MAX13256為10 W變壓器驅動器，是跨越隔離邊界傳輸功率的改進方式。與所有變壓器驅動器一樣，良好的系統性能需要良好的變壓器規格。雖然許多變壓器都可以與MAX13256配合使用，但并非所有變壓器數據資料都考慮到了變壓器驅動器的應用。本應用筆記討論如何指定滿足應用需求的變壓器。

介紹

MAX13256為小型、高性能變壓器驅動器，理想用于工業或醫療環境中的隔離供電。MAX13256為非穩壓DC-DC電路元件，即無反饋控制次級電壓。因此，MAX13256在不需要嚴格穩壓的二次電源應用中特別有吸引力。即使要求良好的穩壓，MAX13256與后置穩壓器配合使用仍然是具有成本競爭力的方案。

那么如何設置輸出電壓呢？與穩壓DC-DC架構不同，MAX13256始終以50%占空比方波驅動變壓器。因此，輸出電壓取決于變壓器繞組的匝數比。因此，必須注意為每個應用選擇或指定合適的變壓器。

找到合適的變壓器非常簡單，只需選擇MAX13256的現有產品，或在通用變壓器目錄中搜索合適的產品即可。此外，變壓器供應商將制造定制設計，有時很少或沒有非重復性工程（NRE），并且周轉時間快，因此，如果其中一個標準產品不能滿足您的需求，您可以指定自己的產品。許多變壓器供應商接受高規格。對于那些需要幫助的供應商，您還將學習如何為他們提供基本設計。

受變壓器規格影響的重要參數

在檢查變壓器是否滿足您最重要的隔離需求后，其他因素也會發揮作用。變壓器規格影響：

MAX13256的功耗：受磁芯損耗和磁化電感的影響

變壓器中的功率耗散：受鐵芯損耗、初級電阻、磁化電感和次級電阻的影響

輸出電壓：受初級電阻和次級電阻影響

峰值輸出電流：受磁芯損耗和磁化電感影響

為MAX13256選擇現有產品

通常，現有產品足夠接近以滿足應用程序的需求。這是一個很好的方法，因為已經為您考慮了許多因素。已知變壓器在額定溫度范圍內提供額定電流。

如果變壓器數據資料指定了MAX13256的兼容性，則檢查數據資料，確保滿足以下要求：

隔離級別

溫度范圍

輸出負載電流

然后，使用“MAX13256專用變壓器”電子表格進行進一步驗證。盡管這樣做可能很誘人，但請避免超過規格。例如，超過輸出電流規格可能導致變壓器或MAX13256過熱。

對于變壓器驅動器電路，重要的是始終在工作臺上進行原型設計，并驗證在各種負載和過溫下的運行情況。在分析中包括所有因素是不切實際的。將分析視為創建初始設計的一種手段，并期望根據基準驗證對設計進行輕微修改。

使用“MAX13256專用變壓器”電子表格

專為與MAX13256配合使用而設計的變壓器可提供溫度范圍、隔離電平、ET積（有時稱為ET常數）、最大次級（輸出）電流以及初級和次級電阻。通常不存在磁芯損耗和磁化電感。

使用這些參數，可以創建一個好的設計。可以驗證重要的設計參數。但是，如果需要總功耗或效率，則必須通過對原型進行的工作臺測量獲得這些功耗或效率。驗證相當于確保ET產品不被違反，并且輸出電壓足以滿足預期的應用。

例如，假設您有一個 26V 電源，需要從中獲取一個隔離的 5V 電源。該電路工作在商用溫度范圍內，需要5kV隔離，并且必須提供0.5A的負載。

搜索會發現一個可能的有吸引力的候選者，TGMR-502V6LF1.隔離充分，變壓器的溫度范圍和輸出負載能力超過要求。讓我們使用電子表格驗證其他參數。圖1所示為第一部分“來自MAX13256數據資料”中的內容：

圖1.MAX13256特定變壓器示例的數據輸入，MAX13256部分。

電子表格單元C3是MAX13256內部橋式開關導通電阻之和，即數據資料規格R之和哦和 R老.典型值為 1.6？。對于最壞情況分析，請將單元格 C3 更改為 2.5？。電子表格單元格 C4 是最小開關頻率，以千赫茲為單位。如果使用內部振蕩器進行時鐘，則此值為510kHz。對于外部時鐘，請在此處輸入進入CLK引腳的最低頻率。

