電子工程師必備：MAX14727/MAX14728/MAX14731雙輸入雙向過壓保護器深度解析

在電子設備的設計過程中，過壓保護是一個不容忽視的關鍵環節。今天，我們就來深入探討一下Maxim Integrated推出的MAX14727/MAX14728/MAX14731系列雙輸入雙向過壓保護器，看看它如何為我們的設計帶來便利和可靠的保護。

文件下載：MAX14731.pdf

一、產品概述

MAX14727/MAX14728/MAX14731主要用于保護貴重的消費電路，能抵御高達+28VDC的兩種正電壓故障，內部鉗位電路還可保護設備免受高達100V的浪涌沖擊。它能自動選擇輸入源，其中通道A為主要電源。該系列產品具有反向偏置阻斷能力，當設備禁用時，輸出端的電壓不會反饋到輸入端。此外，還配備兩個OTG使能引腳，允許在輸出電壓高于輸出啟動電壓時，用輸出電壓為相應的輸入端供電。

二、應用領域

這些過壓保護器適用于多種便攜式設備，如智能手機、平板電腦和電子閱讀器等。在這些設備中，它們能夠有效保護電路免受電壓故障的影響，確保設備的穩定運行。大家在設計這些類型的產品時，是否考慮過過壓保護的具體實現方式呢？

三、產品特性與優勢

3.1 雙輸入電源保護

• 寬輸入電壓范圍：可在3V至28V的寬輸入電壓范圍內提供保護，適應多種電源輸入。
• 大電流承載能力：具備5A的連續電流能力，能滿足大多數設備的供電需求。
• 低導通電阻：集成了典型值為73mΩ的nMOSFET開關，有效降低了設備兩端的電壓降。

3.2 靈活精確的過壓鎖定（OVLO）設計

• 寬可調閾值范圍：OVLO閾值可通過外部電阻在4V至14V之間進行靈活調整，滿足不同的設計需求。
• OTG功能：OTG使能引腳允許輸出端為輸入端供電，增加了設計的靈活性。
• 預設精確內部閾值：不同型號預設了精確的內部OVLO閾值，如MAX14727為13.75V ±2%，MAX14728為10V ±2%，MAX14731為5.92V ±2%。

3.3 高系統可靠性

• 浪涌免疫能力：能夠承受超過100V的浪涌沖擊，增強了系統的抗干擾能力。
• 軟啟動功能：通過軟啟動功能，可將浪涌電流降至最低，減少對設備的沖擊。
• 啟動消抖：內部15ms的啟動消抖時間，避免了內部FET在啟動時的誤開啟。
• 熱關斷保護：具備熱關斷保護功能，可防止設備因過載而過熱損壞。

3.4 節省電路板空間

采用30引腳、2.6mm x 2.2mm的晶圓級封裝（WLP），大大減小了電路板的占用空間。在如今追求小型化的設計趨勢下，這種緊湊的封裝形式是不是非常吸引人呢？

四、電氣特性

4.1 輸入輸出電壓閾值

輸入和輸出的啟動電壓閾值典型值為2.65V，維持電壓閾值典型值為1.95V。輸入有效電壓閾值在3.9V至4.3V之間。這些電壓閾值的設定，確保了設備在不同電壓條件下的正常工作。大家在實際應用中，是否遇到過因為電壓閾值設置不當而導致的問題呢？

4.2 導通電阻

在25°C、輸入電壓為5V、輸出電流為100mA的條件下，通道A和通道B的導通電阻典型值為68mΩ，最大值為115mΩ。低導通電阻有助于降低功耗，提高設備的效率。

4.3 過壓保護

內部過壓跳閘電平根據不同型號有所不同，如MAX14727的上升閾值為13.75V，下降閾值為13.0V。OVLOA和OVLOB的設置閾值為1.24V，可通過外部電阻進行調整。當輸入電壓超過過壓閾值時，內部FET會自動關閉，以保護受保護的組件。

4.4 數字信號特性

INAOK和INBOK的輸出低電壓最大值為0.4V，泄漏電流最大值為1μA。OTG_ENA、OTG_ENB、PCON和EN的輸入邏輯高電平為1.6V，輸入邏輯低電平為0.4V。這些數字信號的特性，為設備的控制和狀態監測提供了便利。

