摘要：本文詳細介紹了Lakewood (MAXREFDES7＃)子系統參考設計，從3.3V輸入產生±12V (±15V)輸出的隔離電源。Lakewood參考設計包括一個3W的原邊變壓器H橋驅動器，用于隔離電源設計；兩路寬輸入電壓、可調輸出的低壓差線性穩壓器(LDO)。文中給出了測試結果和硬件文件。

概述

Lakewood設計(MAXREFDES7#)采用H橋變壓器驅動器(MAX256)和一對低壓差線性穩壓器LDO (MAX1659×2)，從3.3V輸入產生±12V (±15V)輸出的隔離電源(圖1)。這種通用電源解決方案可以用于多種不同類型的隔離電源設計，但主要針對工業傳感器、工業自化、過程控制和醫療設備等應用。



系統框圖


圖1. Lakewood子系統設計框圖。

特性                                    應用
隔離電源                                工業傳感器
±12V (±15V)輸出                       過程控制
占用較小的印刷電路板(PCB)面積           工業自動化
兼容于Pmod™外形                         醫療器械

硬件詳細說明

Lakewood子系統參考設計采用3.3V直流電源供電，MAX256 H橋變壓器驅動器以大約475kHz的頻率驅動開關，驅動匝數比為1:2.6的變壓器原邊，這里采用HaloΩ電子公司的TGM-H281NF變壓器。變壓器副邊連接到兩路交流整流電壓，產生直流輸出。兩個MAX1659 LDO把電壓分別穩定在+12V和-12V。齊納二極管(D3和D6)保護兩個LDO，將輸入電壓鉗制在16.1V以內。

輸入電源可從J1的Pmod兼容連接器提供，或將外部電源連接到EXT_ +3.3 V和DGND之間供電。如需改變參考設計的輸出電壓，只需更改LDO (U2和U3)的反饋電阻(R2-R5)。

MAX1659 LDO的輸出電壓由下式計算：

V_OUT = V_SET×(1 + R2/R3)，U2
V_OUT = V_SET×(1 + R4/R5)，U3
其中，V_SET = 1.21V

例如，對于±15V輸出的應用，將R2、R4更為187kΩ，將R3、R5更改為16.2kΩ即可。

該電路也可以配置為非對稱應用。

在對電壓紋波敏感的應用中，可以在LDO輸入前面增加低通LC π型濾波器。

本設計提供高達1500V_RMS的隔離變壓器，設計通過了UL 60950和EN60950驗證，到達“功能性”絕緣等級。

快速入門

所需設備：

Lakewood (MAXREFDES7#)板

3.3V、1A電源

兩塊數字電壓表

測試流程

Lakewood板完全安裝并經過測試，按照以下步驟驗證電路板功能。

在跳針JU1的1-2位置放置短路器。

將電源正端連接到連接器的EXT_+3.3V。

將電源負端連接到連接器的DGND。

將第一塊電壓表正端連接到連接器的+12V。

將第一塊電壓表負端連接到連接器的GND1。

將第二塊電壓表負端連接到連接器的-12V。

將第一塊電壓表正端連接到連接器的GND2。

打開電源。

分別使用電壓表測量正、負壓輸出。

實驗室測試

對Lakewood設計的±12V和±15V兩對電壓輸出進行測量，通過更改R2、R3、R4和R5電阻獲得其它電壓輸出。設置為±12V輸出時，該電路能夠提供最大負載電流，每路大約90mA。設置為±15V輸出，每路輸出約為40mA。

為了更大的負載驅動能力，用戶可適當增大輸入電源的電壓或變壓器匝數比。詳細信息請參閱MAX256數據手冊，電源效率如圖2、圖3所示。

在非對稱電壓應用中，可以使一路電壓的負載驅動大一些，另一路小一些。



圖2. 電源效率與±12V輸出負載電流  圖3. 電源效率與±15V輸出負載電流

輸出噪聲遠低于輸出電壓的0.5％，噪聲主要源于MAX256開關脈沖。

圖4和圖5分別為12V和15V空載輸出時的噪聲；圖6和圖7分別為12V和15V最大負載電流下的輸出噪聲。

負壓輸出噪聲和正壓輸出噪聲對稱。


圖4. V_OUT = 12V、I_OUT = 0mA時的輸出噪聲
圖5. V_OUT = 15V、I_OUT = 0mA時的輸出噪聲

圖6. V_OUT = 12V、I_OUT = 90mA時的輸出噪聲
圖7. V_OUT = 15V、I_OUT = 90mA時的輸出噪聲

所有設計文件
硬件文件
原理圖
物料清單(BOM)
PCB布線
PCB光繪
PCB CAD (PADS 9.0)

詳見：

原理圖：http://china.maximintegrated.com/images/appnotes/5510/MAXREFDES7-schematic-RB.pdf
物料清單(BOM)：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-BOM-RB.pdf
PCB布線：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-layout-RB.pdf
PCB光繪：http://china.maximintegrated.com/design/tools/cad-layout/gerber/MAXREFDES7_GERBER-RB.ZIP
PCB CAD (PADS 9.0)：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-CAD-RB.zip