正确选择配合MAX13256工作的变压器

　　摘要：MAX13256是一款10W变压器驱动器，为电气隔离层之间的功率传递提供行之有效的改进技术。与所有变压器驱动器一样，为了获取良好的系统性能需要，要求变压器具有良好的技术指标。尽管很多变压器都可以配合MAX13256工作，但并非所有变压器数据手册上都给出了针对变压器驱动应用规定的指标。本应用笔记讨论如何选择满足应用需求的变压器。

　　引言

　　MAX13256为小尺寸、高性能变压器驱动器，理想用于工业或医疗环境下的隔离电源。MAX13256为非稳压型DC-DC转换器件，也就是说没有包含控制副边电压的反馈环路。考虑到这一原因，MAX13256对于副边电源不需要严格稳压的设计极具吸引力。即使对于需要副边稳压的应用，MAX13256也能提供较强优势，因为增加副边稳压后虽然提高了成本，但性能远远优于没有任何模拟隔离反馈的方案。

　　那么，如何设定输出电压呢？与普通DC-DC架构不同，MAX13256始终以50%占空比驱动变压器，输出电压由变压器绕组匝数比决定。必须根据具体应用，谨慎选择或指定合适的变压器。

　　为方便选择变压器，可简单地选择适合MAX13256的现有产品，或查询通用变压器产品目录，查找合适的产品。此外，变压器供应商也提供定制设计，基本不需要NRE，而且交货速度很快；所以，如果标准产品不能满足需求，可进行定制，许多变压器厂商提供高指标设计。对于那些需要帮助的厂商，您可以提供基本的设计参考。

　　变压器指标的主要影响

　　确认变压器满足您对隔离的关键需求后，还要考虑其它因素。以下是变压器指标的主要影响因素：

　　　　MAX13256功耗：受磁芯损耗和励磁电感的影响。

　　　　变压器功耗：受磁芯损耗、原边电阻、励磁电感和副边电阻的影响。

　　　　输出电压：受原边电阻和副边绕组的影响。

　　　　峰值输出电流：受磁芯损耗和励磁电感的影响。

　　选择适合MAX13256的现有产品

　　现有产品通常足以满足应用需求。由于商品化变压器本身已经综合考虑了许多因素，应优先考虑选择这种产品。变压器通常给出特定温度范围内的额定电流。

　　如果变压器数据手册明确说明其兼容MAX13256，请查阅数据手册进一步确认满足以下要求：

　　　　隔离电压

　　　　温度范围

　　　　输出负载电流

　　然后，使用“MAX13256兼容变压器”电子表格做进一步验证，以免超出指标限制。例如，如果超过输出电流指标，可能造成变压器或MAX13256过热。

　　对于变压器驱动电流，需要在实验室利用各种不同负载及过温条件对原型设计进行验证，这一点非常重要。分析中不可能包括所有因素，所以，分析数据只能作为初步设计的参考，可避免在实际电路测试中对电路的改动不大。

　　“MAX13256兼容变压器”电子表格

　　针对配合MAX13256工作而设计的变压器大多提供温度范围、隔离电压、ET乘积（有时称为ET常数）、最大副边（输出）电流，以及原边和副边电阻等参数。但通常缺少磁芯损耗和励磁电感。

　　有了这些参数，即可创建良好设计，有些重要参数需要进一步确认。然而，如果要求总功耗或效率指标，则必须通过原型测试才能获得。通过验证确保没有超过ET乘积，以及输出电压足以满足目标应用。

　　例如，假设输入电源为26V，需要有此产生隔离的5V电源。器件工作在商用温度范围，需要5kV隔离，负载电流0.5A。

　　通过搜索，发现一款合适的变压器，TGMR-502V6LF 。变压器具有足够的隔离，温度范围和输出负载驱动能力也由于指标要求。我们利用电子表格验证其它参数。图1所示为参考MAX13256数据手册输入的第一部分内容：

　　图1. MAX13256兼容变压器数据示例，MAX13256部分。

　　电子表格的C3单元是MAX13256内部桥式开关的导通电阻之和，即数据手册中的指标ROH和ROL之和，典型值为1.6Ω。按照最差工作条件分析，将C3单元更改为2.5Ω。电子表格C4单元是最小开关频率，单位为kHz。如果使用内部振荡器作为时钟，该值为510kHz；如果使用外部时钟，在此输入CLK引脚的最低频率。

　　接下来，在第二部分输入变压器数据手册参数，参见图2：

　　图2. MAX13256兼容变压器数据示例，变压器部分。

　　在电子表格C7单元输入MAX13256 VDD引脚的电压，本例为26V。在C8单元输入最大输出负载电流，本例为0.5A。在C9至C12单元输入相应的变压器指标。

　　图3. MAX13256副边整流器拓扑。

　　图3所示为两种常见的副边整流器拓扑。如果副边整流器拓扑为推挽式，在C11单元输入原边匝数的两倍。例如，如果使用TGMR-512V6LF，即推挽式整流器，则在C11单元输入“8”，在C12单元中输入“1”。

　　该拓扑结构也影响C13单元的输入内容。对于全波整流器，输出电压跌落为2倍的二极管压降，而推挽式架构下的跌落电压只为一个二极管压降。查阅二极管数据手册，确定每个二极管的预期正向导通电压。如果尚未选择二极管，输入表1建议的默认值，然后在选好二极管后以接近数值替代。

 

　　最后，查阅电子表格的第四部分的计算结果。C23单元计算出该应用所允许的最小ET常数，变压器指标必须等于或大于该值。Halo TGMR-502V6LF变压器的ET常数为60V-µs，大于C23单元计算的最小值。

　　C24单元计算整流器输出，约为5.4V。如果需要隔离的5V稳压电源，使用压差为0.4V或更小的LDO稳压器提供输出。

　　由于并未考虑所有因素，在进行最差工作条件分析时，将输出电压降低1%至5%。另外还要注意，轻载条件下，输出电压可能远远高于计算值。例如，从MAX13256数据手册第5页的右下图可以看出这一点。

　　如果轻载下对输出电压要求非常严格，在实验室以所要求的最小负载进行原型测试，测量输出电压。有些情况下，可在输出端预先并联一个电阻，以降低轻载时的输出电压。

　　图4. MAX13256兼容变压器示例的计算结果。

　　选择一款并非针对MAX13256设计的变压器

　　如果找不到专门配合MAX13256设计的变压器，可以扩大搜索范围，查找一些并非专门针对MAX13256设计的标准变压器。只需查阅几项关键参数，即可快速缩小搜索范围。

　　首先排除不满足隔离要求的变压器；然后，检查匝数比和ET乘积，具体取决于是否提供中心抽头。例如，如果原边带有中心抽头，则可选择驱动整个绕组或仅驱动半个绕组。一侧有中心抽头的变压器提供了两种选项，原边和副边均带中心抽头的变压器则提供了四种选择。

　　表2列出了所有可能性，仅保留满足第三栏和第四栏标准的选项。查阅表2时，ET乘积计算如下：

　　ET = （1000 × VIN）/fsw

　　式中，ET为计算的乘积，基于电路要求。

　　VIN为输入电压，单位为V。

　　fsw为最小输入时钟频率，单位为kHz；如果使用内部振荡器，则为510kHz。

　　表2中，暂定匝数比（TR）定义为所要求的输出电压与输入电压之比。

 

　　最后，利用 MAX13256通用变压器电子表格进行验证。