美信案例：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

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

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