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

在電子設備的設計中，電源保護至關重要。今天要介紹的 MAX14721、MAX14722 和 MAX14723 這三款高精度可調功率限制器，能為系統提供全面且可靠的保護。

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產品概述

MAX14721 - MAX14723 是一系列可調的過壓、欠壓和過流保護設備。它們不僅能防止過流故障，還能抵御正過壓和反壓故障。當與可選的外部 p 溝道 MOSFET 配合使用時，這些設備可以保護下游電路免受高達 +60V 和 -60V（針對 -60V 外部 pFET 額定值）的電壓故障影響。其集成的 FET 具有低至 76mΩ 的導通電阻，在性能上表現出色。

啟動特性

在啟動階段，這些設備專為連續模式下對輸出端的大電容進行充電而設計，適用于下游設備輸入端使用大儲能電容的應用場景。此外，它們還具備雙級限流模式，在啟動后的短時間內，電流會分別連續限制為編程限制的 1 倍、1.5 倍和 2 倍（對應 MAX14721、MAX14722 和 MAX14723），這使得在啟動時能夠更快地為大負載充電。

保護功能

除了上述的過壓、欠壓和過流保護外，MAX14721 - MAX14723 還具備反向電流和過溫保護功能。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，能適應較為惡劣的工作環境。

產品特性與優勢

強大的高功率保護

• 寬輸入電源范圍：輸入電源范圍為 +5.5V 至 +60V，能適應多種不同的電源環境。
• 可編程輸入電源過壓設置：可編程的輸入電源過壓設置高達 40V，用戶可以根據實際需求進行靈活調整。
• 熱折返限流保護：熱折返限流保護功能可以有效防止設備因過熱而損壞，提高系統的穩定性和可靠性。
• 負輸入耐受能力：能夠耐受 -60V 的負輸入（針對 -60V 外部 pFET 額定值），增強了設備在復雜電源環境下的適應性。
• 低導通電阻：典型的 76mΩ 低導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：配合外部 pFET 實現反向電流阻斷保護，進一步保障了系統的安全。

安全啟動

雙級限流功能可以防止 FET 過熱，實現更安全的啟動。不同型號的設備在啟動電流上有所不同，MAX14721 的啟動電流為編程限制的 1 倍，MAX14722 為 1.5 倍，MAX14723 為 2 倍，這種設計可以根據不同的負載需求選擇合適的型號。

靈活設計

• 可調的 OVLO 和 UVLO 閾值：用戶可以通過外部電壓分壓器手動設置過壓鎖定（OVLO）和欠壓鎖定（UVLO）閾值，也可以將 OVLO 和/或 UVLO 引腳連接到 GND 使用工廠預設的內部閾值，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，在全溫度范圍內精度為 ±15%，能夠滿足不同負載的電流需求。
• 多種使能輸入：具有正常和高壓使能輸入（EN 和 HVEN），方便用戶對設備進行控制。
• 受保護的外部 pFET 柵極驅動：受保護的外部 pFET 柵極驅動可以確保外部 pFET 的穩定工作。

節省空間

采用 20 引腳、5mm x 5mm TQFN 封裝，集成了 nFET，節省了電路板空間，減少了外部物料清單（BOM）的數量，降低了設計成本。

電氣特性

電源相關特性

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

UVLO 和 OVLO 特性

內部 UVLO 和 OVLO 跳閘電平都有相應的典型值和范圍，并且具有一定的滯后特性。外部 UVLO 和 OVLO 調整范圍也有明確規定，用戶可以根據需要進行調整。

內部 FET 特性

內部 FET 的導通電阻典型值為 76mΩ，電流限制調整范圍為 0.2A 至 2A，在全溫度范圍內電流限制精度為 ±15%。此外，還具有反向電流阻斷閾值、響應時間等特性。

邏輯輸入和輸出特性

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

動態性能和熱保護特性

在動態性能方面，開關開啟時間、故障恢復時間、過壓和過流開關響應時間等都有明確的規定。熱保護特性包括熱折返和熱關斷溫度閾值以及熱關斷滯后等，能有效保護設備免受過熱損壞。

