MAX14721/MAX14722/MAX14723：高精度可調(diào)功率限制器的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源保護(hù)至關(guān)重要。今天要介紹的 MAX14721、MAX14722 和 MAX14723 這三款高精度可調(diào)功率限制器，能為系統(tǒng)提供全面且可靠的保護(hù)。

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產(chǎn)品概述

MAX14721 - MAX14723 是一系列可調(diào)的過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)設(shè)備。它們不僅能防止過(guò)流故障，還能抵御正過(guò)壓和反壓故障。當(dāng)與可選的外部 p 溝道 MOSFET 配合使用時(shí)，這些設(shè)備可以保護(hù)下游電路免受高達(dá) +60V 和 -60V（針對(duì) -60V 外部 pFET 額定值）的電壓故障影響。其集成的 FET 具有低至 76mΩ 的導(dǎo)通電阻，在性能上表現(xiàn)出色。

啟動(dòng)特性

在啟動(dòng)階段，這些設(shè)備專為連續(xù)模式下對(duì)輸出端的大電容進(jìn)行充電而設(shè)計(jì)，適用于下游設(shè)備輸入端使用大儲(chǔ)能電容的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，它們還具備雙級(jí)限流模式，在啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)，電流會(huì)分別連續(xù)限制為編程限制的 1 倍、1.5 倍和 2 倍（對(duì)應(yīng) MAX14721、MAX14722 和 MAX14723），這使得在啟動(dòng)時(shí)能夠更快地為大負(fù)載充電。

保護(hù)功能

除了上述的過(guò)壓、欠壓和過(guò)流保護(hù)外，MAX14721 - MAX14723 還具備反向電流和過(guò)溫保護(hù)功能。它們采用 20 引腳（5mm x 5mm）TQFN 封裝，工作溫度范圍為 -40°C 至 125°C，能適應(yīng)較為惡劣的工作環(huán)境。

產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

強(qiáng)大的高功率保護(hù)

• 寬輸入電源范圍：輸入電源范圍為 +5.5V 至 +60V，能適應(yīng)多種不同的電源環(huán)境。
• 可編程輸入電源過(guò)壓設(shè)置：可編程的輸入電源過(guò)壓設(shè)置高達(dá) 40V，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行靈活調(diào)整。
• 熱折返限流保護(hù)：熱折返限流保護(hù)功能可以有效防止設(shè)備因過(guò)熱而損壞，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
• 負(fù)輸入耐受能力：能夠耐受 -60V 的負(fù)輸入（針對(duì) -60V 外部 pFET 額定值），增強(qiáng)了設(shè)備在復(fù)雜電源環(huán)境下的適應(yīng)性。
• 低導(dǎo)通電阻：典型的 76mΩ 低導(dǎo)通電阻可以減少功率損耗，提高電源效率。
• 反向電流阻斷保護(hù)：配合外部 pFET 實(shí)現(xiàn)反向電流阻斷保護(hù)，進(jìn)一步保障了系統(tǒng)的安全。

安全啟動(dòng)

雙級(jí)限流功能可以防止 FET 過(guò)熱，實(shí)現(xiàn)更安全的啟動(dòng)。不同型號(hào)的設(shè)備在啟動(dòng)電流上有所不同，MAX14721 的啟動(dòng)電流為編程限制的 1 倍，MAX14722 為 1.5 倍，MAX14723 為 2 倍，這種設(shè)計(jì)可以根據(jù)不同的負(fù)載需求選擇合適的型號(hào)。

靈活設(shè)計(jì)

• 可調(diào)的 OVLO 和 UVLO 閾值：用戶可以通過(guò)外部電壓分壓器手動(dòng)設(shè)置過(guò)壓鎖定（OVLO）和欠壓鎖定（UVLO）閾值，也可以將 OVLO 和/或 UVLO 引腳連接到 GND 使用工廠預(yù)設(shè)的內(nèi)部閾值，靈活性極高。
• 可編程正向限流：可編程的正向限流范圍從 0.2A 到 2A，在全溫度范圍內(nèi)精度為 ±15%，能夠滿足不同負(fù)載的電流需求。
• 多種使能輸入：具有正常和高壓使能輸入（EN 和 HVEN），方便用戶對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制。
• 受保護(hù)的外部 pFET 柵極驅(qū)動(dòng)：受保護(hù)的外部 pFET 柵極驅(qū)動(dòng)可以確保外部 pFET 的穩(wěn)定工作。

