ADP2450：電路斷路器應用的高效電源管理IC

在電子設備的設計中，電源管理是至關重要的一環，尤其是在電路斷路器和CT供電應用中。ADP2450作為一款專門為這些應用設計的電源管理IC，集成了多種功能，為系統提供了緊湊、可靠的電源和信號調理解決方案。

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一、ADP2450概述

ADP2450集成了帶功率檢測的升壓分流控制器、高效降壓調節器、四個可編程增益放大器、一個低失調運算放大器、一個快速模擬跳閘電路和一個執行器驅動器，采用32引腳LFCSP或48引腳LQFP封裝。這種高集成度使得ADP2450非常適合尺寸受限、對可靠性要求高的系統。

二、關鍵特性與規格

（一）升壓分流控制器與功率檢測

• 輸入電壓范圍：4.5V至36V，能適應較寬的輸入電壓變化。
• 功率檢測：可防止電路出現功率打嗝現象，功率檢測閾值可通過電阻編程設置。
• 反饋調節：FB1調節電壓典型值為1.2V，具有一定的遲滯特性，確保輸出電壓的穩定調節。

（二）降壓調節器

• 輸入輸出特性：輸入電壓范圍4.5V至36V，輸出電壓可調至0.6V，也有3.3V和5V的固定輸出選項，連續輸出電流可達500mA。
• 開關頻率：固定開關頻率為1.2MHz，能提供低輸出紋波電壓，保證系統的穩定性。
• 軟啟動與復位功能：軟啟動時間根據輸出類型有所不同，復位輸出可用于監控輸出電壓，當輸出電壓低于監控閾值時，復位信號拉低，可用于復位微處理器。

（三）可編程增益放大器和模擬跳閘

• 增益可編程：四個低失調、低功耗的可編程增益放大器，通過GAIN0和GAIN1引腳可獲得15種不同的增益設置。
• 模擬跳閘功能：具有快速跳閘響應，可設置高、低模擬跳閘閾值，支持半正弦和雙極正弦輸入信號應用。

（四）運算放大器

用于漏電電流檢測，是一款低失調放大器，能準確檢測電路中的漏電情況。

（五）執行器驅動器

接收來自TRG引腳或模擬跳閘控制電路的輸入信號，為外部晶閘管提供柵極驅動電壓，實現對執行器的控制。

（六）熱關斷保護

當結溫超過150°C時，熱關斷電路會關閉大部分內部模塊，同時將升壓驅動器電壓拉高，具有15°C的遲滯特性，確保系統在高溫時的安全性。

三、工作原理

（一）升壓分流控制器

采用遲滯控制方案調節輸出電壓。當FB1引腳的反饋電壓低于參考電壓時，FET驅動器關閉外部FET，CT電流對輸出電容充電；當輸出電壓上升，FB1引腳的反饋電壓高于上升閾值時，FET驅動器打開外部FET，將CT電流旁路到地。

（二）功率檢測

在啟動時，當VPTH引腳的電壓低于VPTH上升閾值時，功率檢測FET導通，DET引腳拉低；當VPTH引腳的電壓高于上升閾值時，功率檢測FET關閉，DET引腳開路。通過外部電阻可對功率檢測的電壓閾值和遲滯進行編程設置。

