MAXREFDES48

简介

注：该参考设计使用EFD20磁芯变压器。有关使用平面变压器的类似参考设计，请参阅MAXREFEDES41#。

MAXREFDES48#参考设计（图1）展示了MAX17599低IQ、宽输入范围、有源钳位电流模式PWM控制器的应用。MAX17599包含宽输入隔离正激式转换器工业电源设计所需的所有控制电路。该参考设计在18V至36V输入电压范围内工作，在12V输出电压下可提供高达3.5A的电流。该参考设计采用适合正激式转换器的有源钳位变压器复位拓扑。这种复位拓扑具有多项优势，包括减少开关上的电压应力、由于允许磁通摆幅较大而减小变压器尺寸，以及由于消除耗散缓冲器电路提高了效率。这些特性造就了紧凑且经济高效的隔离电源。该设计将开关频率设置为250kHz。对于EMI敏感的应用，用户可以对频率抖动方案进行编程，有助于实现低EMI扩频操作。

输入欠压保护(EN/UVLO)用于对输入电源启动电压（设计中设置为16.5V）进行编程，并确保在掉电情况下正常运行。EN/UVLO输入还用于开启/关闭IC。提供过压输入(OVI)保护方案，确保控制器在输入电源电压超过其最大允许值（设计中设置为37.0V）时关闭。

为了控制浪涌电流，该器件通过软启动(SS)引脚来设置稳压器的软启动时间。通过打嗝过流保护（打嗝模式）可有效降低故障情况下的功耗。当器件关闭时，软停止功能可对箝位电容进行安全放电，并允许控制器以安全可控的方式重新启动。

此外，电流检测电路中提供负限流功能，有助于限制动态工作条件下的钳位开关电流。过温故障会触发热关断，为设备提供可靠保护。

当输入电压为24V时，参考设计利用提供的组件可实现92.5%的峰值效率。这种通用电源解决方案适用于众多不同类型的电源应用，例如可编程逻辑控制器(PLC)、工业过程控制、工业传感器、电信/数据通信电源、隔离式电池充电器、服务器和嵌入式计算。

系统框图

特性

• 功能绝缘
• 紧凑且灵活
• 低功耗
• 只需少量外部元件
• 在恶劣的工业环境下可靠运行

应用

• PLC（可编程控制器）
• 工业过程控制和传感器
• 电信和数据通信电源

详细电路说明

MAX17599低IQ有源钳位电流模式PWM控制器包含设计宽输入隔离正激式转换器工业电源所需的所有控制电路。

该器件包括一个AUX驱动器，用于驱动辅助MOSFET（箝位开关），有助于实现适合正激式转换器的有源钳位变压器复位拓扑。这种复位拓扑具有多项优势，包括减少开关上的电压应力、由于允许磁通摆幅较大而减小变压器尺寸，以及由于消除耗散缓冲器电路提高了效率。AUX和主驱动器之间的可编程死区时间可实现零电压切换。

初级功率级

有源钳位变压器初级侧由n沟道MOSFET (N1)和p沟道MOSFET (P1)驱动。当N1接通时，功率会传送到次级，并且磁化能量将存储在变压器中。在此期间，P1断开，箝位电容(C12)以恒定电压电平充电。

当N1关断时，漏电流和磁化电流会对N1的漏极-源极电容进行充电。一旦N1的漏源电压超过箝位电容两端的电压，P1的体二极管就开始导通。随着P1的体二极管导通，磁化电流开始对箝位电容充电。

P1的体二极管导通后，P1导通。这为p沟道MOSFET提供了零电流开关。箝位电容继续充电，直至磁化电流降至0A。此时，磁化电流反向，箝位电容开始放电，直到p沟道MOSFET关断。

P1关断后，箝位电容保持在固定电压。N1导通之前有一个固定延迟。在此延迟期间，寄生组件中的能量使N1的VDS向VIN放电。因此N1能够更平稳地导通并降低开关损耗。

MAX17599 NDRV引脚驱动n沟道MOSFET，而AUXDRV引脚通过C8、R15和D3进行电平转换，然后驱动p沟道MOSFET。

次级功率级

次级功率级由同步整流器（N2、N3）、输出滤波器（L1、C17、C19、C20和C23）以及用于N2（R23、Q1、Z1和R28）和N3（R24、Q2、Z2和R29）的栅极驱动电路组成。

