MAX14721/MAX14722/MAX14723：高精度可調(diào)功率限制器的卓越性能與應(yīng)用

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源保護(hù)至關(guān)重要。今天我們要深入探討的是Maxim Integrated推出的MAX14721、MAX14722和MAX14723這三款高精度可調(diào)功率限制器，它們?cè)陔娫幢Ｗo(hù)方面表現(xiàn)卓越，能為各類電子系統(tǒng)提供可靠的保障。

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一、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。這些設(shè)備不僅能防止過(guò)流故障，還能應(yīng)對(duì)正向過(guò)壓和反向電壓故障。當(dāng)與可選的外部p溝道MOSFET配合使用時(shí)，它們可以保護(hù)下游電路免受高達(dá)+60V和 - 60V（外部pFET額定值為 - 60V時(shí)）的電壓故障影響。此外，它們還集成了一個(gè)低導(dǎo)通電阻（典型值76mΩ）的FET。

在啟動(dòng)過(guò)程中，這些設(shè)備能夠以連續(xù)模式為輸出端的大電容充電，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。同時(shí)，它們還具備雙級(jí)電流限制模式，在啟動(dòng)后的短時(shí)間內(nèi)，電流可分別連續(xù)限制為編程限制值的1倍（MAX14721）、1.5倍（MAX14722）和2倍（MAX14723），從而實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)時(shí)對(duì)大負(fù)載的快速充電。

二、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

1. 強(qiáng)大的高功率保護(hù)，減少系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間

• 寬輸入電源范圍：支持+5.5V至+60V的輸入電壓，能適應(yīng)多種電源環(huán)境。
• 可編程輸入電源過(guò)壓設(shè)置：過(guò)壓設(shè)置最高可達(dá)40V，可根據(jù)實(shí)際需求靈活調(diào)整。
• 熱折返電流限制保護(hù)：有效防止設(shè)備因過(guò)熱而損壞，提高系統(tǒng)的可靠性。
• 負(fù)輸入耐受能力：能承受 - 60V的負(fù)輸入電壓（外部pFET額定值為 - 60V時(shí)），增強(qiáng)了設(shè)備的抗干擾能力。
• 低導(dǎo)通電阻：典型值為76mΩ，可降低功耗，提高電源效率。
• 反向電流阻斷保護(hù)：配合外部pFET，可有效防止反向電流對(duì)電路造成損害。

2. 安全啟動(dòng)，防止FET過(guò)熱

雙級(jí)電流限制功能，不同型號(hào)的啟動(dòng)電流倍數(shù)不同（MAX14721為1.0x，MAX14722為1.5x，MAX14723為2.0x），可根據(jù)負(fù)載需求選擇合適的型號(hào)，確保啟動(dòng)過(guò)程安全可靠。

3. 靈活設(shè)計(jì)，便于復(fù)用和減少重新認(rèn)證

• 可調(diào)的OVLO和UVLO閾值：可通過(guò)外部電阻分壓器手動(dòng)設(shè)置過(guò)壓鎖定（OVLO）和欠壓鎖定（UVLO）閾值，也可使用工廠預(yù)設(shè)的內(nèi)部閾值。
• 可編程正向電流限制：電流限制范圍為0.2A至2A，在全溫度范圍內(nèi)精度可達(dá)±15%，滿足不同負(fù)載的電流需求。
• 多種使能輸入：具備正常和高壓使能輸入（EN和HVEN），方便控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。
• 受保護(hù)的外部pFET柵極驅(qū)動(dòng)：確保外部pFET的穩(wěn)定工作。

4. 節(jié)省電路板空間，減少外部物料清單

采用20引腳、5mm x 5mm的TQFN封裝，集成了nFET，減少了外部元件的使用，降低了電路板的復(fù)雜度。

三、電氣特性

1. 電源相關(guān)特性

• 輸入電壓范圍：5.5V至60V，能適應(yīng)不同的電源電壓。
• 關(guān)斷輸入電流：在不同使能條件下，電流值有所不同，如V_EN = 0V，V_HVEN = 5V，V_IN < 40V時(shí)，典型值為5.25μA。
• 電源電流：在V_IN = V_OUT = 24V，V_HVEN = 0V時(shí)，典型值為1.4mA。

2. UVLO和OVLO特性

• 內(nèi)部UVLO和OVLO跳閘電平：分別有相應(yīng)的典型值和范圍，如內(nèi)部UVLO跳閘電平典型值為12V，OVLO跳閘電平典型值為33.8V。
• UVLO和OVLO滯后：分別為典型值的3%和6%，可提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
• 外部UVLO和OVLO調(diào)整范圍：分別為5.5V至24V和6V至40V，可根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)整。

