MAX16128/MAX16129：負(fù)載突降/反極性電壓保護(hù)電路的卓越之選

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電源保護(hù)至關(guān)重要。尤其是在汽車、工業(yè)、航空電子以及電信等領(lǐng)域，電源常常面臨過(guò)壓、反極性電壓和高壓瞬態(tài)脈沖等惡劣條件的挑戰(zhàn)。Maxim Integrated的MAX16128/MAX16129負(fù)載突降/反極性電壓保護(hù)電路，就是為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)而設(shè)計(jì)的優(yōu)秀解決方案。

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產(chǎn)品概述

MAX16128/MAX16129能夠保護(hù)電源免受各種有害輸入電壓條件的影響。它利用內(nèi)置電荷泵控制兩個(gè)外部背對(duì)背n溝道MOSFET，在出現(xiàn)如汽車負(fù)載突降脈沖或電池反接等故障時(shí)，迅速關(guān)閉并隔離下游電源。該器件可在低至3V的電壓下正常工作，確保在汽車?yán)鋯?dòng)等情況下也能穩(wěn)定運(yùn)行。此外，它還具備標(biāo)志輸出（FLAG），可在故障發(fā)生時(shí)發(fā)出信號(hào)。

關(guān)鍵特性與優(yōu)勢(shì)

增強(qiáng)敏感電子元件保護(hù)

• 寬輸入電壓保護(hù)范圍：支持 -36V 至 +90V 的輸入電壓，能有效應(yīng)對(duì)各種惡劣環(huán)境。
• 快速關(guān)斷與負(fù)載隔離：在故障發(fā)生時(shí)，可快速關(guān)閉柵極，實(shí)現(xiàn)完全的負(fù)載隔離。
• 熱關(guān)斷保護(hù)：當(dāng)內(nèi)部芯片溫度超過(guò) 145°C 時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉 MOSFET，防止過(guò)熱損壞。
• 故障指示：FLAG 輸出可明確指示故障狀態(tài)。
• 汽車級(jí)認(rèn)證：適用于汽車應(yīng)用，能在 -40°C 至 +125°C 的寬溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。

集成化設(shè)計(jì)減小方案尺寸

• 內(nèi)部電荷泵電路：增強(qiáng)外部 n 溝道 MOSFET 的驅(qū)動(dòng)能力。
• 固定欠壓/過(guò)壓閾值：減少外部元件數(shù)量，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。
• 小巧封裝：采用 3mm × 3mm、8 引腳的 μMAX 封裝。

降低功耗

與分立解決方案相比，MAX16128/MAX16129 在反極性電壓保護(hù)時(shí)的工作電壓降極小。在 30V 輸入時(shí)，其電源電流為 380μA，關(guān)斷電流為 100μA。

電氣特性詳解

輸入電壓與電流

輸入電壓范圍為 3V 至 -36V 到 +90V，不同工作模式和輸入電壓下，輸入電源電流和 SRC 輸入電流有所不同。例如，在 VIN = VSRC = VOUT = 12V 且 SHDN = high 時(shí)，輸入電源電流典型值為 260μA。

閾值與遲滯

內(nèi)部欠壓閾值、過(guò)壓閾值以及冷啟動(dòng)閾值都有明確的范圍和遲滯值。這些閾值確保了器件在不同電壓條件下的穩(wěn)定工作。

響應(yīng)時(shí)間

啟動(dòng)響應(yīng)時(shí)間為 150μs，過(guò)壓到柵極的傳播延遲為 1μs，欠壓到柵極的傳播延遲為 21μs?？焖俚捻憫?yīng)時(shí)間能及時(shí)應(yīng)對(duì)各種故障。

輸出特性

GATE 輸出電壓在不同輸入電壓下有不同的表現(xiàn)，F(xiàn)LAG 輸出在故障時(shí)會(huì)拉低，方便用戶檢測(cè)故障。

工作模式與功能

過(guò)壓保護(hù)

通過(guò)比較器檢測(cè)過(guò)壓情況，當(dāng)輸入或輸出電壓超過(guò)閾值時(shí)，GATE 輸出變低，關(guān)閉外部 MOSFET，同時(shí) FLAG 輸出指示故障。

過(guò)壓限制器模式（MAX16129）

在此模式下，輸出電壓被調(diào)節(jié)在過(guò)壓閾值電壓，繼續(xù)為下游設(shè)備供電。MOSFET 會(huì)根據(jù)輸出電壓的變化進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作，實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)節(jié)。但長(zhǎng)時(shí)間工作在該模式時(shí)，需注意 MOSFET 的散熱問(wèn)題。

