探索MAXREFDES111#：高效隔离式24V转5V 2W反激电源设计

在工业电源设计领域，高效、可靠且紧凑的电源解决方案一直是工程师们追求的目标。今天，我们就来深入探讨Maxim推出的MAXREFDES111#——一款隔离式24V转5V 2W反激电源。

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一、设计概述

Maxim的电源专家精心设计并打造了一系列隔离式工业电源参考设计，每个电源都能高效地将24V转换为不同功率水平的可用电压轨。MAXREFDES111#就是其中的佼佼者，它采用高效的反激拓扑结构，输入为24V，输出为5V，功率达2W（0.4A）。整个电路集成在一块36mm x 20mm（1.4in x 0.8in）的电路板上，非常紧凑。该设计采用了MAX17498B峰值电流模式转换器，内置n沟道MOSFET开关。

二、特性亮点

2.1 功能绝缘

提供可靠的电气隔离，确保系统安全稳定运行，适用于对电气隔离要求较高的工业环境。

2.2 紧凑灵活

小巧的电路板尺寸使其可以轻松集成到各种系统中，满足不同应用场景的需求。

2.3 最少外部组件

减少了外部元件的使用，降低了设计复杂度和成本，同时提高了系统的可靠性。

2.4 恶劣工业环境下强劲运行

能够在复杂的工业环境中稳定工作，具备较强的抗干扰能力。

2.5 5V 400mA输出及20%过流范围

可提供稳定的5V电压输出，并且具备一定的过流能力，满足实际应用中的波动需求。

2.6 ±5%输出精度

保证了输出电压的准确性，为后续电路提供稳定的电源。

三、应用场景

MAXREFDES111#适用于多种应用场景，包括工业控制与自动化、过程控制、可编程逻辑控制器（PLC）、电信和数据通信电源等。这些领域对电源的稳定性和可靠性要求较高，而MAXREFDES111#正好能够满足这些需求。

四、详细设计解析

4.1 变压器选择

在隔离电源设计中，变压器的选择往往是最困难的一步。MAXREFDES111#设计中，已经对多种变压器（如Wurth Electronics 750315847、HanRun HR041087和Sumida 06343 - T588）进行了验证，简化了变压器的选择过程。模块底部的通孔引脚方便将该电源转换器快速集成到主系统中。

4.2 MAX17498B控制器

MAX17498B是一款用于宽输入电压反激和升压调节器设计的峰值电流模式控制器。该参考设计在18V至36V的输入电压范围内工作，可提供高达400mA（加上20%的余量）的5V输出。它采用内部n沟道MOSFET实现开关和内部电流检测，用于电流模式控制和反激转换器的过流保护。同时，该器件集成了灵活的误差放大器和精确的参考电压，可调节正负输出。固定开关频率为500kHz。

4.3 输入欠压锁定和过压保护

输入欠压锁定（EN/UVLO）用于编程输入电源启动电压（设计中设置为18V），并确保在电源故障时正常工作。EN/UVLO输入还可用于打开/关闭IC。过压输入（OVI）保护方案可确保当输入电源超过其最大允许值（设计中设置为36V）时，控制器关闭。

4.4 软启动和保护机制

连接到SS引脚的电容用于编程软启动周期，从而减少启动期间的输入浪涌电流。同时，提供打嗝模式过流保护和热关断功能，以最小化过流和过热故障条件下的功耗。

4.5 详细电路描述

MAXREFDES111#参考设计包含了设计18V至36V宽输入、5V/2W输出隔离反激式转换器电源所需的所有控制电路和电气元件。反激式DC - DC转换器以固定的500kHz工作频率运行，效率高达79%。通过MAX14798B的内部MOSFET开关实现逐周期的初级侧电流限制保护。RCD缓冲网络（R1、C3和D1）用于最小化泄漏、能量振铃，并钳位LX输入处的电压。表面贴装变压器为输出提供高达+1500V的电气隔离。

五、启动电压和输入过压保护设置

MAX14798B的EN/UVLO引脚既作为使能/禁用输入，又作为精确可编程的输入欠压锁定引脚。只有当EN/UVLO引脚电压超过1.23V（典型值）时，设备才会开始启动操作；当电压低于1.17V（典型值）时，设备关闭。可以使用从输入直流总线到地的电阻分压器将输入直流电压的一部分分压并施加到EN/UVLO引脚。通过修改电阻分压器，可以实现输入过压保护。当OVI引脚电压超过1.23V（典型值）时，设备停止开关操作；只有当OVI引脚电压低于1.17V（典型值）时，才会恢复开关操作。

六、电流限制

IC通过监测进入MAX17498B的LX输入的峰值电流来实现变压器初级侧的电流限制。电阻R6将电流限制设置为1.3A。当峰值电流达到电流限制时，IC关闭其内部开关。如果需要将峰值电流限制重新配置为不同的值，可以使用公式(R6 = 50 × I{PEAK})（其中(I{PEAK})单位为A，R6单位为k）来选择新的R6电阻。

七、快速启动步骤

7.1 所需设备

• MAXREFDES111#电路板
• 一个24V直流电源
• 一个电子负载
• 一个电压表
• 一个电流表

7.2 操作步骤

1. 关闭电源。
2. 将电源的正极端子连接到MAXREFDES111#电路板的(V_{IN})引脚。
3. 将电源的负极端子连接到MAXREFDES111#电路板的GND引脚。
4. 将MAXREFDES111#电路板的(V_{OUT})连接器连接到电子负载的正极端子。
5. 将电子负载的负极端子连接到电流表的正极端子。
6. 将电流表的负极端子连接到MAXREFDES111#电路板的GNDO连接器。
7. 将电压表跨接在MAXREFDES111#电路板的VOUT和GNDO连接器上。
8. 打开电源。
9. 将电子负载设置为0mA至600mA之间的恒定电流。
10. 验证电压表读数是否为5V ±0.25V。

八、实验室测量结果

8.1 功率效率与负载电流关系

通过实验测量得到了不同输入电压下功率效率与负载电流的关系曲线。从曲线中可以看出，在不同输入电压下，随着负载电流的增加，功率效率呈现出一定的变化趋势。

8.2 输出纹波和负载瞬态响应

在输入为24V时，满载情况下输出纹波（纹波 + 尖峰）为(50 mV_{P - P})。当负载从5mA跃变到200mA再回到5mA时，输出瞬态尖峰约为200mV；当负载从200mA跃变到500mA再回到200mA时，瞬态电压约为200mV。这些数据表明该电源在负载变化时具有较好的动态响应能力。

九、设计资源与订购信息

9.1 设计文件

可以下载所有设计文件，包括原理图、物料清单（BOM）、PCB布局、制造封装和PCB CAD文件等，方便工程师进行进一步的设计和开发。

9.2 订购信息

提供了不同版本（MAXREFDES111A#、MAXREFDES111B#、MAXREFDES111C#）的订购信息，价格为预算价格，部分零件需要报价。

MAXREFDES111#以其高效、紧凑、可靠的特点，为工业电源设计提供了一个优秀的解决方案。无论是在设计的便利性还是性能表现上，都具有很大的优势。各位工程师在实际应用中，不妨考虑使用这款电源参考设计，相信它会给你的项目带来意想不到的效果。你在电源设计中遇到过哪些难题呢？欢迎在评论区分享交流。