4.5 時序特性

INA和INB的消抖時間典型值為17ms，軟啟動時間典型值為5ms，先斷后通時間典型值為8ms。這些時序特性確保了設備在電源切換時的穩定性。

4.6 熱保護和ESD保護

熱關斷溫度典型值為150°C，熱滯回溫度典型值為20°C。INA和INB在人體模型（HBM）下的ESD保護能力為±15kV，在IEC 61000 - 4 - 2接觸放電和空氣間隙放電下分別為±8kV和±15kV。這些保護措施，進一步提高了設備的可靠性和穩定性。

五、功能詳解

5.1 自動輸入電源路徑控制

根據PCON引腳的狀態，自動電源路徑選擇有兩種工作模式。在加電時，至少有一個輸入必須超過啟動電壓（典型值為2.75V），電路才能正常工作。通道A始終具有優先級，只有在通道B是唯一存在的輸入，或者通道B有效（> 4.1V，典型值）且通道A無效（< 4.1V，典型值）時，通道B才會接管通道A。

5.2 軟啟動

為了將浪涌電流降至最低，設備具備軟啟動功能，可緩慢開啟內部FET。軟啟動從INAOK和INBOK被置位開始，持續時間典型值為15ms。

5.3 過壓鎖定（OVLO）

將OVLOA和OVLOB連接到地，可使用內部的OVLO比較器和預設的OVLO值。當輸入電壓超過過壓鎖定閾值時，輸出端與輸入端斷開連接；當輸入電壓下降到閾值以下時，經過消抖時間后，輸出端再次跟隨輸入端。此外，OVLOA和OVLOB輸入還可作為額外的使能輸入。

5.4 外部OVLO調整

通過在OVLOA和OVLOB連接外部電阻分壓器，當VOVLOA和VOVLOB超過OVLOA和OVLOB選擇電壓時，內部的OVLO比較器將通過外部電阻分壓器讀取輸入電壓。這種外部調整方式，為設計提供了更大的靈活性。

5.5 反向偏置阻斷

當輸入電壓低于輸入啟動電壓且OTG_ENA和OTG_ENB為低電平時，輸入端和輸出端之間的開關打開，兩個串聯開關的背對背二極管可阻止反向偏置，防止電流從輸出端回流到輸入端。

5.6 OTG使能

OTG_ENA和OTG_ENB可用于在輸出電壓高于啟動電壓時，開啟開關使輸出端向輸入端供電。在OTG操作期間，如果輸入端電壓超過OVLOA和OVLOB，OVP開關將關閉。建議在OTG操作前為輸出端供電，并在禁用OTG操作前移除輸出端的電源。

5.7 熱關斷保護

當結溫超過典型值150°C時，內部FET將關閉；當溫度下降約20°C時，設備恢復正常工作。這種熱關斷保護功能，有效防止了設備因過熱而損壞。

六、應用注意事項

6.1 輸入旁路電容

在大多數應用中，應盡可能靠近設備將INA和INB通過0.1μF的陶瓷電容旁路到地。如果電源由于長引線長度而具有顯著的電感，需要注意防止LC諧振電路引起的過沖，并通過鉗位過沖來提供保護。

6.2 輸出電容

設備的緩慢開啟時間提供了軟啟動功能，允許對高達1000μF的輸出電容進行充電，而不會因過流情況而關閉。當PCON = 0時，在通道B切換到通道A的過程中，輸出端會主動放電。由于輸入電纜的電感和較小的輸入電容（0.1μF）可能導致輸入電壓下降，從而觸發切換回通道B并使輸出鎖存關閉。因此，應限制輸出電容的值，以確保在輸出再充電期間輸入電壓保持在有效電壓以上。對于1m長的充電電纜，建議輸出電容值不超過33μF。

6.3 ESD保護

設備在所有引腳上都集成了ESD保護結構，可防止在處理和組裝過程中遇到的高達±2kV（人體模型）的靜電放電。INA和INB還進一步增強了ESD保護能力，在人體模型下可達±15kV，在IEC 61000 - 4 - 2接觸放電和空氣間隙放電下分別可達±8kV和±15kV，且不會損壞。

七、訂購信息

其中，“+”表示無鉛封裝且符合RoHS標準。

八、總結

MAX14727/MAX14728/MAX14731系列雙輸入雙向過壓保護器具有多種優秀的特性和功能，能夠為便攜式設備提供可靠的過壓保護。在設計過程中，我們可以根據具體的應用需求，靈活調整其參數，充分發揮其優勢。大家在實際使用這些過壓保護器時，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨特的應用經驗呢？歡迎在評論區分享。

希望通過這篇文章，能讓大家對MAX14727/MAX14728/MAX14731有更深入的了解，為我們的電子設計工作提供更多的幫助。