詳細工作原理

啟動控制

這些設備采用雙級啟動序列，在啟動初始時間（tSTI）內將電流連續限制為設定電流限制的 1 倍、1.5 倍或 2 倍，以便快速為開關輸出端的大電容充電。如果設備溫度上升到熱折返閾值（TJ_FB），設備將進入功率限制模式。在啟動超時時間（tSTO）內，如果輸出未充電，開關將關閉，需要切換 IN、EN 或 HVEN 才能恢復正常運行。

OVLO 和 UVLO 功能

通過將 OVLO 或 UVLO 引腳連接到 GND，可以選擇預設的內部閾值；如果電壓超過選擇閾值，設備將進入可調模式，可通過外部電壓分壓器調整閾值。OVLO 的允許設置范圍為 6V 至 40V，UVLO 的允許設置范圍為 5.5V 至 24V。

開關控制

設備有兩個獨立的使能輸入（HVEN 和 EN），根據真值表控制開關狀態。在故障情況下，切換 HVEN 或 EN 可以重置故障。

輸入去抖

具有內置的輸入去抖時間（tDEB），在 POR 事件和開關開啟之間設置延遲，防止因輸入電壓波動導致的誤觸發。

限流模式選擇

有三種可選的限流模式：連續模式、自動重試模式和鎖存關閉模式。通過 CLTS1 和 CLTS2 引腳的狀態設置限流模式類型。在嚴重過載情況下，設備會立即關閉內部 nFET 和外部 pFET，并嘗試重啟。

自動重試模式

當電流達到閾值時，tBLANK 定時器開始計數。如果過流情況持續到 tBLANK 結束，開關關閉，然后在 tRETRY 后嘗試重啟。該模式可以有效降低系統功耗，節省電能。

鎖存關閉模式

當電流達到閾值時，tBLANK 定時器開始計數。如果過流情況持續到 tBLANK 結束，開關關閉并保持關閉狀態，直到控制邏輯（EN 或 HVEN）切換或輸入電壓循環。

連續模式

當電流達到閾值時，設備將電流限制在編程值。FLAG 輸出根據開關兩端的電壓降進行斷言或取消斷言。

反向電流阻斷

當檢測到反向電流時，內部 nFET 和外部 pFET 關閉一段時間（tREV_REC），然后根據條件嘗試重啟。

故障指示輸出

FLAG 是一個開漏故障指示輸出，在多種故障情況下會斷言低電平，提醒用戶設備出現問題。

熱關斷保護

當結溫超過 +170oC（典型值）時，開關關閉，FLAG 斷言。根據不同的限流模式，設備在溫度降低后以不同方式恢復正常運行。

應用與設計注意事項

電流限制閾值設置

通過在 SETI 和地之間連接電阻來編程電流限制閾值。計算公式為 (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

內部保護可應對高達 30V/μs 的熱插拔輸入瞬變。在惡劣工業 EMC 測試要求下，使用瞬態電壓抑制器（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穩定運行，從 OUT 到地連接 4.7μF 陶瓷電容。可根據公式 (C{MAX }(m F)=I{LIM}(A)left[frac{M × t{STI }(ms)+t{STO }(ms)}{V_{IN_MAX }(V)}right]) 計算可連接到 OUT 的最大電容負載。

布局和散熱

為了優化開關對輸出短路情況的響應，應盡量縮短所有走線，將輸入和輸出電容盡可能靠近設備放置。在連續電流限制模式下，需要使用大銅平面和多個熱過孔來增加熱容量和降低熱阻。

ESD 測試條件

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

綜上所述，MAX14721/MAX14722/MAX14723 是一系列功能強大、性能卓越的電源保護設備，適用于工業電源系統、控制與自動化、運動系統驅動、人機界面和高功率應用等多個領域。在設計過程中，工程師們需要根據具體的應用需求和設計要求，合理設置各項參數，注意布局和散熱等問題，以充分發揮這些設備的優勢，為系統提供可靠的電源保護。你在實際應用中有沒有遇到過類似設備的相關問題呢？歡迎在評論區分享你的經驗和見解。