接下來，在第二部分“來自變壓器數據手冊”中輸入參數，如圖2所示。

圖2.MAX13256特定變壓器的數據輸入示例，變壓器部分。

輸入驅動MAX13256 V的電壓DD固定在電子表格單元格 C7 中。在本例中，它是26V。輸入電池 C8 中的輸出負載電流。根據這個例子，它是0.5A。變壓器規范用于在單元 C9 到 C12 中輸入相應的數據。

圖3.MAX13256次級整流拓撲

兩種常見的次級整流器拓撲如圖3所示。如果次級整流器拓撲為推挽式，則在單元 C11 中輸入兩倍的初級匝數。例如，如果使用TGMR-512V6LF，則使用推挽式整流器，請在單元格C11中輸入“8”，在單元格C12中輸入“1”。

此拓撲也會影響在單元格 C13 中輸入的內容。對于全波整流器，輸出電壓降低兩個二極管壓降，而對于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個二極管壓降。請查閱二極管數據手冊，確定每個二極管的預期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請輸入表1中建議的默認值，然后在選擇特定二極管后替換接近值。

整流器拓撲	二極管技術
	肖特基	硅
推挽式的	0.351	0.7V
全波	0.7V	1.4V

最后，請參閱電子表格的第四部分“計算結果”。Cell C23 計算此應用的最小允許 ET 常數。變壓器規格必須等于或超過此規格。Halo TGMR-502V6LF 變壓器 ET 常數為 60V-μs，超過了電池 C23 中計算的最小值。

電子表格單元C24計算整流器的輸出約為5.4V。如果需要對隔離式5V電源進行良好調節，則使用壓差為0.4V或更低的LDO來調節此輸出。

由于未考慮所有因素，因此在執行最壞情況分析時，應將輸出電壓降低1%至5%。另請注意，對于非常輕的負載，輸出電壓最終可能會遠高于計算值。例如，在MAX13256數據資料第5頁的右下角圖表中可以看到這一點。

如果輕負載輸出電壓是一個問題，請在工作臺上以預期的最小負載進行原型設計并測量輸出電壓。在某些情況下，使用預負載電阻分流輸出會降低輕負載時的輸出電壓。

圖4.MAX13256特定變壓器實例的計算結果

選擇不是專門為MAX13256設計的變壓器

如果沒有專門設計用于MAX13256的標準變壓器怎么辦？然后擴大搜索范圍，查看未特別提及MAX13256的標準變壓器產品。只需掃描幾個參數就可以快速縮短一長串可能的候選者。

首先，從考慮中剔除任何不符合隔離要求的變壓器。接下來，查看匝數比和ET產品。您如何看待這一點取決于任何中心水龍頭的可用性。例如，如果初級有一個中心抽頭，則可以選擇驅動整個繞組，或者只驅動一半的繞組。一側中心抽頭的變壓器提供兩種可能性，同時抽頭初級和次級中心抽頭的變壓器提供四種可能性。

從表 2 中，對于所有適用的可能性，請僅保留同時滿足第三列和第四列條件的可能性。查閱表2時，ET產品的計算公式為：

ET = （1000 × V在）/f西 南部

哪里：

ET 是基于電路要求的計算乘積（以伏特微秒為單位）

V在是輸入電壓，以伏特為單位

f西 南部是最小輸入時鐘頻率（以 kHz 為單位）或 510kHz（如果使用內部振蕩器）

在表2中，暫定匝數比（TR）定義為所需輸出電壓除以輸入電壓。

使用主中心水龍頭？	使用輔助中心水龍頭？	計算的ET產品必須最多	此比率必須超過暫定匝數比率
不	不	變壓器 ET	全次級匝數/全初級匝數
不	是的	變壓器 ET	端對中心抽頭次級匝數/完整初級匝數
是的	不	變壓器ET的一半	全次級匝數/端對中心抽頭初級匝數
是的	是的	變壓器ET的一半	端對中抽頭輔助匝數/端對中心抽頭初級匝數

最后，借助“MAX13256通用變壓器”電子表格驗證應用是否適用。

使用“MAX13256通用變壓器”電子表格

除了已經提到的規格外，許多變壓器數據手冊還包括磁化電感，有時稱為初級電感。這有時也稱為OCL或開路電感，因為它是在繞組上測量的，所有其他繞組都保持開路。

OCL 是一個重要的規范。與Maxim以前的變壓器驅動器不同，MAX13256可限制峰值初級電流，防止過載和短路情況。初級電感使初級電流具有經典的“基座上的斜坡”形狀，如圖5所示。