3. 內(nèi)部FET特性

• 內(nèi)部FET導(dǎo)通電阻：典型值為76mΩ，可降低導(dǎo)通損耗。
• 電流限制調(diào)整范圍：0.2A至2A，可根據(jù)負(fù)載需求進(jìn)行編程設(shè)置。
• 電流限制精度：在0.2A至2A范圍內(nèi)，精度可達(dá)±15%。

4. 邏輯輸入和輸出特性

• HVEN閾值電壓：典型值為2V，具有5%的滯后。
• EN、RIPEN、CLTS1、CLTS2輸入邏輯高和低電平：分別為1.4V和0.4V。
• FLAG輸出：為開(kāi)漏故障指示輸出，當(dāng)滿足特定條件時(shí)會(huì)拉低。

5. 動(dòng)態(tài)性能特性

• 開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間：在特定條件下，典型值為118μs。
• 故障恢復(fù)nFET導(dǎo)通時(shí)間：典型值為420μs。
• 反向電流故障恢復(fù)時(shí)間：典型值為2.40ms。

6. 熱保護(hù)特性

• 熱折返溫度：典型值為145°C，當(dāng)溫度超過(guò)該值時(shí)，設(shè)備進(jìn)入功率限制模式。
• 熱關(guān)斷溫度：典型值為170°C，超過(guò)該溫度時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉。
• 熱關(guān)斷滯后：為20°C，確保設(shè)備在溫度下降后能正?；謴?fù)工作。

四、功能詳解

1. 啟動(dòng)控制

采用雙級(jí)啟動(dòng)序列，在啟動(dòng)初始時(shí)間（tSTI）內(nèi)，電流可連續(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。若在啟動(dòng)超時(shí)時(shí)間（tSTO）內(nèi)輸出未充電，開(kāi)關(guān)將關(guān)閉，需通過(guò)切換IN、EN或HVEN來(lái)恢復(fù)正常操作。

2. 過(guò)壓鎖定（OVLO）

有兩種確定OVLO閾值的方法：將OVLO引腳連接到GND可選擇預(yù)設(shè)的內(nèi)部OVLO閾值（典型值36V）；若OVLO引腳電壓高于OVLO選擇閾值（VOVLO_SEL），則進(jìn)入可調(diào)OVLO模式，可通過(guò)外部電阻分壓器調(diào)整OVLO閾值，范圍為6V至40V。

3. 欠壓鎖定（UVLO）

同樣有兩種確定UVLO閾值的方法：將UVLO引腳連接到GND可選擇預(yù)設(shè)的內(nèi)部UVLO閾值（典型值12V）；若UVLO引腳電壓高于UVLO選擇閾值（VUVLO_SEL），則進(jìn)入可調(diào)UVLO模式，可通過(guò)外部電阻分壓器調(diào)整UVLO閾值，范圍為5.5V至24V。

4. 開(kāi)關(guān)控制

設(shè)備有兩個(gè)獨(dú)立的使能輸入：HVEN和EN。HVEN可承受高達(dá)60V的電壓，EN最大承受電壓為5V。在故障情況下，切換HVEN或EN可重置故障。使能輸入根據(jù)真值表控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)。

5. 輸入去抖

具備內(nèi)置的輸入去抖時(shí)間（tDEB），是上電復(fù)位（POR）事件與開(kāi)關(guān)開(kāi)啟之間的延遲。若輸入電壓高于UVLO閾值或使能引腳切換到開(kāi)啟狀態(tài)，開(kāi)關(guān)將在tDEB后開(kāi)啟。若在tDEB內(nèi)輸入電壓低于VUVLO，開(kāi)關(guān)將保持關(guān)閉。

6. 電流限制類型選擇

有三種可選的電流限制模式：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)置電流限制模式類型。此外，設(shè)備還具備針對(duì)嚴(yán)重過(guò)載情況的保護(hù)功能。

7. 自動(dòng)重試模式

當(dāng)設(shè)備電流達(dá)到閾值時(shí)，tBLANK定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若過(guò)流情況持續(xù)tBLANK時(shí)間，開(kāi)關(guān)將關(guān)閉，然后進(jìn)入重試時(shí)間（tRETRY），重試時(shí)間結(jié)束后開(kāi)關(guān)重新開(kāi)啟。若故障仍存在，循環(huán)將重復(fù)。該模式可在過(guò)流或短路情況下降低系統(tǒng)功耗。

