MAX5079：超快速200ns關(guān)斷的ORing MOSFET控制器

在電子工程師的日常工作中，電源管理是一個至關(guān)重要的領(lǐng)域。特別是在高可靠性冗余、并聯(lián)電源系統(tǒng)中，如何高效地管理電源，降低功耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一直是我們不斷追求的目標(biāo)。今天，我要為大家介紹一款非常優(yōu)秀的ORing MOSFET控制器——MAX5079。

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1. 產(chǎn)品概述

MAX5079是一款用于高可靠性冗余、并聯(lián)電源的ORing MOSFET控制器，它的主要作用是替代傳統(tǒng)的ORing二極管。傳統(tǒng)的ORing肖特基二極管雖然正向壓降較低，但在大電流情況下會產(chǎn)生過大的功耗。而MAX5079允許使用低導(dǎo)通電阻的n溝道功率MOSFET來替代肖特基二極管，從而實現(xiàn)低功耗、小尺寸，并在高功率應(yīng)用中無需使用散熱片。

1.1 工作電壓范圍

MAX5079的工作電壓范圍為2.75V至13.2V，并且包含一個電荷泵來驅(qū)動高端n溝道MOSFET。如果有至少2.75V的輔助電壓可用，其工作電壓可低至1V。

1.2 開關(guān)控制邏輯

當(dāng)控制器檢測到IN和BUS之間存在正電壓差時，n溝道MOSFET導(dǎo)通；一旦MAX5079檢測到IN相對于BUS電壓為負電位，MOSFET立即關(guān)斷；當(dāng)正電位恢復(fù)時，MOSFET自動重新導(dǎo)通。在故障條件下，ORing MOSFET的柵極以1A電流下拉，實現(xiàn)超快速的200ns關(guān)斷。此外，反向電壓關(guān)斷閾值可外部調(diào)節(jié)，以避免由于電源熱插拔導(dǎo)致的IN或BUS上的干擾引起ORing MOSFET意外關(guān)斷。

1.3 其他特性

MAX5079還具有OVP標(biāo)志，可在過壓情況下方便地關(guān)閉故障電源；PGOOD信號可指示(V_{IN})是否低于欠壓鎖定或VBUS是否處于過壓狀態(tài)。該器件的工作溫度范圍為 -40°C至 +85°C，采用節(jié)省空間的14引腳TSSOP封裝。

2. 應(yīng)用領(lǐng)域

MAX5079的應(yīng)用非常廣泛，主要包括以下幾個方面：

• 并聯(lián)DC - DC轉(zhuǎn)換器模塊：在多個DC - DC轉(zhuǎn)換器并聯(lián)的系統(tǒng)中，MAX5079可以有效地管理電源的分配，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。
• N + 1冗余電源系統(tǒng)：通過使用MAX5079，可以確保在一個電源出現(xiàn)故障時，其他電源能夠正常工作，保證系統(tǒng)的不間斷運行。
• 服務(wù)器：服務(wù)器對電源的穩(wěn)定性要求極高，MAX5079可以為服務(wù)器提供可靠的電源管理，降低功耗，延長服務(wù)器的使用壽命。
• 基站線卡：在基站的線卡中，電源管理至關(guān)重要。MAX5079可以滿足基站線卡對電源的高要求，提高通信質(zhì)量。
• RAID：RAID系統(tǒng)需要穩(wěn)定的電源供應(yīng)，MAX5079可以為RAID系統(tǒng)提供高效的電源管理，確保數(shù)據(jù)的安全存儲。
• 網(wǎng)絡(luò)線卡：網(wǎng)絡(luò)線卡的正常運行離不開穩(wěn)定的電源，MAX5079可以為網(wǎng)絡(luò)線卡提供可靠的電源支持，保證網(wǎng)絡(luò)的暢通。

3. 產(chǎn)品優(yōu)勢與特性

3.1 降低功耗和節(jié)省電路板空間

• 寬輸入電壓范圍：支持2.75V至13.2V的輸入ORing電壓，在有2.75V輔助電壓時，輸入ORing電壓范圍可擴展至1V至13.2V。
• 小封裝：采用14引腳TSSOP封裝，節(jié)省電路板空間。

