详解 Oceanside（MAXREFDES9#）隔离电源子系统设计

在电子工程领域，隔离电源的设计至关重要，它广泛应用于工业传感器、工业自动化、过程控制和医疗等众多领域。今天，我们就来详细探讨一下 Maxim Integrated 的 Oceanside（MAXREFDES9#）子系统参考设计，这是一款输入电压范围为 3.3V 至 15V，输出为 ±15V（±12V）的隔离电源。

文件下载：MAXREFDES9#.pdf

一、设计概述

Oceanside 设计主要使用了 MAX668 升压控制器、MAX13256 36V H 桥变压器驱动器以及一对 MAX1659 低压差（LDO）线性稳压器，能够从较宽的输入电压范围创建出 ±15V（±12V）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场景。

二、设计特点

1. 隔离电源：提供可靠的隔离功能，确保电源的稳定性和安全性。
2. ±15V（±12V）输出：满足多种设备对电源电压的需求。
3. 小 PCB 面积：节省电路板空间，适合小型化设计。
4. Pmod™ 兼容外形：方便与其他设备进行集成。

三、硬件详细描述

电源输入与升压

该子系统参考设计由 3.3V 至 15V 的直流电源供电。MAX668 高效升压控制器将输入电压提升至 16V，并连接到 H 桥变压器驱动器的输入。

变压器驱动与整流

MAX13256 H 桥变压器驱动器以 425kHz 的频率开关，驱动 1:1 匝数比的变压器初级侧，使用的是 Halo® Electronics 的 TGMR - 501V6LF 变压器。全波桥式整流器将变压器次级线圈的交流输出转换为直流输出。

电压调节与保护

LDO 对电压进行调节，使其稳定在 ±15V。齐纳二极管（D3 和 D4）保护 LDO，将其输入电压保持在 16.5V 以下。同时，R5 2.2kΩ 电阻将 H 桥变压器驱动器的输出电流限制在 300mA，防止 LDO 过流。电流限制公式为：[R5 (k Omega)=650 / ILIM(mA)]

输入电源选择

通过 JU1 可以选择输入电源。将分流器置于 2 - 3 位置，可通过连接到 VIN 和 GND1 连接器的外部电源为电路板供电；置于 1 - 2 位置，则通过 J1 Pmod 兼容连接器为电路板供电。

输出电压调整

要改变子系统参考设计的输出电压，只需更改 LDO（U3 和 U4）的反馈电阻（R7 - R10）以及升压控制器（U1）的反馈电阻（R3 和 R4）。 MAX1659 LDO 的输出电压计算公式为： [V{OUT }=V{SET } times(1+R 7 / R 9) for U 3] [V{OUT }=V{SET } times(1+R 8 / R 10) for U 4] 其中 (V{SET }=1.21V)。 MAX668 升压控制器的输出电压计算公式为： [V{OUT }=V{SET } times(1+R 3 / R 4)] 其中 (V{SET }=1.25)。 例如，对于 ±12V 输出应用，将 R7 和 R8 更改为 90.9kΩ，R9 和 R10 更改为 10.2kΩ。当 LDO 的输入（变压器和全波桥式整流器的输出）高于 12V 加上压降时，LDO 的输出变为 ±12V。然后，将 R3 更改为 100kΩ，R4 更改为 10.5kΩ，将升压控制器的输出设置为 13.15V。需要注意的是，不要将此电压设置得比 LDO 的输出高太多，否则会导致 LDO 功率损耗增加，效率降低。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

该设计中的隔离变压器隔离电压为 5000VRMS，符合 UL 60950 和 EN 60950 标准，属于“功能”绝缘类。

四、快速启动

所需设备

1. Oceanside（MAXREFDES9#）电路板
2. 3.3V 至 15V 电源
3. 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 VIN 连接器。
3. 将电源的负极连接到 GND1 连接器。
4. 将第一个电压表的正极连接到 +15V 连接器。
5. 将第一个电压表的负极连接到 GND2 连接器。
6. 将第二个电压表的正极连接到 -15V 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对应的正、负输出电压。

五、实验室测量

最大负载与效率

Oceanside 设计针对 ±15V 和 ±12V 两种输出电压轨进行了测试。通过修改 R3/R4、R7/R9 和 R8/R10 的电阻值比例，可以实现其他电压轨。测试时在两个轨上使用了相等的负载。表 1 展示了不同设置下的最大负载以及最大负载时的效率。

输入电压 (V)	轨 (V)	输出最大负载（两轨均施加相等负载）(mA)	最大负载时的效率 (%)
3.3	±15	65	78
5	±15	70	79
12	±15	85	83
15	±15	90	86
3.3	±12	75	77
5	±12	80	78
12	±12	100	83

对于非对称负载应用，一个轨的最大负载可以更大，另一个轨则更小。为了获得更大的最大负载，用户可以提高升压控制器的输出电压，但由于 LDO 上的电压降增加，效率会降低。

输出噪声

输出噪声远低于输出电压的 0.5%，主要由 MAX13256 的开关脉冲引起。不同设置下的噪声示波器截图展示了噪声情况，对于对称负载应用，负轨上的噪声与正轨上的噪声相同。

六、设计文件与相关信息

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

部件名称	描述
MAX13256	用于隔离电源的 36V H 桥变压器驱动器
MAX1659	350mA，16.5V 输入，低压差线性稳压器（提供免费样品）
MAX668	1.8V 至 28V 输入，µMAX 封装的 PWM 升压控制器（提供免费样品）
MAXREFDES9	Oceanside（MAXREFDES9#）：3.3V 至 15V 输入，±15V（±12V）输出，隔离电源

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