圖5.初級端的電流波形。

在恒定負載下，變壓器看到平均電流，由提供電力以加熱變壓器鐵芯的組件和向負載輸送電力的組件組成。初級電感導致在此平均電流之上出現電流斜坡。分析必須包括檢查峰值電流是否誤觸發MAX13256保護電路的計算。

讓我們再看一個例子。假設您有一個 12V 電源軌，需要創建一個隔離式 12V、200mA 電源軌，具有 1kV 隔離。搜索會找到一個可能的候選產品，線藝Q4470-CL2.使用“MAX13256通用變壓器”表驗證其他參數。圖 6 顯示了要在第一部分中輸入的內容。

圖6.MAX13256通用變壓器數據錄入示例，MAX13256部分

電子表格單元C3是MAX13256內部橋式開關導通電阻之和，即數據資料規格R之和哦和 R老.典型值為1.6Ω。對于最壞情況分析，將電池C3更改為2.5Ω。電子表格單元格 C4 是最小開關頻率，以千赫茲為單位。如果使用內部振蕩器進行時鐘，則此值為510kHz。對于外部時鐘，請在此處輸入進入CLK引腳的最低頻率。

為了防止過載和短路故障，MAX13256限制提供給變壓器初級的峰值電流。ITH上的電阻器負責設置此限流閾值。除非輸入電流需要更多限制，否則ITH引腳上的電阻應為1kΩ，以保證500mA峰值電流限值。如果ITH電阻設置為高于1kΩ的值，則將編程電流限值輸入電池C5。否則，請使用默認值 0.5A。

接下來，在第二部分“由客戶輸入”中輸入參數，如圖 7 所示。

圖7.MAX13256通用變壓器示例的計算結果

輸入驅動MAX13256 V的電壓DD固定在電子表格單元格 C8 中。在本例中，它是 12V。輸入單元 C9 中的輸出負載電流。根據這個例子，它是0.2A。從變壓器數據手冊中獲取電池 C10 至 C14 的值。盡管變壓器同時具有初級和次級中心抽頭，但這種設計并沒有利用它們。如果使用主中心抽頭，則單元格 C12 中的主匝數條目將減半，即 1.5。同樣，如果在設計中使用了輔助中心抽頭，則單元格 C13 中的值將減半，即 2。

整流器拓撲會影響單元 C15 中輸入的內容。對于全波整流器，輸出電壓降低兩個二極管壓降，而對于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個二極管壓降。請查閱二極管數據手冊，確定每個二極管的預期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請輸入表1中建議的默認值，然后在選擇特定二極管后替換收盤值。

接下來，查閱電子表格的第四部分，即圖 8 中的“計算結果”。

圖8.MAX13256通用變壓器示例的數據輸入，按客戶部分輸入。

Cell C32 計算此應用的最小允許 ET 產物。32V-μs 的變壓器 ET 乘積超過了電池 C32 中所需的最小值 23.5。如果MAX13256驅動器連接到初級端的一端和中心抽頭，變壓器將能夠處理規定規格的一半，即16V-μs。這是不夠的，因此該變壓器不能在此應用中使用中心抽頭。

C33單元計算MAX13256的峰值電流。此值必須低于在單元格 C5 中輸入的值。請注意，單元格 F33 表示“良好”。如果單元格 C33 中的計算證明過高，單元格 F33 表示“PK 電流太高”。

電子表格單元C35計算電路的預期輸出電壓，在本例中約為13.9V。如果需要穩壓良好的12V輸出，則LDO有足夠的壓差裕量。

有關“功耗”信息，請參見圖9。

圖9.MAX13256通用變壓器示例，功耗部分

這些功耗數字是合理的，在制作精良的設計中應該不會造成很少或不會造成麻煩。請注意，變壓器功耗數字包括未知的磁芯損耗，估計為200mW，即電池C16中的值。與MAX13256配合使用的變壓器類型往往遠低于200mW的近似值。這也是為什么在工作臺上檢查電路性能很重要的另一個原因。

為復雜的變壓器供應商指定變壓器

如果您沒有找到合適的標準產品，那么您應該考慮與變壓器供應商聯系以獲取定制產品。

與信譽良好的變壓器供應商合作的最佳方式可能是在設計階段與他們合作。使用“MAX13256通用變壓器”電子表格制定變壓器的暫定規格。

您應該向變壓器供應商提供的“硬”規格是：

隔離級別

ET 常數

輸出電流

匝數比

估計“軟”規格，并期望變壓器供應商建議對這些規格進行一些更改：

調整電池 C14 中的初級電感，直到電池 C20 與 C9 的比率低于 0.3。這表示變壓器應具有的最小初級電感。這往往是最不難滿足的軟規范

估計內核損耗為0.2W。變壓器供應商選擇不同的鐵氧體和不同的磁芯進行調整。變壓器供應商在鐵氧體和磁芯方面的經驗對您來說可能是最有價值的東西。

調整初級和次級電阻，大致與匝數比成比例，直到C39電池的變壓器耗散低于0.75W，C38電池中的MAX13256功耗低于1.0W。這些數字有點保守，因為變壓器供應商經常試圖盡可能接近您為這些提供的任何內容。

