电源技巧＃9：3.3V至15V输入，±15V(±12V)输出，隔离电源

电源

介绍

Oceanside设计（MAXREFDES9＃）采用升压控制器（MAX668），36V H桥变压器驱动器（MAX13256）和一对低压差（LDO）线性稳压器（MAX1659 x2），产生±15V（±） 12V）输出来自各种输入电压的隔离电源。该通用电源解决方案可用于许多不同类型的隔离电源应用，但主要用于工业传感器，工业自动化，过程控制和医疗应用。

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图1. Oceanside子系统设计框图。

特征	应用
孤立的力量 ±15V（±12V）输出小印刷电路板（PCB）区域 Pmod ™兼容的外形	工业传感器过程控制工业自动化医

硬件详细说明
Oceanside子系统参考设计采用3.3V至15V DC电源供电。MAX668是一款高效率升压控制器，可将输入电压提升至16V，并连接至H桥变压器驱动器的输入端。该MAX13256 H桥变压器驱动器的开关频率为425kHz，并驱动的1的初级侧：1的匝数比，在使用TGMR-501V6LF变压器从晕®电子。全波桥式整流器将Halo变压器的次级线圈的AC输出转换为DC输出。LDO将电压调节至±15V。齐纳二极管（D3和D4）通过将输入电压保持在16.5V以下来保护LDO。
H桥变压器驱动器的输出电流通过R52.2kΩ电阻限制在300mA，从而保护LDO免受过流影响。以下公式设置H桥变压器驱动器的电流限制。
R5（kΩ）= 650 / ILIM（mA）
在H桥变压器驱动器之前具有升压控制器使用户能够在施加不同的输入电源电压时不需要改变变压器以获得不同的匝数比。
输入功率可由JU1选择。将分流器放置在2-3位置，通过连接到VIN和GND1连接器的外部电源为电路板供电。将分流器放置在1-2位置，通过J1 Pmod兼容连接器为电路板供电。
要更改此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），并更改升压控制器（U1）的反馈电阻（R3和R4）。
MAX1659 LDO的输出电压由以下公式设定：
U OUT的 V OUT = V SET ×（1 + R7 / R9）
U OUT的 V OUT = V SET ×（1 + R8 / R10）
其中V SET = 1.21V
MAX668升压控制器的输出电压由以下公式设定：
V OUT = V SET ×（1 + R3 / R4）
其中V SET = 1.25
例如，对于±12V输出应用，将R7和R8更改为90.9kΩ，并将R9和R10更改为10.2kΩ。当输入（变压器和全波桥式整流器的输出）高于12V加上压差时，LDO的输出变为±12V。接下来，将R3更改为100kΩ，将R4更改为10.5kΩ，将升压控制器的输出设置为13.15V（略高于12V加上压差电压和全波桥式整流器的两个二极管压降）。重要的是不要将此电压设置得比LDO的输出高得多，因为LDO中的额外功率会丢失，因此效率会降低。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 pi滤波器。
本设计中的隔离变压器具有5000V RMS的隔离电压。它被UL 60950和EN 60950认可，属于“功能”绝缘等级。
快速开始
所需设备：

3.3V至15V电源
两个数字电压表

程序

Oceanside板完全组装和测试。请按照以下步骤验证电路板操作。

将分流器JU1上的短路器置于1-2位置。
将电源正极连接到VIN连接器。
将电源的负极连接到GND1连接器。
将第一个电压表的正极连接到+ 15V连接器。
将第一个电压表的负极连接到GND2连接器。
将第二个电压表的正极连接到-15V连接器。
将第二个电压表的负极连接到GND2连接器。
打开电源。
使用相应的电压表测量相应的正负输出电压。

实验室测量
Oceanside设计通过两对输出电压轨进行测试：±15V和±12V。通过修改R3 / R4，R7 / R9和R8 / R10的电阻值比，可以实现其他电压轨。在测试Oceanside设计时，使用两个轨道上的相同负载。表1显示了各种设置的最大负载。当输出电压降至比设计输出电压低1％时，记录最大负载。功率效率（如图2至图8所示）是通过两个轨道上的输出功率之和除以输入功率来计算的。
对于非对称负载应用，一个轨道的最大负载可以更大，而另一个轨道的最大负载可以更小。为了获得更大的最大负载，用户可以增加升压控制器的输出电压，但由于LDO上的压降较高，效率会降低。

表1.测试设置的最大负载
输入电压（V）	输出轨（V）	最大负载（两条导轨均等负载）（mA）	最大负载效率（％）
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

图2. 3.3V输入至±15V输出的功率效率与电流负载的关系。	图3. 5V输入至±15V输出的电源效率与电流负载。
图4. 12V输入到±15V输出的功率效率与电流负载的关系。	图5. 15V输入至±15V输出的功率效率与电流负载的关系。
图6. 3.3V输入到±12V输出的功率效率与电流负载的关系。	图7. 5V输入到±12V输出的功率效率与电流负载的关系。
图8. 12V输入到±12V输出的电源效率与电流负载的关系。

输出噪声远低于输出电压的0.5％。噪声主要由MAX13256的开关脉冲引起。图9至图16显示了各种设置的噪声范围。对于负对称负载应用，负轨上的噪声与正轨上的噪声相同。

图9. VIN的噪声= 3.3V，VOUT = 15V，IOUT = 0mA。	图10. VIN的噪声= 3.3V，VOUT = 15V，IOUT = 65mA =最大负载。
图11. VIN的噪声= 15V，VOUT = 15V，IOUT = 0mA。	图12. VIN的噪声= 15V，VOUT = 15V，IOUT = 90mA =最大负载。
图13. VIN的噪声= 3.3V，VOUT = 12V，IOUT = 0mA。	图14. VIN的噪声= 3.3V，VOUT = 12V，IOUT = 75mA =最大负载。
图15. VIN的噪声= 12V，VOUT = 12V，IOUT = 0mA。	图16. VIN的噪声= 12V，VOUT = 12V，IOUT = 100mA =最大负载。