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

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)過程中，過壓保護(hù)是一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。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(hù)器，看看它如何為我們的設(shè)計(jì)帶來便利和可靠的保護(hù)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX14727/MAX14728/MAX14731主要用于保護(hù)貴重的消費(fèi)電路，能抵御高達(dá)+28VDC的兩種正電壓故障，內(nèi)部鉗位電路還可保護(hù)設(shè)備免受高達(dá)100V的浪涌沖擊。它能自動(dòng)選擇輸入源，其中通道A為主要電源。該系列產(chǎn)品具有反向偏置阻斷能力，當(dāng)設(shè)備禁用時(shí)，輸出端的電壓不會(huì)反饋到輸入端。此外，還配備兩個(gè)OTG使能引腳，允許在輸出電壓高于輸出啟動(dòng)電壓時(shí)，用輸出電壓為相應(yīng)的輸入端供電。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

這些過壓保護(hù)器適用于多種便攜式設(shè)備，如智能手機(jī)、平板電腦和電子閱讀器等。在這些設(shè)備中，它們能夠有效保護(hù)電路免受電壓故障的影響，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。大家在設(shè)計(jì)這些類型的產(chǎn)品時(shí)，是否考慮過過壓保護(hù)的具體實(shí)現(xiàn)方式呢？

三、產(chǎn)品特性與優(yōu)勢(shì)

3.1 雙輸入電源保護(hù)

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

3.2 靈活精確的過壓鎖定（OVLO）設(shè)計(jì)

• 寬可調(diào)閾值范圍：OVLO閾值可通過外部電阻在4V至14V之間進(jìn)行靈活調(diào)整，滿足不同的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的靈活性。
• 預(yù)設(shè)精確內(nèi)部閾值：不同型號(hào)預(yù)設(shè)了精確的內(nèi)部OVLO閾值，如MAX14727為13.75V ±2%，MAX14728為10V ±2%，MAX14731為5.92V ±2%。

3.3 高系統(tǒng)可靠性

• 浪涌免疫能力：能夠承受超過100V的浪涌沖擊，增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾能力。
• 軟啟動(dòng)功能：通過軟啟動(dòng)功能，可將浪涌電流降至最低，減少對(duì)設(shè)備的沖擊。
• 啟動(dòng)消抖：內(nèi)部15ms的啟動(dòng)消抖時(shí)間，避免了內(nèi)部FET在啟動(dòng)時(shí)的誤開啟。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：具備熱關(guān)斷保護(hù)功能，可防止設(shè)備因過載而過熱損壞。

3.4 節(jié)省電路板空間

采用30引腳、2.6mm x 2.2mm的晶圓級(jí)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(shè)計(jì)趨勢(shì)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(dòng)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(shè)定，確保了設(shè)備在不同電壓條件下的正常工作。大家在實(shí)際應(yīng)用中，是否遇到過因?yàn)殡妷洪撝翟O(shè)置不當(dāng)而導(dǎo)致的問題呢？

4.2 導(dǎo)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(dǎo)通電阻典型值為68mΩ，最大值為115mΩ。低導(dǎo)通電阻有助于降低功耗，提高設(shè)備的效率。

4.3 過壓保護(hù)

內(nèi)部過壓跳閘電平根據(jù)不同型號(hào)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(shè)置閾值為1.24V，可通過外部電阻進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)輸入電壓超過過壓閾值時(shí)，內(nèi)部FET會(huì)自動(dòng)關(guān)閉，以保護(hù)受保護(hù)的組件。

4.4 數(shù)字信號(hào)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(shù)字信號(hào)的特性，為設(shè)備的控制和狀態(tài)監(jiān)測(cè)提供了便利。

4.5 時(shí)序特性

INA和INB的消抖時(shí)間典型值為17ms，軟啟動(dòng)時(shí)間典型值為5ms，先斷后通時(shí)間典型值為8ms。這些時(shí)序特性確保了設(shè)備在電源切換時(shí)的穩(wěn)定性。

4.6 熱保護(hù)和ESD保護(hù)

熱關(guān)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(hù)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(hù)措施，進(jìn)一步提高了設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

五、功能詳解

5.1 自動(dòng)輸入電源路徑控制

根據(jù)PCON引腳的狀態(tài)，自動(dòng)電源路徑選擇有兩種工作模式。在加電時(shí)，至少有一個(gè)輸入必須超過啟動(dòng)電壓（典型值為2.75V），電路才能正常工作。通道A始終具有優(yōu)先級(jí)，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(shí)，通道B才會(huì)接管通道A。

5.2 軟啟動(dòng)

為了將浪涌電流降至最低，設(shè)備具備軟啟動(dòng)功能，可緩慢開啟內(nèi)部FET。軟啟動(dòng)從INAOK和INBOK被置位開始，持續(xù)時(shí)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(nèi)部的OVLO比較器和預(yù)設(shè)的OVLO值。當(dāng)輸入電壓超過過壓鎖定閾值時(shí)，輸出端與輸入端斷開連接；當(dāng)輸入電壓下降到閾值以下時(shí)，經(jīng)過消抖時(shí)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(diào)整

通過在OVLOA和OVLOB連接外部電阻分壓器，當(dāng)VOVLOA和VOVLOB超過OVLOA和OVLOB選擇電壓時(shí)，內(nèi)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(diào)整方式，為設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性。

5.5 反向偏置阻斷

當(dāng)輸入電壓低于輸入啟動(dòng)電壓且OTG_ENA和OTG_ENB為低電平時(shí)，輸入端和輸出端之間的開關(guān)打開，兩個(gè)串聯(lián)開關(guān)的背對(duì)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(dòng)電壓時(shí)，開啟開關(guān)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(guān)將關(guān)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(guān)斷保護(hù)

當(dāng)結(jié)溫超過典型值150°C時(shí)，內(nèi)部FET將關(guān)閉；當(dāng)溫度下降約20°C時(shí)，設(shè)備恢復(fù)正常工作。這種熱關(guān)斷保護(hù)功能，有效防止了設(shè)備因過熱而損壞。

六、應(yīng)用注意事項(xiàng)

6.1 輸入旁路電容

在大多數(shù)應(yīng)用中，應(yīng)盡可能靠近設(shè)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(zhǎng)引線長(zhǎng)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(hù)。

6.2 輸出電容

設(shè)備的緩慢開啟時(shí)間提供了軟啟動(dòng)功能，允許對(duì)高達(dá)1000μF的輸出電容進(jìn)行充電，而不會(huì)因過流情況而關(guān)閉。當(dāng)PCON = 0時(shí)，在通道B切換到通道A的過程中，輸出端會(huì)主動(dòng)放電。由于輸入電纜的電感和較小的輸入電容（0.1μF）可能導(dǎo)致輸入電壓下降，從而觸發(fā)切換回通道B并使輸出鎖存關(guān)閉。因此，應(yīng)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(duì)于1m長(zhǎng)的充電電纜，建議輸出電容值不超過33μF。

6.3 ESD保護(hù)

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

七、訂購(gòu)信息

其中，“+”表示無鉛封裝且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

八、總結(jié)

MAX14727/MAX14728/MAX14731系列雙輸入雙向過壓保護(hù)器具有多種優(yōu)秀的特性和功能，能夠?yàn)楸銛y式設(shè)備提供可靠的過壓保護(hù)。在設(shè)計(jì)過程中，我們可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求，靈活調(diào)整其參數(shù)，充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。大家在實(shí)際使用這些過壓保護(hù)器時(shí)，有沒有遇到過什么問題或者有什么獨(dú)特的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?zāi)?？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。

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