3.2 增強系統(tǒng)可靠性的保護特性

• 大電流柵極下拉：在故障條件下，MOSFET柵極具有2A的下拉電流，確?？焖訇P(guān)斷。
• 超快速關(guān)斷時間：故障時MOSFET的關(guān)斷時間僅為200ns，有效保護系統(tǒng)。
• 電壓檢測功能：具備電源欠壓和總線過壓檢測功能，及時發(fā)現(xiàn)故障。
• 故障檢測輸出：提供Power - Good (PGOOD)和Overvoltage (OVP)輸出，方便進行故障檢測。

4. 電氣特性

MAX5079的電氣特性非常豐富，涵蓋了電源、開關(guān)切換、欠壓鎖定、MOSFET控制、驅(qū)動和保護等多個方面。以下是一些關(guān)鍵電氣特性的介紹：

4.1 電源相關(guān)特性

• 輸入電壓范圍：IN輸入電壓范圍為2.75V至13.2V，當(dāng)(V_{AUXIN} geq 2.75V)時，可低至1V；AUXIN輸入電壓范圍為0V至13.2V。
• 電流特性：IN電源電流、AUXIN泄漏電流、AUXIN電源電流、BUS泄漏電流和BUS電源電流等都有明確的參數(shù)范圍。

4.2 開關(guān)切換特性

包括IN到AUXIN的切換高閾值和低閾值，確保在不同電壓條件下的穩(wěn)定切換。

4.3 欠壓鎖定特性

內(nèi)部和外部欠壓鎖定閾值及遲滯都有詳細的參數(shù)，保證在電壓異常時系統(tǒng)的安全。

4.4 ORing MOSFET控制特性

• 導(dǎo)通時間：ORing MOSFET的導(dǎo)通時間在特定條件下為10μs至25μs。
• 電壓閾值：正向和反向電壓閾值可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進行調(diào)整。
• 消隱時間：快速和慢速比較器都有相應(yīng)的反向電壓消隱時間，避免干擾引起的誤動作。

4.5 ORing MOSFET驅(qū)動特性

• 柵極充電電流：柵極充電電流為0.7mA至2mA。
• 柵極放電電流：在不同條件下，柵極放電電流有明確的參數(shù)范圍。
• 柵極下降時間：柵極下降時間在特定條件下為200ns至600ns。

4.6 保護特性

• OVI輸入偏置電流和閾值：確保過壓檢測的準(zhǔn)確性。
• OVP和PGOOD輸出特性：提供可靠的故障指示和保護功能。

5. 典型工作特性

文檔中給出了多個典型工作特性曲線，包括AUXIN電源電流與溫度的關(guān)系、慢速比較器反向電壓閾值與電阻的關(guān)系、柵極充電電流與輸入電壓的關(guān)系等。這些曲線可以幫助我們更好地了解MAX5079在不同條件下的工作性能，為實際應(yīng)用提供參考。

6. 引腳配置與功能

6.1 引腳配置

6.2 引腳功能詳解

每個引腳都有其特定的功能，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求進行正確連接。例如，CXN和CXP用于連接外部電荷泵電容，OVP和PGOOD用于故障檢測和指示，STH和FTH用于設(shè)置MOSFET的反向電壓閾值等。

7. 詳細工作原理

7.1 啟動過程

當(dāng)(V{IN})等于或大于2.75V且(V{UVLO})超過欠壓鎖定閾值0.66V時，MAX5079上電。如果(V{IN})低至1V，只要(V{UVLO} geq 0.6V)且(V{AUXIN} geq 2.75V)，也可以正常工作。當(dāng)(V{UVLO})越過欠壓鎖定閾值時，(V{GATE})上升到(V{IN})，電荷泵開啟，以2mA的電流為外部MOSFET的柵極電容充電，避免輸入電源產(chǎn)生大的浪涌電流。

7.2 不同電源狀態(tài)下的工作情況

文檔中詳細描述了在多種電源狀態(tài)下MAX5079的工作過程，包括多個電源同時啟動、電源熱插拔、總線短路、電源短路、電源開路和電源過壓等情況。例如，在多個電源同時啟動時，需要確保電源的軟啟動時間足夠長，以避免總線電壓過沖；在電源熱插拔時，需要設(shè)置合適的慢速比較器閾值和消隱時間，以避免電壓尖峰導(dǎo)致MOSFET誤關(guān)斷。