將這些規格提供給變壓器供應商以供其審查，然后根據他們的反饋進行調整。除了幫助您進行設計外，變壓器供應商還提供產品制造和測試質量的價值。這尤其有價值，例如，當您需要超過2.5kV的高隔離電平時。

使用“XFMR設計MAX13256”電子表格設計變壓器

如果您希望對電路進行更多控制，可以創建初步變壓器設計供變壓器供應商審查。指定使用的鐵氧體和磁芯，以及線規和每個繞組的匝數。即使您只計劃指定變壓器，創建初步設計也可以深入了解變壓器供應商需要做出的權衡。

例如，為MAX13256設計一個變壓器，采用24V電源供電，提供9V/0.7A和5V/0.4A。該變壓器將有一個初級變壓器和兩個次級變壓器。

第一步是選擇鐵氧體材料。由于大多數設計使用MAX13256的內部振蕩器，因此所選材料應在255kHz至700kHz范圍內正常工作。嘗試使用相對磁導率大于 1000、磁通密度大于 0.25 特斯拉的鐵氧體。參見圖 10。

讓我們試試N49鐵氧體材料3，然后使用數據手冊填寫電子表格的鐵氧體部分。

圖 10.MAX13256變壓器設計電子表格的鐵氧體數據資料部分。

鐵氧體數據手冊上的峰值磁通密度，第 2 頁，符號 BS，在 100°C 時為 400mT，輸入電池 C2。單元 C3 計算降額的最大通量。使用降額磁通量密度作為指導，幫助設置實際磁通量密度。檢查鐵氧體數據手冊第5頁左下角的“相對磁芯損耗與頻率的關系”圖，200mT曲線停止在200kHz。要在300kHz以上的頻率下使用這種材料，磁通密度應限制在100mT或以下。可以嘗試各種通量密度。較高的磁通密度可降低導線損耗，而較低的磁通密度可降低磁芯損耗。

在本例中，選擇在單元格 C4 中輸入的 75mT。從同一圖表中，在500kHz時，100mT時的磁芯損耗約為700 kW/m^3，50mT時約為100 kW/m^3。幾何平均值約為 265，因此在單元 C5 中輸入 350kW/m^3 的磁芯損耗，超出部分是為了考慮可能在 500kHz 以上運行。

第二步是選擇一個核心，在這種情況下，是Ferroxcube EP13?4.鐵氧體是使用的材料，而磁芯是物理形狀。在此數據手冊中，輸入電子表格核心部分中的值，如圖 11 所示。

圖 11.MAX13256變壓器設計電子表格的內核數據資料部分

特定于內核的參數可在內核數據手冊第693頁的左上角找到。這些是橫截面積、有效長度和磁芯的有效體積。窗口區域是允許纏繞電線的空間。對于此EP13內核數據手冊，必須根據數據手冊第693頁的圖1進行計算。窗口區域是核心數據手冊第693頁圖1底部插圖中的非陰影區域之一。

MLT，或Mean Length per T骨灰盒可以在第696頁找到。導線不直接纏繞在磁芯上，而是纏繞在線圈成型器上，線圈成型器確定與繞組相關的參數。

接下來，在電子表格中輸入所需的電壓和電流，如圖12所示。

圖 12.MAX13256變壓器設計電子表格的V和I部分

這些都取自電源電路的設計要求。參見圖 13。

圖 13.MAX13256變壓器設計電子表格的開關頻率和峰值電流輸入

電子表格單元格C22是MAX13256內部橋式開關導通電阻之和，即數據資料規格R哦和 R老.典型值為1.6Ω。對于最壞情況分析，將電池C22更改為2.5Ω。電子表格單元格 C20 是最小開關頻率，單位為千赫茲。如果使用內部振蕩器進行時鐘，則此值為510kHz。對于外部時鐘，請在此處輸入進入CLK引腳的最低頻率。

