摘要：本文详细介绍了Lakewood (MAXREFDES7＃)子系统参考设计，从3.3V输入产生±12V (±15V)输出的隔离电源。Lakewood参考设计包括一个3W的原边变压器H桥驱动器，用于隔离电源设计；两路宽输入电压、可调输出的低压差线性稳压器(LDO)。文中给出了测试结果和硬件文件。

概述

Lakewood设计(MAXREFDES7#)采用H桥变压器驱动器(MAX256)和一对低压差线性稳压器LDO (MAX1659×2)，从3.3V输入产生±12V (±15V)输出的隔离电源(图1)。这种通用电源解决方案可以用于多种不同类型的隔离电源设计，但主要针对工业传感器、工业自化、过程控制和医疗设备等应用。



系统框图


图1. Lakewood子系统设计框图。

特性                                    应用
隔离电源                                工业传感器
±12V (±15V)输出                       过程控制
占用较小的印刷电路板(PCB)面积           工业自动化
兼容于Pmod™外形                         医疗器械

硬件详细说明

Lakewood子系统参考设计采用3.3V直流电源供电，MAX256 H桥变压器驱动器以大约475kHz的频率驱动开关，驱动匝数比为1:2.6的变压器原边，这里采用HaloΩ电子公司的TGM-H281NF变压器。变压器副边连接到两路交流整流电压，产生直流输出。两个MAX1659 LDO把电压分别稳定在+12V和-12V。齐纳二极管(D3和D6)保护两个LDO，将输入电压钳制在16.1V以内。

输入电源可从J1的Pmod兼容连接器提供，或将外部电源连接到EXT_ +3.3 V和DGND之间供电。如需改变参考设计的输出电压，只需更改LDO (U2和U3)的反馈电阻(R2-R5)。

MAX1659 LDO的输出电压由下式计算：

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

例如，对于±15V输出的应用，将R2、R4更为187kΩ，将R3、R5更改为16.2kΩ即可。

该电路也可以配置为非对称应用。

在对电压纹波敏感的应用中，可以在LDO输入前面增加低通LC π型滤波器。

本设计提供高达1500V_RMS的隔离变压器，设计通过了UL 60950和EN60950验证，到达“功能性”绝缘等级。

快速入门

所需设备：

Lakewood (MAXREFDES7#)板

3.3V、1A电源

两块数字电压表

测试流程

Lakewood板完全安装并经过测试，按照以下步骤验证电路板功能。

在跳针JU1的1-2位置放置短路器。

将电源正端连接到连接器的EXT_+3.3V。

将电源负端连接到连接器的DGND。

将第一块电压表正端连接到连接器的+12V。

将第一块电压表负端连接到连接器的GND1。

将第二块电压表负端连接到连接器的-12V。

将第一块电压表正端连接到连接器的GND2。

打开电源。

分别使用电压表测量正、负压输出。

实验室测试

对Lakewood设计的±12V和±15V两对电压输出进行测量，通过更改R2、R3、R4和R5电阻获得其它电压输出。设置为±12V输出时，该电路能够提供最大负载电流，每路大约90mA。设置为±15V输出，每路输出约为40mA。

为了更大的负载驱动能力，用户可适当增大输入电源的电压或变压器匝数比。详细信息请参阅MAX256数据手册，电源效率如图2、图3所示。

在非对称电压应用中，可以使一路电压的负载驱动大一些，另一路小一些。



图2. 电源效率与±12V输出负载电流  图3. 电源效率与±15V输出负载电流

输出噪声远低于输出电压的0.5％，噪声主要源于MAX256开关脉冲。

图4和图5分别为12V和15V空载输出时的噪声；图6和图7分别为12V和15V最大负载电流下的输出噪声。

负压输出噪声和正压输出噪声对称。


图4. V_OUT = 12V、I_OUT = 0mA时的输出噪声
图5. V_OUT = 15V、I_OUT = 0mA时的输出噪声

图6. V_OUT = 12V、I_OUT = 90mA时的输出噪声
图7. V_OUT = 15V、I_OUT = 90mA时的输出噪声

所有设计文件
硬件文件
原理图
物料清单(BOM)
PCB布线
PCB光绘
PCB CAD (PADS 9.0)

详见：

原理图：http://china.maximintegrated.com/images/appnotes/5510/MAXREFDES7-schematic-RB.pdf
物料清单(BOM)：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-BOM-RB.pdf
PCB布线：http://china.maximintegrated.com/design/tools/appnotes/5510/MAXREFDES7-layout-RB.pdf
PCB光绘：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