美信案例：確保打印頭電源動態輸出電壓的參考設計

引言

該參考設計能夠提供可調節的高壓輸出，用于打印頭供電。設計包括完整的原理圖、材料清單(BOM)、效率測量及測試結果。

打印機設計的基本考慮

打印機速度的提高使得打印頭消耗的功率增大，打印頭溫度提升。如果打印機溫度過高，墨跡將容易受到污染；如果溫度過低，墨跡又會變得模糊。因此，為了獲得較高的打印質量，打印頭的熱管理非常關鍵。通常需要微控制器調節打印速度，保證工作溫度介于兩個溫度門限之間，而打印機馬達的速度是靠作用在馬達上的可變直流電壓調節的。

參考設計簡介

參考設計采用MAX15005電源控制器，能夠為打印機馬達提供動態變化的直流電壓(高達45V)。微控制器產生的PWM輸出經過RC濾波后連接到MAX15005的SS引腳，通過改變PWM信號即可調節輸出電壓。打印機啟動時，馬達需要較大的勵磁電流，MAX15005具有打嗝式保護，在此應用中非常理想。MAX15005可以進入打嗝模式，限制電源輸出以降低速率，從而保護所有電路元件。勵磁結束后，馬達將吸收常規工作電流，轉換器進入正常工作模式。

規格和設計電路

參考設計滿足以下規格：

輸入電壓：32V至45V

輸出電壓：25V至45V (通過微控制器由外部調節)

輸出電流：0至2A

輸出紋波：±0.5V

輸入紋波：±100mV

效率：> 93% (滿負荷時)

開關頻率：400kHz

圖1所示電路滿足上述規格，該設計中，輸出電壓可能低于或高于輸入電壓，MAX15005配置為SEPIC架構。

圖1. MAX15005A SEPIC轉換器原理圖，FSW = 400kHz

表1列出了參考設計的材料清單(BOM)。

表1. 打印頭電源BOM

效率曲線

效率與負載電流的關系曲線如圖2和圖3所示，圖2和圖3的輸出電壓分別為：VOUT = 25V和VOUT = 45V。

圖2. 負載電流與轉換器效率，VOUT = 25V

圖3. 負載電流與轉換器效率，VOUT = 45V

實驗結果

不同輸入激勵時，轉換器輸出電壓與負載電流的對應關系如下圖所示。

測試條件：VIN = 45V和VOUT = 45V。

Ch1：輸出電壓；Ch2：輸入電壓；Ch3：MOSFET漏極電壓；Ch4：輸出電流

測試條件：VIN = 32V和VOUT = 45V。

Ch1：輸出電壓；Ch2：輸入電壓；Ch3：MOSFET柵極電壓；Ch4：輸出電流

測試條件：VIN = 45V和VOUT = 45V。

Ch1：輸出電壓；Ch2：輸入電壓；Ch3：MOSFET柵極電壓；Ch4：輸出電流。

測試條件：VIN = 45V和VOUT = 25V。

Ch1：輸出電壓；Ch2：輸入電壓；Ch3：MOSFET柵極電壓；Ch4：輸出電流