（三）降壓調節器

采用電流模式控制方案，具有軟啟動和補償電路。使用模擬電流斜坡電壓進行逐周期電流限制保護，當出現過流情況時，會進入打嗝模式，嘗試重啟。

（四）可編程增益放大器

通過GAIN0和GAIN1引腳設置增益，AVDD引腳為放大器提供電壓，輸出電壓根據輸入電壓、增益和VCOM引腳電壓計算得出。

（五）模擬跳閘電路

監控每個PGA的輸出，當PGA輸出超過模擬跳閘閾值時，觸發模擬跳閘保護。跳閘閾值可通過外部電阻編程設置。

（六）執行器驅動器

接收模擬跳閘控制電路或TRG引腳的信號，為外部晶閘管提供柵極驅動信號。在模擬跳閘保護觸發時，會輸出特定的脈沖信號，控制執行器的動作。

四、應用信息

（一）外部元件選擇

• 升壓分流控制器輸出電容：需根據VOUT1設置和執行器規格選擇合適的電容值，推薦使用聚合物、鉭或鋁電解電容，并并聯1μF至10μF的陶瓷電容以降低ESR。
• 橋式整流器：平均正向整流電流需高于CT二次側的均方根電流，最大直流阻斷電壓需高于升壓分流控制器的輸出電壓，推薦使用低正向電壓的整流二極管。
• 檢測電阻：電阻值需根據系統額定電流、CT變比、PGA增益設置和PGA輸出低電壓確定，同時要確保電阻功率能承受模擬跳閘時的大電流。
• 升壓分流控制器外部MOSFET：建議選擇擊穿電壓至少為升壓分流控制器輸出電壓兩倍、連續漏極電流大于CT二次側均方根電流的MOSFET，且柵源電壓要大于8V，柵極閾值電壓低于8V。
• 升壓分流二極管：選擇肖特基二極管，其峰值電流額定值要大于最大CT二次側電流，峰值反向電壓要大于升壓分流控制器的輸出電壓，且正向電壓要低。
• 降壓調節器輸入電容：推薦使用10μF陶瓷電容，靠近VIN引腳放置，其電壓額定值要大于最大輸入電壓，均方根電流額定值要滿足計算要求。
• 電感：電感值由工作頻率、輸入電壓、輸出電壓和電感紋波電流決定，選擇時需在瞬態響應和效率之間進行平衡，推薦使用屏蔽鐵氧體磁芯材料。
• 降壓調節器輸出電容：根據輸出紋波要求選擇電容值和ESR，電壓額定值要大于輸出電壓，均方根電流額定值要滿足計算要求。

（二）輸出電壓設置

升壓分流控制器和降壓調節器的輸出電壓均通過外部電阻分壓器設置。在設置時，需注意電阻值的計算和FB1、FB2偏置電流對輸出電壓精度的影響。

（三）設計示例

以典型的MCCB設計為例，詳細介紹了外部元件的選擇過程，包括升壓分流輸出電壓設置、輸出電容設置、MOSFET設置、二極管設置、降壓調節器輸出電壓設置、電感設置、輸出電容設置、VPTH電阻分壓器設置、假負載電阻設置、PGA增益設置、檢測電阻設置、模擬跳閘閾值設置和執行器MOSFET設置等。

五、電路板布局建議

在開關電源設計中，電路板布局對系統性能至關重要。對于ADP2450，以下布局規則有助于減少噪聲和干擾：

• 接地平面：使用單獨的模擬接地平面和功率接地平面，將敏感模擬電路和功率元件的接地參考分別連接到相應的接地平面，并通過內部接地平面將它們連接在一起。同時，將ADP2450的暴露焊盤連接到大型外部銅接地平面，以提高散熱能力和降低結溫。
• 開關節點：開關節點是電路中噪聲最大的位置，應盡量減小其面積，使用寬短的走線或銅平面，確保高電流環路的走線盡可能短而寬。
• 反饋路徑：FB1和FB2的反饋走線對噪聲非常敏感，應將反饋電阻分壓器網絡靠近FBx引腳放置，減少走線長度，并避免靠近高電流走線和開關節點。
• 功率走線：使用內部功率平面連接升壓分流控制器和降壓調節器的輸出，確保功率走線短而寬，以減少高電流情況下的電壓降。
• 信號路徑：將放大器的輸入輸出、公共電壓輸入、TRG走線和VTRP信號等信號路徑遠離開關節點和高電流路徑，避免噪聲拾取。
• 柵極驅動路徑：柵極驅動走線應盡可能短而直接，避免使用過孔。如有需要，可使用兩個較大的過孔并聯。必要時可在DRV和GATE引腳放置2Ω至10Ω的小電阻，但要注意增加的柵極電阻會增加MOSFET的開關上升和下降時間以及開關功率損耗。

六、典型應用電路

ADP2450提供了多種典型應用電路，如單線圈、信號和功率共享同一CT的應用電路，以及雙線圈、CT提供功率和Rogowski線圈提供信號的應用電路。這些電路展示了ADP2450在不同應用場景下的使用方法，為工程師的設計提供了參考。

七、工廠可編程選項

ADP2450的降壓調節器輸出電壓、復位上升延遲時間和模擬跳閘消隱時間可以預設為表中列出的選項之一。如果需要選擇非默認選項，可以聯系當地的Analog Devices銷售或分銷代表。

八、總結

ADP2450作為一款功能強大的電源管理IC，在電路斷路器和CT供電應用中具有顯著的優勢。其高集成度、豐富的功能和可配置性為工程師提供了很大的設計靈活性，同時通過合理的外部元件選擇和電路板布局，可以確保系統的性能和可靠性。在實際設計中，工程師需要根據具體的應用需求，仔細選擇和調整各個參數，以達到最佳的設計效果。大家在使用ADP2450的過程中，有沒有遇到過一些特殊的問題或者有什么獨特的設計思路呢？歡迎在評論區分享交流。