MAX1564：4mm x 4mm Thin QFN封装的1.2A三路USB开关解析

在电子设备的设计中，USB接口的应用无处不在，而一个性能优良的USB开关对于保障设备的稳定运行至关重要。今天我们就来详细了解一下MAX1564这款三路、带电流限制的USB开关。

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一、产品概述

MAX1564采用节省空间的16引脚、4mm x 4mm薄型QFN封装，每个通道都满足USB端口的所有IEC规范，且每个输出端能够提供高达1.2A的电流。它具备多种保护功能，能有效应对各种复杂的工作情况，为系统的稳定运行保驾护航。

二、产品特性

（一）小巧封装

16引脚、4mm x 4mm的薄型QFN封装，大大节省了电路板空间，非常适合对空间要求较高的设计。

（二）多重保护

1. 热过载保护：在长时间短路或过载情况下，热关断功能可限制结温，避免芯片因过热而损坏。
2. 反向电流阻断：无论开关状态如何，反向电流保护电路都能阻止电流从输出流向输入，符合USB规范要求。
3. 可编程电流限制：用户可通过精确的可编程电流限制电路，根据实际需求设置电流限制，保护输入电源免受过载影响。
4. 短路保护：当输出短路超过20ms时，开关会锁存关闭，节省系统电源。之后会自动重启，以25mA电流测试短路是否消除。
5. 故障消隐功能：20ms的故障消隐特性可忽略瞬间故障，如热插拔到容性负载时产生的故障，避免向主机系统发出误报警。

（三）自动重启

当故障消除后，MAX1564能够自动重启，恢复正常工作，提高了系统的可靠性和稳定性。

（四）精确的电流限制

电流限制精度可达12%，确保输出电流在设定范围内稳定输出。

（五）宽输入电源范围

2.7V至5.5V的输入电源范围，使其能够适应不同的电源环境。

（六）独立故障指示

每个开关都有独立的开漏故障信号输出，可及时通知微处理器内部电流已达到限制。

（七）ESD保护

具备±15kV的ESD保护（带电容），增强了芯片的抗静电能力。

三、电气特性

（一）电源电压范围

电源电压范围为2.75V至5.50V，能适应多种电源供电。

（二）开关导通电阻

不同电源电压和温度条件下，开关导通电阻有所不同。例如，在VIN_ = VCC = 5V、TA = +25°C时，典型值为60mΩ。

（三）电流相关参数

包括待机供电电流、静态供电电流、输出关断泄漏电流等，这些参数对于评估芯片的功耗和性能至关重要。

（四）欠压锁定阈值

输入电压上升时，欠压锁定阈值为2.2V至2.7V，具有3%的滞后特性。

（五）电流限制阈值

可通过连接不同阻值的电阻到SETI引脚来设置不同的电流限制阈值，如RSETI = 26.1kΩ时，电流限制阈值为1.20A至1.54A。

四、典型应用电路及特性

在典型应用电路中，VINA = VINB = VINC = VSEL = VONA = VONB = VONC = 5V，TA = +25°C条件下，通过一系列图表展示了其各项特性，如开关导通时间、输出上升时间、输出下降时间等。这些特性对于工程师在实际设计中优化电路性能具有重要的参考价值。

五、引脚说明

（一）输入电源引脚

INA、INB、INC和VCC为输入电源引脚，为相应的输出提供电源，且这几个引脚必须在外部连接在一起，并通过0.1uF电容旁路到地。

（二）极性控制输入引脚

SEL用于选择ONA、ONB和ONC的极性，可根据需要连接到VCC或GND。

（三）电流限制编程输入引脚

SETI用于设置电流限制，通过连接一个26kΩ至60kΩ的电阻到地来实现。

（四）故障指示输出引脚

FLTA、FLTB和FLTC为故障指示输出引脚，当相应的输入电压低于欠压锁定阈值、开关处于电流限制状态超过20ms或处于热关断状态时，引脚输出低电平。

（五）输出引脚

OUTA、OUTB和OUTC为电源输出引脚，在关断期间呈高阻抗状态。

（六）控制输入引脚

ONA、ONB和ONC为控制输入引脚，其有效电平取决于SEL的连接状态。

六、详细工作原理

（一）欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于2.5V（典型值）时，欠压锁定电路会使芯片禁用，同时FLT_引脚输出低电平，防止在启动和掉电情况下开关误操作。

（二）电流限制故障保护

在过流事件中，芯片会根据输出电压选择连续电流限制或短路电流限制模式。当VOUT_大于1V时，工作在连续电流限制模式；当VOUT_小于1V时，工作在短路电流限制模式。如果故障持续20ms（典型值），输出将关闭并触发故障标志。

（三）自动重启模式

通过从输出端提供25mA电流并监测输出电压，当输出电压超过0.5V持续20ms时，故障标志复位，输出重新开启。此外，也可通过切换ON_输入来复位故障。

（四）反向电流阻断

在正常工作且通道启用时，若输出电压高于输入电压足以产生超过0.9A（典型值）的反向电流，开关会立即关闭。若该情况持续超过20ms（典型值），开关将保持关闭并触发FLT_标志。当通道禁用时，输出切换到高阻抗状态，阻断反向电流。

（五）热关断

每个通道都有独立的热关断功能，即使某个通道出现故障，其他通道仍可正常供电。当结温超过160°C时，通道会自动关闭，待温度下降后可通过自动重启模式恢复。

七、应用信息

（一）设置电流限制

通过连接一个26kΩ至60kΩ的电阻到SETI引脚来设置电流限制，计算公式为ILIMIT = 1.37A × 26.1kΩ / R1。

（二）输入电容

为限制瞬间输出负载瞬变时的输入电压降，需在IN_和地之间连接电容。建议使用0.1µF陶瓷电容进行局部去耦，对于感性负载，可使用更大的电容以防止电压尖峰超过芯片的绝对最大额定值。

（三）布局和散热

尽量缩短所有输入/输出走线，减少寄生电感的影响，优化开关对输出短路情况的响应时间。输入和输出电容应放置在距离器件引脚不超过5mm的位置，IN_和OUT_与电源总线的连接走线要短，宽的电源总线平面有助于散热。

（四）输出电容

输出端可使用最大2000µF的电容来平滑瞬变和增加上升/下降时间，但过大的输出电容可能会导致启动时的输出充电时间超过故障消隐期，触发FLT_标志。

（五）驱动感性负载

在驱动感性负载时，要注意避免电压尖峰超过芯片的绝对最大额定值。若出现严重振铃现象，可将MAX1564的输出钳位在+6V和 -0.3V之间。

八、总结

MAX1564是一款功能强大、性能优良的USB开关，其小巧的封装、多重保护功能和灵活的可编程特性使其在USB端口、USB集线器、笔记本电脑、台式电脑和 docking 站等应用中具有广泛的应用前景。作为电子工程师，在设计相关电路时，充分了解和合理应用MAX1564的各项特性，能够有效提高系统的稳定性和可靠性。大家在实际应用中是否遇到过类似芯片的使用问题呢？欢迎在评论区分享交流。