深入解析MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B：電池供電邏輯與過(guò)壓過(guò)流保護(hù)方案

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。MAX4919B、MAX4920B和MAX4921B這三款過(guò)壓保護(hù)控制器，為低電壓系統(tǒng)提供了可靠的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)，廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、PDA等設(shè)備中。本文將深入探討這三款芯片的特性、工作原理及應(yīng)用場(chǎng)景，為電子工程師在設(shè)計(jì)電池供電系統(tǒng)時(shí)提供參考。

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芯片概述

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B能夠保護(hù)低電壓系統(tǒng)免受高達(dá)+28V的高壓故障影響。內(nèi)部集成了一個(gè)1.8A（最小值）的pFET，其導(dǎo)通電阻低至100mΩ，可將電池連接到負(fù)載，并防止電池出現(xiàn)短路故障。當(dāng)發(fā)生短路時(shí)，內(nèi)部pFET的電流會(huì)在消隱期內(nèi)受到限制；若消隱期后短路情況仍存在，開(kāi)關(guān)將被鎖止關(guān)閉，直至輸入信號(hào)（IN、HP_PWR、PWR_ON）之一循環(huán)一次。

關(guān)鍵參數(shù)

• 過(guò)壓閾值（OVLO）：MAX4919B為+6.38V，MAX4920B為+5.80V，MAX4921B為+4.65V。
• 欠壓鎖定（UVLO）閾值：MAX4919B/MAX4920B為+4.27V，MAX4921B為+2.35V。
• 封裝形式：采用14引腳TDFN封裝（3mm x 3mm），帶有外露焊盤，工作溫度范圍為-40°C至+85°C。

工作原理

欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)輸入電壓VIN低于UVLO閾值時(shí)，GN1保持低電平，ACOK處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。MAX4919B/MAX4920B的UVLO閾值為4.27V（典型值），MAX4921B為2.35V（典型值）。

過(guò)壓鎖定（OVLO）

當(dāng)VIN高于OVLO閾值時(shí)，GN1保持低電平，ACOK處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。不同型號(hào)的OVLO閾值不同，可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的芯片。

電池切換

內(nèi)部的1.8A（最小值）pFET通過(guò)RON為100mΩ（典型值）的電阻將BTI連接到BTO的負(fù)載。當(dāng)HP_PWR、PWR_ON或PWR_HOLD為高電平時(shí)，內(nèi)部電池切換FET開(kāi)啟。但當(dāng)BTI < 2.15V時(shí)，無(wú)論邏輯控制信號(hào)如何，內(nèi)部開(kāi)關(guān)都將保持關(guān)閉。

電流限制

芯片在BTO處集成了一個(gè)1.8A（最小值）的限流開(kāi)關(guān)（P2），在BTI的輸入電源電壓范圍內(nèi)始終有效。當(dāng)P2開(kāi)啟或已經(jīng)開(kāi)啟且發(fā)生短路時(shí)，保護(hù)電路會(huì)防止負(fù)載電流超過(guò)1.8A（最小值）的限流值。消隱期為10ms，可避免誤判故障。若消隱期結(jié)束后仍處于限流狀態(tài)，將斷言故障并立即關(guān)閉P2。

低電量操作

當(dāng)BTI處的電池電壓大于2.15V但小于2.8V（典型值）時(shí)，芯片進(jìn)入低電量模式。在此模式下，PWR_ON不影響內(nèi)部開(kāi)關(guān)的行為。

熱關(guān)斷

芯片具備熱關(guān)斷電路，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)+135°C時(shí)，內(nèi)部1.8A（最小值）開(kāi)關(guān)將關(guān)閉并進(jìn)入故障模式。當(dāng)結(jié)溫降至+125°C以下時(shí)，可進(jìn)行復(fù)位。

引腳說(shuō)明

應(yīng)用信息

MOSFET配置

芯片可驅(qū)動(dòng)單個(gè)n溝道或背靠背n溝道MOSFET。背靠背配置在適配器不存在或適配器電壓低于欠壓鎖定閾值時(shí)，反向電流幾乎為零；若對(duì)反向電流泄漏不敏感，可使用單個(gè)n溝道MOSFET，成本更低。

MOSFET選擇

建議選擇VGS為4.5V時(shí)RDS(ON)合適、VDS為30V的MOSFET，以承受芯片28V的IN范圍。

IN旁路考慮

大多數(shù)應(yīng)用中，使用1μF陶瓷電容將IN旁路到GND以實(shí)現(xiàn)±15kV ESD保護(hù)；若不需要該保護(hù)，可使用最小0.1μF電容。

BTO旁路電容考慮

為保證內(nèi)部p溝道MOSFET成功啟動(dòng)，需根據(jù)公式 (C{BTO(MAX)} leq frac{I{LIM} × t{CLIM}}{V{BTI}}) 計(jì)算BTO輸出電容的最大值。

應(yīng)用場(chǎng)景

• 適配器應(yīng)用：當(dāng)AC適配器供電且車載適配器未插入時(shí)，若VIN在UVLO和OVLO范圍內(nèi)保持超過(guò)25ms，n溝道MOSFET開(kāi)啟，ACOK拉低，內(nèi)部開(kāi)關(guān)P2開(kāi)啟1.2s，期間μP需發(fā)出PWR_HOLD信號(hào)以保持P2開(kāi)啟。
• 反向極性保護(hù)：通過(guò)添加外部p溝道MOSFET實(shí)現(xiàn)，當(dāng)適配器電壓低于地時(shí)，p溝道MOSFET關(guān)閉，但需要負(fù)載具備反向電流限制功能。
• 車載套件應(yīng)用：當(dāng)車載套件適配器插入并直接連接到電池時(shí)，HP_PWR經(jīng)過(guò)25ms消隱期后發(fā)出1.2s的單觸發(fā)信號(hào)，期間μP需發(fā)出PWR_HOLD信號(hào)以保持P2開(kāi)啟。

總結(jié)

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B為電池供電系統(tǒng)提供了全面的過(guò)壓和過(guò)流保護(hù)解決方案。電子工程師在設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)具體應(yīng)用需求選擇合適的芯片型號(hào)，并合理配置MOSFET和旁路電容，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似芯片的使用問(wèn)題？又是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。