節(jié)省空間

采用 20 引腳、5mm x 5mm TQFN 封裝，集成了 nFET，節(jié)省了電路板空間，減少了外部物料清單（BOM）的數(shù)量，降低了設(shè)計(jì)成本。

電氣特性

電源相關(guān)特性

輸入電壓范圍為 5.5V 至 60V，在不同的工作條件下，關(guān)機(jī)輸入電流、電源電流和關(guān)機(jī)輸出電流等參數(shù)都有明確的規(guī)定。例如，在 VEN = 0V，VHVEN = 5V，VIN < 40V 時(shí)，關(guān)機(jī)輸入電流典型值為 5.25μA，最大值為 15μA。

UVLO 和 OVLO 特性

內(nèi)部 UVLO 和 OVLO 跳閘電平都有相應(yīng)的典型值和范圍，并且具有一定的滯后特性。外部 UVLO 和 OVLO 調(diào)整范圍也有明確規(guī)定，用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

內(nèi)部 FET 特性

內(nèi)部 FET 的導(dǎo)通電阻典型值為 76mΩ，電流限制調(diào)整范圍為 0.2A 至 2A，在全溫度范圍內(nèi)電流限制精度為 ±15%。此外，還具有反向電流阻斷閾值、響應(yīng)時(shí)間等特性。

邏輯輸入和輸出特性

邏輯輸入（HVEN、CLTS1、CLTS2、EN、RIPEN）和輸出（FLAG）都有相應(yīng)的閾值電壓、滯后特性和輸入泄漏電流等參數(shù)，確保了邏輯控制的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

動(dòng)態(tài)性能和熱保護(hù)特性

在動(dòng)態(tài)性能方面，開(kāi)關(guān)開(kāi)啟時(shí)間、故障恢復(fù)時(shí)間、過(guò)壓和過(guò)流開(kāi)關(guān)響應(yīng)時(shí)間等都有明確的規(guī)定。熱保護(hù)特性包括熱折返和熱關(guān)斷溫度閾值以及熱關(guān)斷滯后等，能有效保護(hù)設(shè)備免受過(guò)熱損壞。

詳細(xì)工作原理

啟動(dòng)控制

這些設(shè)備采用雙級(jí)啟動(dòng)序列，在啟動(dòng)初始時(shí)間（tSTI）內(nèi)將電流連續(xù)限制為設(shè)定電流限制的 1 倍、1.5 倍或 2 倍，以便快速為開(kāi)關(guān)輸出端的大電容充電。如果設(shè)備溫度上升到熱折返閾值（TJ_FB），設(shè)備將進(jìn)入功率限制模式。在啟動(dòng)超時(shí)時(shí)間（tSTO）內(nèi)，如果輸出未充電，開(kāi)關(guān)將關(guān)閉，需要切換 IN、EN 或 HVEN 才能恢復(fù)正常運(yùn)行。

OVLO 和 UVLO 功能

通過(guò)將 OVLO 或 UVLO 引腳連接到 GND，可以選擇預(yù)設(shè)的內(nèi)部閾值；如果電壓超過(guò)選擇閾值，設(shè)備將進(jìn)入可調(diào)模式，可通過(guò)外部電壓分壓器調(diào)整閾值。OVLO 的允許設(shè)置范圍為 6V 至 40V，UVLO 的允許設(shè)置范圍為 5.5V 至 24V。

開(kāi)關(guān)控制

設(shè)備有兩個(gè)獨(dú)立的使能輸入（HVEN 和 EN），根據(jù)真值表控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)。在故障情況下，切換 HVEN 或 EN 可以重置故障。

輸入去抖

具有內(nèi)置的輸入去抖時(shí)間（tDEB），在 POR 事件和開(kāi)關(guān)開(kāi)啟之間設(shè)置延遲，防止因輸入電壓波動(dòng)導(dǎo)致的誤觸發(fā)。

限流模式選擇

有三種可選的限流模式：連續(xù)模式、自動(dòng)重試模式和鎖存關(guān)閉模式。通過(guò) CLTS1 和 CLTS2 引腳的狀態(tài)設(shè)置限流模式類型。在嚴(yán)重過(guò)載情況下，設(shè)備會(huì)立即關(guān)閉內(nèi)部 nFET 和外部 pFET，并嘗試重啟。