7.3 內(nèi)部和外部欠壓鎖定

內(nèi)部欠壓鎖定監(jiān)測(V{IN})和(V{AUXIN})，直到其中一個電壓達到2.75V才使MAX5079開啟。外部欠壓鎖定監(jiān)測UVLO輸入，直到(V_{UVLO})大于0.66V才使MAX5079正常工作?？梢酝ㄟ^連接電阻分壓器來設(shè)置外部欠壓鎖定閾值。

7.4 電荷泵

MAX5079的內(nèi)部電荷泵分為兩個階段，一個是使用外部電荷泵電容（(C{EXT})）以70kHz運行的電壓倍增器，另一個是使用內(nèi)部電容以1MHz運行的電壓三倍器。電荷泵將柵極驅(qū)動電壓（(V{GATE})）提升到足夠高的水平，以完全增強n溝道ORing MOSFET。(C_{EXT})的選擇非常重要，它應(yīng)該等于ORing MOSFET柵極電容的10倍，以確保MOSFET的快速導(dǎo)通。

7.5 GATE驅(qū)動和柵極下拉

MAX5079的電荷泵為ORing MOSFET的柵極提供偏置，使其高于IN（MOSFET的源極）。GATE的源電流和導(dǎo)通速度取決于(C_{EXT})的值。在故障條件下，當(dāng)滿足特定條件時，GATE通過內(nèi)部2A電流沉下拉低，以快速關(guān)斷MOSFET。

7.6 快速比較器和慢速比較器

• 快速比較器（FTH）：具有50ns的消隱時間，可避免在快速瞬變期間ORing MOSFET意外關(guān)斷。反向電壓閾值（(V_{FTH})）可通過連接電阻從FTH到GND進行編程，以優(yōu)化系統(tǒng)性能。
• 慢速比較器（STH）：用于在并聯(lián)電源熱插拔或移除時提供抗干擾能力。它具有可編程的反向電壓閾值（(V{STH})）和消隱時間（(t{STH})），可通過連接電阻（(R{STH})）和電容（(C{STH})）來設(shè)置。

7.7 過壓保護鎖存（OVI/OVP）

OVI是過壓比較器的負輸入，當(dāng)(V{OVI} geq 0.6V)且(V{IN} geq V_{BUS})時，OVP鎖存低電平，內(nèi)部GATE下拉電路激活，將GATE拉低?？梢酝ㄟ^循環(huán)電源或拉低UVLO再拉高來重置OVP鎖存。

7.8 電源良好比較器（PGOOD）

當(dāng)(V{UVLO})低于0.6V或(V{OVI})高于0.6V時，PGOOD輸出拉低，可用于指示電源狀態(tài)。

8. 布局指南

在PCB布局時，需要遵循以下指南，以確保MAX5079的性能和可靠性：

• 旁路電容：在IN和PGND附近放置一個1μF的陶瓷輸入旁路電容，以減少電源噪聲。
• 電壓檢測：將(V_{BUS})的檢測點靠近大容量電容，遠離ORing MOSFET的漏極，以避免故障時電源丟失導(dǎo)致的柵極下拉延遲。
• 電容放置：將電荷泵電容（(C{EXT})）和慢速比較器消隱時間調(diào)整電容（(C{STH})）盡可能靠近MAX5079。
• 柵極走線：從ORing MOSFET的柵極到GATE的走線要粗，以減少電阻和電感。

9. 典型應(yīng)用電路

文檔中給出了兩個典型應(yīng)用電路，一個是多個電源并聯(lián)的電路，另一個是帶有背對背MOSFET的并聯(lián)電源電路。這些電路可以幫助我們更好地理解MAX5079在實際應(yīng)用中的連接方式和工作原理。

10. 訂購信息

MAX5079的型號為MAX5079EUD，溫度范圍為 -40°C至 +85°C，采用14引腳TSSOP封裝。

總結(jié)

MAX5079是一款功能強大、性能優(yōu)越的ORing MOSFET控制器，它在高可靠性冗余、并聯(lián)電源系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。通過替代傳統(tǒng)的ORing二極管，MAX5079可以顯著降低功耗，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在實際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體需求合理選擇參數(shù)，正確連接引腳，并遵循布局指南，以充分發(fā)揮MAX5079的優(yōu)勢。希望本文對大家了解和使用MAX5079有所幫助。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。