개요: 이 글에서는 프린터 전원 관리에 중요한 일부 설계 파라미터에 대해 설명한다. 기준 설계는 MAX15005 전원 컨트롤러를 SEPIC 회로로 사용하여 프린트 헤드 전원을 위한 높은 가변 출력 전압을 구현하는 방법을 보여준다. 또한 회로도, BOM, 테스트 측정 및 결과가 제공된다.
머리말
이 기준 설계는 프린터 헤드 전원을 위한 높은 가변 출력 전압을 구현하는 솔루션이다. 이 설계에는 완벽한 회로도, BOM, 효율 측정 및 테스트 결과가 포함된다.
프린터 설계의 기본 원리
프린터 속도가 증가함에 따라 프린트 헤드의 전력 소비와 온도가 높아지고 있다. 프린터의 온도가 너무 높으면 잉크가 번지고, 온도가 낮으면 읽기가 어렵다. 따라서 프린트 헤드의 열 관리는 고품질 인쇄를 위한 핵심 요소이다. 인쇄 속도를 조정하고 이들 두 제한 간의 동작 온도를 유지하기 위해서는 마이크로컨트롤러가 필요하다. 프린터의 모터 속도는 가변 DC 전압을 인가하여 조정된다.
기준 설계 개요
이 기준 설계는 MAX15005 전원 컨트롤러를 사용하며 프린터 모터에 동적 DC 전압(최대 45V)을 제공한다. 출력 전압은 RC 필터를 통해 마이크로컨트롤러로부터 PWM 신호를 MAX15005의 SS 핀에 인가하여 조정할 수 있다. 시동 시 프린터 모터는 더 많은 전류를 소비하여 필드를 자기화한다. MAX15005A는 히컵 모드 보호 기능을 제공하기 때문에 특히 유용하다. MAX15005는 히컵 모드로 전환하여 감소된 속도로 전력을 제공할 수 있으므로 모든 회로 부품을 보호한다. 자기화가 완료되면 모터는 정상 전류를 소비하고 컨버터는 레귤레이션 모드에서 동작한다.
규격 및 설계 구성
기준 설계는 다음의 규격을 만족한다.
입력 전압: 32V ~ 45V
출력 전압: 25V ~ 45V (마이크로컨트롤러로부터 외부에서 조정)
출력 전류: 0 ~ 2A
출력 리플: ±0.5V
입력 리플: ±100mV
효율: 완전 부하 시 93% 이상
스위칭 주파수: 400kHz
위 규격의 회로도는 그림 1에 나와 있다. 이 설계에서 MAX15005는 출력이 입력 전압 미만 또는 이상일 때 SEPIC 구성으로 사용된다.
그림 1. FSW = 400kHz를 제공하는 MAX15005A SEPIC 컨버터 회로도
이 기준 설계의 BOM은 표 1에 제공된다.
표 1. 프린트 헤드 전원을 위한 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
–
효율 곡선
효율 VS 부하 전류 곡선은 그림 2와 3에 나와 있다. 입력 전압은 그림 2에서 VOUT = 25V이고 그림 3에서는 VOUT = 45V이다.
그림 2. VOUT = 25V에서 부하 전류 vs. 컨버터 효율
그림 3. VOUT = 45V에서 부하 전류 vs. 컨버터 효율
실험 결과
컨버터 출력 전압과 부하 전류는 다른 입력 여기에 대해 다음 그림에 나와있다.
테스트 조건: VIN = 45V 및 VOUT = 45V.
Ch1: 출력 전압, Ch2: 입력 전압, Ch3: MOSFET 드레인 전압, Ch4: 출력 전류
테스트 조건: VIN = 32V 및 VOUT = 45V.
Ch1: 출력 전압, Ch2: 입력 전압, Ch3: MOSFET 게이트 전압, Ch4: 출력 전류
테스트 조건: VIN = 45V 및 VOUT = 45V.
Ch1: 출력 전압, Ch2: 입력 전압, Ch3: MOSFET 게이트 전압, Ch4: 출력 전류
테스트 조건: VIN = 45V 및 VOUT = 25V.
Ch1: 출력 전압, Ch2: 입력 전압, Ch3: MOSFET 게이트 전압, Ch4: 출력 전류
Fairchild는 Fairchild Semiconductor Corporation의 등록상표이다.
Maxim은 Maxim Integrated Products, Inc.의 등록상표이다.
Murata는 Murata Manufacturing Co., Ltd.의 등록상표이다.
ON Semiconductor는 Semiconductor Components Industries, LLC.의 등록된 서비스 마크이다.
Panasonic은 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.의 등록상표이다.
Vishay는 Vishay Intertechnology, Inc.의 등록상표이다.
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