当N1导通时，T1栅极接线上的电压确保N2导通，而N3断开。在此期间，N3两端施加的电压等于输入电压乘以变压器的NS:NP匝数比；将对电感和负载电容充电并储存能量。

当N1关断时，T1栅极接线上的电压反转，确保N2关断，而N3导通。在此期间，电感电流流经N3，并继续将能量传输至负载电容。

滤波电感输入端的电压信号是典型的降压转换器方波。电感和输出电容对方波进行滤波，以在输出端产生直流电压。

反馈控制环路

大多数隔离正激式转换器通常都配有反馈网络。它由TL431V可编程分流稳压器、3000V隔离光耦合器和其他RC组件构成。

启动电压和输入过压保护设置（EN/UVLO、OVI）

MAX17599中的EN/UVLO引脚用作使能/禁用输入，以及精密可编程欠压锁定(UVLO)引脚。除非EN/UVLO引脚电压超过1.21V（典型值），否则MAX17599不会开始启动操作。如果EN/UVLO引脚电压低于1.15V（典型值），MAX17599将关闭。位于输入直流总线与地之间的电阻分压器可用于对输入直流电压进行分压，并向EN/UVLO引脚施加分压电压。通过选择电阻分压器的值，可以使EN/UVLO引脚电压在所需的输入直流总线电压下超过1.21V（典型值）开启阈值。除EN/UVLO功能之外，还可以利用其他电阻R_OVI修改同一电阻分压器，以实现过压输入保护。当OVI引脚电压超过1.21V（典型值）时，MAX17599停止开关。仅当OVI引脚上的电压降至1.15V（典型值）以下时，才会通过软启动恢复开关操作。对于启动直流输入电压(V_START)和过压输入保护电压(V_OVI)的预期值，分压器的电阻值可计算如下：

V_START = (R6 + R7 + R11)/(R6 + R7) × 1.21 (V)

V_OVI = (R6 + R7 + R11)/R6 × 1.21 (V)

如果R6 = 24kΩ、R7 = 30kΩ且R11 = 680kΩ，则：

V_START = 16.5V，V_OVI = 37.0V.

这些值为18V至36V的输入电压范围提供了安全余量。

快速入门

设备要求：

• MAXREFDES48#板
• 一款可调直流电源，输出电压高达37V，电流高达3A。
• 一个电子负载装置
• 2个电压表
• 2个电流表

程序步骤

MAXREFDES48#板已装配完成且经过测试。按照以下步骤验证电路板的运行情况。

1. 关闭电源。
2. 将电源正极端子连接到MAXREFDES48#板的VIN连接器。
3. 将MAXREFDES48#板的PGND连接器连接到一个电流表的正极端子。将电流表的负极端子连接到电源的负极端子。
4. 在MAXREFDES48#板的VIN和PGND连接器之间连接一个电压表。
5. 将MAXREFDES48#板的VOUT连接器连接到电子负载的正极端子。
6. 将电子负载的负极端子连接到第二个电流表的正极端子。将电流表的负极端子连接到MAXREFDES48#板的GNDO连接器。
7. 将第二个电压表连接到MAXREFDES48#板的VOUT和GNDO连接器之间。
8. 接通电源。将输出电压设置为24V。
9. 将电子负载设置为0A至3.5A之间的恒定电流。
10. 确认第二个电压表读数为12V±0.12V。

实验室测量

MAXREFDES48#设计在全输入范围和不同输出负载条件下进行了验证和测试。

电源效率与负载电流的关系曲线如图2所示。

图3显示了输入电压为24V时满负载条件下的输出纹波（纹波+尖峰为36mV_P-P）。

图4显示了负载从5mA跃升至400mA，然后再次降至5mA时的负载瞬态响应。输出瞬态尖峰约为240mV。输入电压为24V。

图5显示了负载从2A阶跃到3.5A，然后再次降至2A时的负载瞬态响应。瞬态电压约为800mV。输入电压为24V。