為了防止過載和短路故障，MAX13256限制提供給變壓器初級的峰值電流。ITH上的電阻器負責設置此限流閾值。除非輸入電流需要更多限制，否則ITH引腳上的電阻應為1kΩ，以保證500mA峰值電流限值。如果ITH電阻設置為高于1kΩ的值，則將編程電流限制輸入電池C23。否則，請使用默認值 0.5A。

隨著初步工作結束，是時候選擇電線和匝數了。這是一個迭代過程。調整匝數和導線尺寸，直到找到有效的變壓器設計。增加匝數可降低磁芯中的峰值磁通量，從而降低磁芯損耗。然而，增加匝數也會迫使使用更小的導線尺寸以適應所提供的空間，從而增加電阻和繞組損耗。

該過程從“MAX13256變壓器設計”電子表格的“用戶輪次”部分開始，如圖14所示。

圖 14.MAX13256變壓器設計電子表格的用戶轉動部分

請注意單元格 C30、C31 和 C32 中的值。這些是所需的最小轉彎數。我們首先將這些值分別輸入到單元格 C35、C36 和 C37 中，如圖 14 所示。單元格 D35、D36 和 D37 應始終指示“良好”。如果其中一個或多個單元格顯示“沒有足夠的轉數”，則必須增加相應的轉數。

我們繼續查看電子表格的“用戶線”部分。

圖 15.MAX13256變壓器設計電子表格的用戶導線部分

根據匝數和繞組允許面積，電子表格建議單元格 C51、C53 和 C55 中的線規。用戶可以調整這些。現在，只需將它們復制到單元格 C59、C60 和 C61 中，如圖 15 所示。如果單元格 D66 指示“過度填充”，則必須向上調整單元格 C59、C60 和 C61 中的條目，直到指示“良好”。

另一個需要注意的警告指示器是電池D86，如果設計在正常工作期間可能使MAX13256過載保護電路跳閘，則指示“PK電流過高”。這要么是因為初級匝數不足，要么是因為您試圖轉換的功率超過MAX13256的能力。由于MAX13256的峰值電流限值為0.5A，輸送的功率必須始終小于電源電壓的一半。例如，采用24V電源時，MAX13256永遠無法提供高達12W的功率。參見圖 16。

圖 16.MAX13256變壓器設計電子表格的輸出電壓部分

兩種常見的次級整流器拓撲如圖3所示。對于全波整流器，輸出電壓降低兩個二極管壓降，而對于推挽整流器，輸出電壓僅降低一個二極管壓降。請查閱二極管數據手冊，確定每個二極管的預期正向偏置壓降。如果尚未選擇二極管，請在C98和C103中輸入表1中建議的默認值，然后在選擇特定二極管后替換更近的值。

請注意單元格 C99 和 C104 中的結果。這些是計算出的輸出電壓。我們得到的不是9V和5V，而是7.6V和4.4V。我們需要增加次級匝數以使這些電壓升高。

調整單元 C36 和 C37 中的實際次級匝數，直到這些電壓輕松超過要求。次級電路有 10 圈和 6 圈，最終得到 9.6V 和 5.4V。但是現在，單元格 D66 表示填充過多。在這種情況下，增加匝數會導致磁芯窗口區域中的導線過多。請注意圖 17 中電子表格中的新建議。

圖 17.新用戶線路建議。

單元格 D35、D36、D37、D66 或 D86 中未顯示警告。對于變壓器，初級變壓器有 22 匝 24 號線，9V 次級有 10 圈 22 號線，5V 次級有 6 圈 24 號線，我們可以預期在 0.7A 時大約為 9.6Vout（電池 C99），在 0.4A 時為 5.4Vout（電池 C104）。

電池 E105、F105 和 G105 估計功耗。在這種情況下，MAX13256耗散約半瓦，變壓器耗散約五分之一瓦，整流二極管耗散約1瓦。

圖 18.MAX13256變壓器設計電子表格的輸出電壓部分修正

最后一步是構建變壓器，在工作臺上對電路進行原型設計，并驗證電路運行是否令人滿意。參見圖 18。

如果您正在考慮使用中心抽頭次級，請使用此電子表格，確保次級匝數和次級線規匹配。

結論

由于匝數比在決定輸出電壓時占有重要地位，因此必須注意找到適合MAX13256設計的變壓器。除了尋找專門設計用于MAX13256的變壓器外，還可以找到滿足您需求的標準產品。如果做不到這一點，可以指定或設計定制變壓器。有了本應用筆記中介紹的基本信息和簡化的設計程序，您就可以快速從概念到實際工作電路，準備在工作臺上進行原型設計和驗證。

審核編輯：郭婷