Electrónica: Oceanside (MAXREFDES9 #): 3,3 V a 15V de entrada, ± 15 V (± 12V) salida, fuente de alimentación aislada

REFERENCIA DISEÑO 5509

Oceanside (MAXREFDES9 #): 3,3 V a 15V de entrada, ± 15 V (± 12V) salida, fuente de alimentación aislada

25 de octubre 2012

Resumen: Este documento detalla el Oceanside (MAXREFDES9 #) diseño de referencia subsistema, una entrada de 3.3V a 15V, ± 15V (± 12V) salida, fuente de alimentación aislada. El diseño Oceanside incluye una alta eficiencia step-up controlador, un 36V H-puente conductor transformador de suministros aislados, un amplio rango de entrada y de salida ajustable de baja deserción regulador lineal (LDO). Resultados de las pruebas y archivos de hardware están incluidos.

Introducción

Alimentación aislada se requiere en muchas aplicaciones tales como aplicaciones industriales y médicas. El diseño usa una etapa de Oceanside-up controlador (MAX668 ), un 36V H-puente transformador conductor ( MAX13256 ), y un par de LDOs ( MAX1659 x2) para crear un ± 15 V (± 12V) salida de la fuente de alimentación aislada a partir de una amplia gama de voltajes de entrada. Esta solución de alimentación propósito general puede ser utilizado en muchos tipos diferentes de aplicaciones de potencia aislados, sino que se destina principalmente para sensores industriales, automatización industrial, control de procesos y aplicaciones médicas.

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Figura 1. El diseño Oceanside subsistema de diagrama de bloques.

Características

Aplicaciones

Alimentación aislada
± 15 V (± 12 V) Salidas
Pequeña placa de circuito impreso (PCB) área
PMod ™ compatible con factor de forma

Sensores industriales
Control del proceso
Automatización industrial
Médico

Descripción detallada de Hardware

El diseño del sistema de referencia Oceanside opera con una potencia de 3,3 V a 15V DC fuente . El MAX668 de alta eficiencia step-up controlador impulsa la entrada de tensión a 16V y se conecta a la entrada del controlador de puente H transformador. Los MAX13256 puente H interruptores conductor transformador de 425kHz y conduce el lado primario de la relación 1:1 vueltas, con el uso de TGMR-501V6LF transformadores de HALO Electronics. Los rectificadores de puente de onda completa convertir las salidas de corriente alterna de las bobinas de los transformadores HALO 'secundarias en salidas de CC. Los reguladores de baja caída (LDO) regular los voltajes de ± 15V. Los diodos Zener (D3 y D4) proteger los LDOs manteniendo sus voltajes de entrada por debajo de 16.5V.

La corriente de salida del controlador de puente H transformador está limitada a 300 mA por el resistor R5 2.2kΩ, que protege la LDO de sobrecorriente. La ecuación siguiente se establece el límite de corriente para el conductor puente H transformador.

R5 (kW) = 650/ILIM (mA)

Tener un controlador paso antes de que el controlador de puente H transformador proporciona a los usuarios la ventaja de no tener que cambiar los transformadores para obtener una relación de vueltas distinto cuando una entrada diferente, la tensión de alimentación se aplica.

La potencia de entrada es seleccionable por JU1. Coloque la derivación en la posición 2-3 para alimentar la placa por una fuente de alimentación externa conectada a los conectores de VIN y GND1. Coloque la derivación en la posición 1-2 a la alimentación de la placa por la PMod J1 Conector compatible.

Para cambiar el voltaje de salida de este diseño de referencia subsistema, basta con cambiar las resistencias de realimentación (R7-R10) de la LDOs (U3 y U4), y también cambiar las resistencias de realimentación (R3 y R4) del controlador de paso-up (U1) .

La tensión de salida de la LDO MAX1659 se establece por la siguiente ecuación:

V _OUT = V _SET × (1 + R7/R9) para U3

V _OUT = V _SET × (1 + R8/R10) para U4

Donde V _SET = 1.21V

La tensión de salida del MAX668 paso hasta el controlador está programado por la siguiente ecuación:

V _OUT = V _SET × (1 + R3/R4)

Donde V _SET = 1,25

Por ejemplo, para la aplicación de salida ± 12V, cambiar R7 y R8 a 90.9kΩ, y cambiar R9 y R10 a 10.2kΩ. La salida de los LDOs se convertirá ± 12V cuando sus entradas (salidas de los transformadores y los rectificadores de onda completa puente) son superiores a 12 V, más el voltaje de deserción escolar. A continuación, cambiar a 100kΩ R3 y R4 a 10.5kΩ para ajustar la salida del controlador de paso de hasta 13.15V (ligeramente mayor que la tensión de 12V más deserción y dos gotas de tensión de diodo del rectificador de puente de onda completa). Es importante no establecer este voltaje demasiado alto que la salida de la LDO, porque la potencia extra se pierde en las OCE y la eficiencia tanto inferior. En aplicaciones que son sensibles a la ondulación de la tensión de salida, un paso bajo LC pi filtro puede ser añadido en frente de la entrada de LDO.

El transformador de aislamiento en este diseño tiene una tensión de aislamiento de 5000V _RMS . Es reconocido por UL 60950 y EN60950 y cae en la categoría "funcional" de aislamiento.

Las mediciones de laboratorio

El diseño Oceanside se probó con dos pares de raíles de tensión de salida: ± 15V y 12V ±. Otros carriles de tensión se puede lograr mediante la modificación de las relaciones de valor de la resistencia de R3/R4, R7/R9, y R8/R10. Cargas iguales en ambos carriles se utilizaron cuando se prueba el diseño de Oceanside. Tabla 1 muestra la carga máxima para diversas configuraciones. La carga máxima se registró cuando la tensión de salida se reduce a menos del 1% de la tensión de salida diseñado. La eficiencia de potencia (como se muestra en las Figuras 2 a 8 ) se calcula con la suma de la potencia de salida en ambos carriles divididos por la potencia de entrada.

Para aplicaciones de carga asimétricas, la carga máxima puede ser mayor para un carril y menos para el otro riel. Para lograr una carga máxima mayor, el usuario puede aumentar la tensión de salida del controlador de paso, pero la eficiencia disminuirá debido a la caída de tensión superior a través de la LDO.

Tabla 1. Carga máxima para las configuraciones de prueba
Voltaje de entrada (V)	Salida de Ferrocarril (V)	Carga máxima (cargas iguales se aplican a ambos carriles) (mA)	Eficiencia con carga máxima (%)
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

Figura 2. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 3,3 V a una salida de ± 15V.

Figura 3. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 5 V a una salida de ± 15V.

Figura 4. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 12 V a una salida de ± 15V.

Figura 5. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 15 V a una salida de ± 15V.

Figura 6. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 3,3 V a una salida de ± 12V.

Figura 7. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 5 V a una salida de ± 12V.

Figura 8. Potencia vs eficiencia de corriente de carga para una entrada de 12V a 12V de salida ±.

El ruido de salida es muy por debajo de 0,5% de las tensiones de salida. El ruido es causado principalmente por los impulsos de conmutación de la MAX13256. Figuras 9 a 16 muestran los scopeshots del ruido para diversas configuraciones. Los ruidos de los rieles negativos son idénticos a los carriles positivos para aplicaciones de cargas simétricas.

La Figura 9. El ruido de VIN = 3,3 V, VOUT = 15V, IOUT = 0 mA.

Figura 10. El ruido de VIN = 3,3 V, VOUT = 15V, 65mA = IOUT = carga máxima.