8. 鎖存關(guān)閉模式

當(dāng)設(shè)備電流達(dá)到閾值時(shí)，tBLANK定時(shí)器開(kāi)始計(jì)數(shù)。若過(guò)流情況持續(xù)tBLANK時(shí)間，開(kāi)關(guān)將關(guān)閉，直到控制邏輯（EN或HVEN）被切換或輸入電壓循環(huán)。

9. 連續(xù)模式

當(dāng)設(shè)備電流達(dá)到閾值時(shí)，設(shè)備將電流限制在編程限制值。FLAG在開(kāi)關(guān)兩端電壓降超過(guò)VFA時(shí)置位，低于VFA時(shí)復(fù)位。

10. 反向電流阻斷

與外部pFET配合使用時(shí)，通過(guò)拉高RIPEN引腳啟用反向電流阻斷功能。檢測(cè)到反向電流條件（VIN - VOUT < VRIB）時(shí)，內(nèi)部nFET和外部pFET將關(guān)閉2.4ms（tREV_REC），之后根據(jù)情況重新開(kāi)啟。

11. 故障指示（FLAG）輸出

FLAG是開(kāi)漏故障指示輸出，需要外部上拉電阻連接到直流電源。當(dāng)滿足特定條件時(shí)，F(xiàn)LAG置位。

12. 熱關(guān)斷保護(hù)

熱關(guān)斷電路可防止設(shè)備過(guò)熱。當(dāng)結(jié)溫超過(guò)170°C（典型值）時(shí)，開(kāi)關(guān)關(guān)閉，F(xiàn)LAG置位。在自動(dòng)重試或連續(xù)電流限制模式下，結(jié)溫下降20°C（典型值）后，設(shè)備恢復(fù)正常操作；在鎖存關(guān)閉模式下，需循環(huán)輸入電壓或切換使能引腳。

五、應(yīng)用信息

1. 設(shè)置電流限制閾值

通過(guò)在SETI和地之間連接一個(gè)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}) ，注意不要使用小于6kΩ的RSETI。

2. IN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，以限制瞬間輸出短路時(shí)的輸入電壓降；使用外部PFET時(shí)，在PFET的漏極放置4.7μF的電容，IN處的電容減小到10nF（最大100nF）。

3. 熱插拔

MAX14721 - MAX14723對(duì)IN引腳的熱插拔輸入瞬變具有內(nèi)部保護(hù)，壓擺率可達(dá)30V/μs。在需要進(jìn)行嚴(yán)苛工業(yè)EMC測(cè)試的情況下，可在輸入端子附近放置一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器（TVS），將輸入浪涌限制在最大60V。

4. OUT電容

為確保在全溫度范圍和整個(gè)可編程電流限制范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，從OUT到地連接一個(gè)4.7μF的陶瓷電容?？筛鶕?jù)公式計(jì)算可連接到OUT的最大電容負(fù)載值：(C{MAX }(m F)=I{LIM}(A)left[frac{M × t{STI }(ms)+t{STO }(ms)}{V_{IN_MAX }(V)}right]) 。

5. OUT用于感性硬短路到地的續(xù)流二極管

在具有高感性負(fù)載的應(yīng)用中，需要在OUT端子和GND之間連接一個(gè)續(xù)流二極管，以保護(hù)設(shè)備免受接地短路事件中的電感反沖影響。

6. 布局和散熱

為優(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（不超過(guò)5mm），IN和OUT必須用寬而短的走線連接到電源總線。在連續(xù)電流限制模式下，需注意散熱問(wèn)題，可使用大銅平面和多個(gè)從裸露焊盤(pán)到接地平面的熱過(guò)孔來(lái)增加熱電容并降低電路板的熱阻。

7. ESD測(cè)試條件

當(dāng)IN通過(guò)一個(gè)1μF、低ESR陶瓷電容旁路到地時(shí)，MAX14721 - MAX14723在IN上的ESD保護(hù)為±15kV（HBM）；在IN上不需要電容時(shí)，ESD保護(hù)為±2kV（HBM）（典型值），所有引腳都有±2kV（HBM）的ESD保護(hù)。

六、總結(jié)

MAX14721、MAX14722和MAX14723高精度可調(diào)功率限制器以其豐富的功能、卓越的性能和靈活的設(shè)計(jì)，為電子系統(tǒng)的電源保護(hù)提供了可靠的解決方案。無(wú)論是工業(yè)電源系統(tǒng)、控制與自動(dòng)化、運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，還是人機(jī)界面和高功率應(yīng)用，這些設(shè)備都能發(fā)揮重要作用。電子工程師在設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并合理應(yīng)用其各項(xiàng)特性，以提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似功率限制器的選型和使用問(wèn)題呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。