自動(dòng)重試模式

當(dāng)電流達(dá)到閾值時(shí)，tBLANK 定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果過(guò)流情況持續(xù)到 tBLANK 結(jié)束，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，然后在 tRETRY 后嘗試重啟。該模式可以有效降低系統(tǒng)功耗，節(jié)省電能。

鎖存關(guān)閉模式

當(dāng)電流達(dá)到閾值時(shí)，tBLANK 定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。如果過(guò)流情況持續(xù)到 tBLANK 結(jié)束，開(kāi)關(guān)關(guān)閉并保持關(guān)閉狀態(tài)，直到控制邏輯（EN 或 HVEN）切換或輸入電壓循環(huán)。

連續(xù)模式

當(dāng)電流達(dá)到閾值時(shí)，設(shè)備將電流限制在編程值。FLAG 輸出根據(jù)開(kāi)關(guān)兩端的電壓降進(jìn)行斷言或取消斷言。

反向電流阻斷

當(dāng)檢測(cè)到反向電流時(shí)，內(nèi)部 nFET 和外部 pFET 關(guān)閉一段時(shí)間（tREV_REC），然后根據(jù)條件嘗試重啟。

故障指示輸出

FLAG 是一個(gè)開(kāi)漏故障指示輸出，在多種故障情況下會(huì)斷言低電平，提醒用戶設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題。

熱關(guān)斷保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過(guò) +170oC（典型值）時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，F(xiàn)LAG 斷言。根據(jù)不同的限流模式，設(shè)備在溫度降低后以不同方式恢復(fù)正常運(yùn)行。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

電流限制閾值設(shè)置

通過(guò)在 SETI 和地之間連接電阻來(lái)編程電流限制閾值。計(jì)算公式為 (R{SETI }(k Omega)=frac{V{RI}(Omega × A)}{I{LIM}(mA)} × C{IRATIO}) ，但不要使用小于 6kΩ 的 RSETI。

輸入旁路電容

在不使用外部 PFET 的應(yīng)用中，從 IN 到 GND 連接至少 1μF 的電容以限制輸入電壓降。在使用外部 PFET 的應(yīng)用中，在 PFET 的漏極放置 4.7μF 電容，并將 IN 處的電容減小到 10nF - 100nF。

熱插拔

內(nèi)部保護(hù)可應(yīng)對(duì)高達(dá) 30V/μs 的熱插拔輸入瞬變。在惡劣工業(yè) EMC 測(cè)試要求下，使用瞬態(tài)電壓抑制器（TVS）限制輸入浪涌。

輸出電容

為了在全溫度范圍和可編程電流限制范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，從 OUT 到地連接 4.7μF 陶瓷電容?？筛鶕?jù)公式 (C{MAX }(m F)=I{LIM}(A)left[frac{M × t{STI }(ms)+t{STO }(ms)}{V_{IN_MAX }(V)}right]) 計(jì)算可連接到 OUT 的最大電容負(fù)載。

布局和散熱

為了優(yōu)化開(kāi)關(guān)對(duì)輸出短路情況的響應(yīng)，應(yīng)盡量縮短所有走線，將輸入和輸出電容盡可能靠近設(shè)備放置。在連續(xù)電流限制模式下，需要使用大銅平面和多個(gè)熱過(guò)孔來(lái)增加熱容量和降低熱阻。

ESD 測(cè)試條件

IN 引腳在使用 1μF 低 ESR 陶瓷電容旁路到地時(shí)，可承受 ±15kV（HBM）ESD。所有引腳都有 ±2kV（HBM）ESD 保護(hù)。

綜上所述，MAX14721/MAX14722/MAX14723 是一系列功能強(qiáng)大、性能卓越的電源保護(hù)設(shè)備，適用于工業(yè)電源系統(tǒng)、控制與自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、人機(jī)界面和高功率應(yīng)用等多個(gè)領(lǐng)域。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求和設(shè)計(jì)要求，合理設(shè)置各項(xiàng)參數(shù)，注意布局和散熱等問(wèn)題，以充分發(fā)揮這些設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，為系統(tǒng)提供可靠的電源保護(hù)。你在實(shí)際應(yīng)用中有沒(méi)有遇到過(guò)類似設(shè)備的相關(guān)問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。