美信案例：確保打印頭電源動(dòng)態(tài)輸出電壓的參考設(shè)計(jì)

引言

該參考設(shè)計(jì)能夠提供可調(diào)節(jié)的高壓輸出，用于打印頭供電。設(shè)計(jì)包括完整的原理圖、材料清單(BOM)、效率測(cè)量及測(cè)試結(jié)果。

打印機(jī)設(shè)計(jì)的基本考慮

打印機(jī)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(jī)溫度過(guò)高，墨跡將容易受到污染；如果溫度過(guò)低，墨跡又會(huì)變得模糊。因此，為了獲得較高的打印質(zhì)量，打印頭的熱管理非常關(guān)鍵。通常需要微控制器調(diào)節(jié)打印速度，保證工作溫度介于兩個(gè)溫度門(mén)限之間，而打印機(jī)馬達(dá)的速度是靠作用在馬達(dá)上的可變直流電壓調(diào)節(jié)的。

參考設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

參考設(shè)計(jì)采用MAX15005電源控制器，能夠?yàn)榇蛴C(jī)馬達(dá)提供動(dòng)態(tài)變化的直流電壓(高達(dá)45V)。微控制器產(chǎn)生的PWM輸出經(jīng)過(guò)RC濾波后連接到MAX15005的SS引腳，通過(guò)改變PWM信號(hào)即可調(diào)節(jié)輸出電壓。打印機(jī)啟動(dòng)時(shí)，馬達(dá)需要較大的勵(lì)磁電流，MAX15005具有打嗝式保護(hù)，在此應(yīng)用中非常理想。MAX15005可以進(jìn)入打嗝模式，限制電源輸出以降低速率，從而保護(hù)所有電路元件。勵(lì)磁結(jié)束后，馬達(dá)將吸收常規(guī)工作電流，轉(zhuǎn)換器進(jìn)入正常工作模式。

規(guī)格和設(shè)計(jì)電路

參考設(shè)計(jì)滿(mǎn)足以下規(guī)格：

輸入電壓：32V至45V

輸出電壓：25V至45V (通過(guò)微控制器由外部調(diào)節(jié))

輸出電流：0至2A

輸出紋波：±0.5V

輸入紋波：±100mV

效率：> 93% (滿(mǎn)負(fù)荷時(shí))

開(kāi)關(guān)頻率：400kHz

圖1所示電路滿(mǎn)足上述規(guī)格，該設(shè)計(jì)中，輸出電壓可能低于或高于輸入電壓，MAX15005配置為SEPIC架構(gòu)。

圖1. MAX15005A SEPIC轉(zhuǎn)換器原理圖，F(xiàn)SW = 400kHz

表1列出了參考設(shè)計(jì)的材料清單(BOM)。

表1. 打印頭電源BOM

效率曲線(xiàn)

效率與負(fù)載電流的關(guān)系曲線(xiàn)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(fù)載電流與轉(zhuǎn)換器效率，VOUT = 25V

圖3. 負(fù)載電流與轉(zhuǎn)換器效率，VOUT = 45V

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

不同輸入激勵(lì)時(shí)，轉(zhuǎn)換器輸出電壓與負(fù)載電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示。

測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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