過(guò)壓開(kāi)關(guān)模式（MAX16128）

當(dāng)輸入電壓超過(guò)過(guò)壓閾值時(shí)，外部 MOSFET 關(guān)閉，斷開(kāi)負(fù)載與輸入的連接。該模式有多種重試選項(xiàng)，如始終重試、一次重試后鎖存、三次重試后鎖存和鎖存模式。

欠壓保護(hù)

當(dāng)輸入電壓低于欠壓閾值時(shí)，GATE 變低，關(guān)閉 MOSFET，F(xiàn)LAG 輸出指示故障。輸入電壓恢復(fù)正常后，經(jīng)過(guò) 150μs 延遲，GATE 變高。

冷啟動(dòng)監(jiān)測(cè)

根據(jù)器件型號(hào)后綴的不同，有兩種處理冷啟動(dòng)故障的方式。冷啟動(dòng)比較器可選擇啟用或禁用，以應(yīng)對(duì)輸入電壓下降的情況。

熱關(guān)斷

當(dāng)內(nèi)部芯片溫度超過(guò) 145°C 時(shí)，MOSFET 關(guān)閉，溫度下降 15°C 后，MOSFET 重新開(kāi)啟。需注意不要超過(guò)絕對(duì)最大結(jié)溫 150°C。

標(biāo)志輸出（FLAG）

FLAG 輸出為開(kāi)漏輸出，在啟動(dòng)時(shí)，若無(wú)故障，VOUT 大于 90% VIN 時(shí)變?yōu)楦咦钁B(tài)。在關(guān)機(jī)、過(guò)壓、熱關(guān)斷、欠壓故障或 VOUT 低于 90% VIN 時(shí)，F(xiàn)LAG 拉低。

應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)

應(yīng)用領(lǐng)域

廣泛應(yīng)用于汽車、工業(yè)、航空電子、電信/服務(wù)器/網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域。

MOSFET 選擇

選擇 MOSFET 時(shí)，需考慮柵極電容、漏源電壓額定值、導(dǎo)通電阻、峰值功率耗散能力和平均功率耗散限制等因素。一般建議兩個(gè) MOSFET 采用相同型號(hào)，對(duì)于空間受限的應(yīng)用，可選擇雙 MOSFET。

MOSFET 功率耗散

正常工作時(shí)，MOSFET 的功率耗散可通過(guò)公式 (P = I{LOAD}^{2} × R{DS(ON)}) 計(jì)算。在故障的開(kāi)關(guān)模式下，MOSFET 不耗散功率；在限制器模式下，平均功率可通過(guò)公式 (P = I{LOAD} times (V{IN } - V_{OUT })) 計(jì)算。需注意確保電路不超過(guò) MOSFET 的峰值功率額定值。

MOSFET 柵極保護(hù)

為保護(hù) MOSFET 的柵極，需在柵極和源極之間連接齊納鉗位二極管，選擇的齊納鉗位電壓應(yīng)在 10V 以上且低于 MOSFET 的 VGS 最大額定值。

增加輸入電壓保護(hù)范圍

可通過(guò)在 IN 到 GND 之間連接兩個(gè)背對(duì)背的齊納二極管，并在 IN 和電源輸入之間串聯(lián)電阻來(lái)增加正輸入電壓保護(hù)范圍。同時(shí)，需計(jì)算串聯(lián)電阻的峰值功率耗散，必要時(shí)可并聯(lián)多個(gè)電阻或使用汽車級(jí)電阻。

輸出儲(chǔ)能電容

輸出電容可作為儲(chǔ)能電容，使下游電路在故障瞬態(tài)條件下繼續(xù)工作。由于輸出電壓受保護(hù)，電容的電壓額定值可低于預(yù)期的最大輸入電壓。

總結(jié)

MAX16128/MAX16129 負(fù)載突降/反極性電壓保護(hù)電路以其卓越的性能和豐富的功能，為電子工程師在惡劣環(huán)境下保護(hù)敏感電子元件提供了可靠的解決方案。通過(guò)合理選擇 MOSFET 和外部元件，工程師可以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定、高效的電源保護(hù)電路。你在實(shí)際應(yīng)用中是否遇到過(guò)類似的電源保護(hù)問(wèn)題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)。