ADP1031具有七个数字隔离器的三通道隔离式微功耗管理单元技术手册

概述
ADP1031 是一款高性能隔离式微功耗管理单元 (PMU)，它将隔离式反激直流/直流稳压器、反相直流/直流稳压器和降压直流/直流稳压器结合在一起，提供三个隔离的电源轨。此外，ADP1031 包含四个高速串行外设接口 (SPI) 隔离通道和三个通用隔离器，适用于需要低功耗和小解决方案尺寸的通道对通道隔离应用。

ADP1031 适合在 +4.5 V 至 +60 V 的输入电压范围内运行，它可为 VOUT1 生成 +6 V 至 +28 V（可调版本）或 +21 V 和 +24 V（固定版本）的隔离输出电压，为 VOUT2 生成 +5.15 V、+5.0 V 或 +3.3 V 的工厂可编程电压，并可为 VOUT3 生成 ?24 V 至 ?5 V 的可调输出电压。

默认情况下，ADP1031 反激稳压器在 250 kHz 的开关频率下运行，而降压和反相稳压器在 125 kHz 的频率下运行。所有三个稳压器均相互相移以降低电磁干扰 (EMI)。ADP1031 可以在 350 kHz 至 750 kHz 的频率范围内由外部振荡器驱动以便于在敏感应用中进行噪声过滤。

ADP1031 中集成的数字隔离器使用 ADI 公司的 iCoupler^?^ 芯片级变压器技术，已针对低功耗和低辐射发射进行优化。

ADP1031 采用 9 mm × 7 mm 41 引脚 LFCSP 封装，适合在 ?40°C 至 +125°C 的结温范围内运行。
数据表：*附件：ADP1031具有七个数字隔离器的三通道隔离式微功耗管理单元技术手册.pdf

应用

• 工业自动化和过程控制
• 仪器仪表和数据采集系统
• 数据和电源隔离

特性

• 宽输入电源电压范围：4.5 V 至 60 V
• 集成式反激电源开关
• 生成隔离式独立双极输出和工厂可编程降压输出
• • V OUT1 ：21 V、24 V 或 6 V 至 28 V
  • V OUT2 ：5.15 V、5.0 V 或 3.3 V
  • V OUT3 ：?24 V 至 ?5 V
• 使用 1:1 比率的变压器简化变压器设计
• 适用于反激、降压和反相稳压器的峰值电流限制和 OVP
• 精密启用输入和电源正常输出
• 可通过 SYNC 输入调整开关频率
• 每个稳压器的内部补偿和软启动控制
• 高速低传播延迟 SPI 信号隔离通道
• 三个 100 kbps 通用隔离式数据通道
• 9 mm × 7 mm LFCSP 外形尺寸可实现小巧的解决方案总体尺寸
• 工作结温范围为 ?40°C 至 +125°C
• 符合 CISPR11 B 级辐射发射限制
• 安全和监管审批（申请中）
  • UL 认证：2500 V rms 持续 1 分钟，符合 UL 1577 标准
  • CSA 元件验收通知 5A
    • 从属器件、主器件和现场电源域之间 300 V rms 的基本绝缘（IEC 61010-1，申请中）
  • VDE 合规证书
    • DIN V VDE 0884-10 (VDE 0884-10):2006-12
    • VIORM = 565 VPEAK

典型应用电路

引脚配置描述

典型性能特征

工作原理

ADP1031是一款高性能的隔离式微型电源管理单元（PMU），它集成了一个隔离式反激式稳压器、一个反相稳压器和一个降压稳压器，可提供三路隔离电源轨。此外，ADP1031在41引脚薄型四方扁平无引脚（LFCSP）封装中集成了七个低功耗数字隔离器，适用于对功耗和电路板空间要求较高的通道间隔离应用。

反激式稳压器

反激式稳压器工作原理

ADP1031中的反激式稳压器可产生一个隔离式输出电源轨，该轨的输出电压可在6 V至28 V范围内编程设定，适用于固定输出电压为21 V和24 V的工厂可编程版本。反激式稳压器采用平均电流模式控制，可使初级侧电流在输入电流较低时上升速度更快，峰值电流较低，而在输入电流较高时上升速度较慢。通过隔离式iCoupler通道调节输出电压，该通道会根据输出电压调整控制环路。当高压开关导通时，变压器次级侧的二极管反向偏置，这会导致初级侧电感电流增加，能量存储在变压器中。当开关关断时，二极管正向偏置，变压器中存储的能量传输至负载。

传统上，在隔离式反激式稳压器中，会使用一个分立光耦合器来将次级侧的信号传输至初级侧。然而，光耦合器在高温下会出现电流传输比（CTR）退化的问题，因此需要定期更换，一般每5至10年更换一次。ADP1031通过使用iCoupler器件技术替代光耦合器，消除了这一问题，从而降低了系统成本、印刷电路板面积和复杂度，同时提高了可靠性，避免了CTR退化问题。

反激式变压器采用初级侧和次级侧绕组结构。这种配置可行是因为iCoupler技术能够将隔离后的信号传输至初级侧控制器，所以无需初级侧绕组。由于次级侧和辅助电源轨采用高效开关稳压器生成，因此不需要额外的次级绕组。与替代的多绕组解决方案相比，这种方法具有以下优势：

• 由于匝数要求更低，引脚数量更少，变压器解决方案尺寸更小。
• 每种输出都可独立调节，而多抽头方法需要定制多抽头变压器来实现不同的输出电压组合。
• 输出更加精确，因为输出不依赖于分立变压器绕组之间的匝数比。
• 输出精度不受各电源轨负载变化的影响。

功率节能模式（PSM）

在轻载工作期间，稳压器可跳过脉冲以维持输出电压调节。因此，最小负载是必需的。跳过脉冲可提高器件效率，但会导致输出纹波增大。

反激式欠压锁定（UVLO）

UVLO电路监测VINP引脚电压电平。如果输入电压降至(V_{UVLO_FBACK_FALL})阈值以下，反激式稳压器将关闭。在VINP引脚电压升至(V_{UVLO_FBACK_RISE})阈值以上后，软启动周期开始，反激式稳压器启用。

反激式稳压器精确使能控制

ADP1031中的反激式稳压器具有精确使能电路，该电路以基准电压为参考。如果EN引脚处的电压升至(V_{EN_FBACK_RISE}=V_{EN_HYST})阈值以上，反激式稳压器软启动周期开始，稳压器启用。如果EN引脚电压降至(V_{EN_FBACK_FALL}=V_{EN_HYST})阈值以下，反激式稳压器关闭。

反激式稳压器软启动

反激式稳压器具备软启动功能，可限制来自电源的涌入电流，并以受控方式使输出电压斜坡上升。当EN引脚处的电压升至(V_{EN_FBACK_RISE})阈值以上时，反激式稳压器软启动周期开始。

反激式斜率控制

反激式稳压器采用可编程输出驱动器斜率控制电路。该电路可调整开关节点的斜率，如图65所示，这样可降低电磁干扰（EMI），并在效率略有降低的情况下减少振铃现象。操作与VINP引脚电压成反比。要编程设定斜率，将SLEW引脚连接至GNDP引脚以设置为慢模式，或将其连接至VINP引脚以设置为正常模式，或保持未连接状态以设置为快模式。

注意，慢斜率控制会在效率和低EMI之间进行权衡。