确保打印头电源动态输出电压的参考设计
引言
该参考设计能够提供可调节的高压输出，用于打印头供电。设计包括完整的原理图、材料清单(BOM)、效率测量及测试结果。
打印机设计的基本考虑
打印机速度的提高使得打印头消耗的功率增大，打印头温度提升。如果打印机温度过高，墨迹将容易受到污染；如果温度过低，墨迹又会变得模糊。因此，为了获得较高的打印质量，打印头的热管理非常关键。通常需要微控制器调节打印速度，保证工作温度介于两个温度门限之间，而打印机马达的速度是靠作用在马达上的可变直流电压调节的。
参考设计简介
参考设计采用MAX15005电源控制器，能够为打印机马达提供动态变化的直流电压(高达45V)。微控制器产生的PWM输出经过RC滤波后连接到MAX15005的SS引脚，通过改变PWM信号即可调节输出电压。打印机启动时，马达需要较大的励磁电流，MAX15005具有打嗝式保护，在此应用中非常理想。MAX15005可以进入打嗝模式，限制电源输出以降低速率，从而保护所有电路元件。励磁结束后，马达将吸收常规工作电流，转换器进入正常工作模式。
规格和设计电路
参考设计满足以下规格：
- 输入电压：32V至45V
- 输出电压：25V至45V (通过微控制器由外部调节)
- 输出电流：0至2A
- 输出纹波：±0.5V
- 输入纹波：±100mV
- 效率：> 93% (满负荷时)
- 开关频率：400kHz
详情介绍
引言
该参考设计能够提供可调节的高压输出，用于打印头供电。设计包括完整的原理图、材料清单(BOM)、效率测量及测试结果。
打印机设计的基本考虑
打印机速度的提高使得打印头消耗的功率增大，打印头温度提升。如果打印机温度过高，墨迹将容易受到污染；如果温度过低，墨迹又会变得模糊。因此，为了获得较高的打印质量，打印头的热管理非常关键。通常需要微控制器调节打印速度，保证工作温度介于两个温度门限之间，而打印机马达的速度是靠作用在马达上的可变直流电压调节的。
参考设计简介
参考设计采用MAX15005电源控制器，能够为打印机马达提供动态变化的直流电压(高达45V)。微控制器产生的PWM输出经过RC滤波后连接到MAX15005的SS引脚，通过改变PWM信号即可调节输出电压。打印机启动时，马达需要较大的励磁电流，MAX15005具有打嗝式保护，在此应用中非常理想。MAX15005可以进入打嗝模式，限制电源输出以降低速率，从而保护所有电路元件。励磁结束后，马达将吸收常规工作电流，转换器进入正常工作模式。
规格和设计电路
参考设计满足以下规格：
- 输入电压：32V至45V
- 输出电压：25V至45V (通过微控制器由外部调节)
- 输出电流：0至2A
- 输出纹波：±0.5V
- 输入纹波：±100mV
- 效率：> 93% (满负荷时)
- 开关频率：400kHz
图1所示电路满足上述规格，该设计中，输出电压可能低于或高于输入电压，MAX15005配置为SEPIC架构。
图1. MAX15005A SEPIC转换器原理图，FSW = 400kHz。
表1列出了参考设计的材料清单(BOM)。
表1. 打印头电源BOM
| Designator | Description | Comment | Footprint | Manufacturer | Quantity | Value |
|---|---|---|---|---|---|---|
| C1, C6 | Electrolytic capacitor | EEVFK1H331Q | 12.5mm x 13.5mm | Panasonic® | 2 | 330µF/50V |
| C2, C4, C5, C7, C8, C9 | Capacitor | GRM32ER71H475KA88L | 1210 | Murata® | 6 | 4.7µF/50V |
| C3 | Capacitor | GRM31MR71H105KA88L | 1206 | Murata | 1 | 1µF/50V |
| C10, C12 | Capacitor | GRM188R71C105KA12D | 603 | Murata | 2 | 1µF/16V |
| C11 | Capacitor | GRM1885C1H181JA01D | 603 | Murata | 1 | 180pF |
| C13 | Capacitor | GRM1885C1H101JA01D | 603 | Murata | 1 | 100pF |
| C14 | Capacitor | GRM1885C1H271JA01D | 603 | Murata | 1 | 270pF |
| C15 | Capacitor | GRM188R71E474KA12D | 603 | Murata | 1 | 0.47µF |
| C16 | Capacitor | GRM188R71H102KA01D | 603 | Murata | 1 | 1000pF |
| C17 | Capacitor | GRM188R71H104KA93D | 603 | Murata | 1 | 100nF |
| C18 | Capacitor | GRM1885C1H331JA01D | 603 | Murata | 1 | 330pF |
| D1 | Zener diode | MMSZ10T1 | SOD-123 | ON Semiconductor® | 1 | 10V, 500mW Zener |
| D2 | Schottky rectifier | FEPB6BT | D²PAK | Vishay® | 1 | 100V/6A Schottky |
| L1, L2 | Inductor | D05040H-683MLD | D05040 | Coil Craft | 2 | 68µH |
| Q1, Q2 | n-Channel MOSFET | HUF76609D3S | DPAK | Fairchild Semiconductor® | 2 | 100V/10A MOSFET |
| R1 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 475kΩ |
| R2 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 20kΩ |
| R3 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 100kΩ |
| R4 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 2.61kΩ |
| R5 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 2.2Ω |
| R6 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 1kΩ |
| R7 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 7.87kΩ |
| R8, R9 | Resistor | LRCLR201001R075F | 2010 | IRC | 2 | 0.075Ω/1W |
| R10 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 774.8Ω |
| R11 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 15kΩ |
| R12 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 5kΩ |
| R13 | Resistor | ERJ-1TYJ5R0 | 2512 | Panasonic | 1 | 5Ω/1W |
| R14 | Resistor | SMD 1% Resistor | 603 | Vishay | 1 | 10Ω |
| U1 | PWM controller | MAX15005A | TSSOP-16-EP | Maxim® | 1 | – |
效率曲线
效率与负载电流的关系曲线如图2和图3所示，图2和图3的输出电压分别为：VOUT = 25V和VOUT = 45V。
图2. 负载电流与转换器效率，VOUT = 25V。
图3. 负载电流与转换器效率，VOUT = 45V。
实验结果
不同输入激励时，转换器输出电压与负载电流的对应关系如下图所示。
测试条件：VIN = 45V和VOUT = 45V。
Ch1：输出电压；Ch2：输入电压；Ch3：MOSFET漏极电压；Ch4：输出电流。
测试条件：VIN = 32V和VOUT = 45V。
Ch1：输出电压；Ch2：输入电压；Ch3：MOSFET栅极电压；Ch4：输出电流。
测试条件：VIN = 45V和VOUT = 45V。
Ch1：输出电压；Ch2：输入电压；Ch3：MOSFET栅极电压；Ch4：输出电流。
测试条件：VIN = 45V和VOUT = 25V。
Ch1：输出电压；Ch2：输入电压；Ch3：MOSFET栅极电压；Ch4：输出电流。