摘要：本文给出了打印机电源管理的一些重要设计参数。所提供的参考设计给出了利用MAX15005电源控制器构建SEPIC电路的解决方案，能够为打印头提供较大动态范围的供电电源。文中给出了电路原理图、材料清单(BOM)、测试测量电路和结果。
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。
Fairchild是Fairchild Semiconductor的注册商标。
Maxim是Maxim Integrated Products, Inc.的注册商标。
Murata是Murata Manufacturing Co., Ltd.的注册商标。
On Semiconductor是Semiconductor Components Industries, LLC的注册商标。
Panasonic是Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.的注册商标。
Vishay是Vishay Intertechnology, Inc.的注册商标。
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