通过改变LDO（U2和U3）的反馈电阻（R2 - R5），可以轻松改变参考设计的输出电压。MAX1659 LDO的输出电压由以下公式设定： [V{OUT }=V{SET } times(1+R 2 / R 3) for U 2] [V{OUT }=V{SET } times(1+R 4 / R 5) for U 3] 其中(V_{SET }=1.21V)。例如，对于±15V输出应用，将R2和R4更改为187kΩ，将R3和R5更改为16.2kΩ。

特殊配置

该电路还可以配置用于不对称应用。在对输出电压纹波敏感的应用中，可以在LDO输入前添加低通LC π滤波器。

隔离变压器

设计中的隔离变压器具有1500VRMS的隔离电压，符合UL 60950和EN 60950标准，属于“功能性”绝缘类别。

快速启动指南

所需设备

• Lakewood（MAXREFDES7#）板
• 3.3V 1A电源
• 两个数字电压表

操作步骤

1. 将跳线JU1上的分流器置于1 - 2位置。
2. 将电源的正极连接到EXT_+3.3V连接器。
3. 将电源的负极连接到DGND连接器。
4. 将第一个电压表的正极连接到+12V连接器。
5. 将第一个电压表的负极连接到GND1连接器。
6. 将第二个电压表的正极连接到 - 12V连接器。
7. 将第二个电压表的负极连接到GND2连接器。
8. 打开电源。
9. 使用相应的电压表测量相应的正、负输出电压。

实验室测量结果

负载电流

该设计针对±12V和±15V两对输出电压轨进行了测试。当设置为±12V输出时，电路可以同时为两个轨提供约90mA的最大负载电流；当设置为±15V输出时，电路可以同时为两个轨提供约40mA的最大负载电流。如果需要更大的最大负载，可以适当增加输入电源电压或变压器匝数比。

电源效率

电源效率如图2和图3所示，展示了不同输出电压下电源效率与负载电流的关系。

输出噪声

输出噪声远低于输出电压的0.5%，噪声主要来自MAX256的开关脉冲。图4 - 7分别展示了不同输出电压和负载条件下的噪声情况。

设计文件与相关部件

设计文件

包括原理图、物料清单（BOM）、PCB布局、PCB Gerber文件和PCB CAD（PADS 9.0）文件。

相关部件

• MAX1659：350mA、16.5V输入、低压差线性稳压器，可免费获取样品。
• MAX256：用于隔离电源的3W初级侧变压器H桥驱动器，可免费获取样品。

总结

MAXREFDES7#参考设计为电子工程师提供了一个高效、可靠的隔离电源解决方案。其小尺寸、灵活的输出配置和良好的电气性能，使其在工业和医疗等领域具有很大的应用潜力。各位工程师在实际设计中，可以根据具体需求对电路进行调整和优化，以满足不同的应用场景。你在电源设计中是否遇到过类似的挑战？你对这种隔离电源设计有什么独特的见解吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。