深度解析MAX16128/MAX16129：负载突降与反接电压保护电路

在当今复杂的电子系统中，电源保护至关重要。特别是在汽车、工业、航空电子和电信等领域，电源可能会面临各种恶劣的电压条件，如过压、反接电压和高压瞬态脉冲等。MAX16128/MAX16129负载突降/反接电压保护电路就是为应对这些挑战而设计的。下面，我们就来深入了解一下这两款保护电路。

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产品概述

MAX16128/MAX16129能够保护电源免受输入电压异常情况的损害，包括过压、反接电压和高压瞬态脉冲。它通过内置的电荷泵控制两个外部背对背n沟道MOSFET，在出现有害输入条件（如汽车负载突降脉冲或电池反接）时，关闭并隔离下游电源。该器件可在低至3V的电压下保证正常工作，确保在汽车冷启动等条件下也能稳定运行。此外，它还具有一个标志输出（FLAG），在故障条件下发出信号。

该产品的应用场景广泛，涵盖了汽车、工业、航空电子以及电信/服务器/网络等领域。在汽车领域，它能应对负载突降和冷启动等常见的电压异常情况；在工业环境中，可保护设备免受电源波动的影响；航空电子设备对可靠性要求极高，MAX16128/MAX16129的高性能能够满足其需求；在电信/服务器/网络领域，能确保设备在复杂的电源环境下稳定运行。大家在实际应用中，是否也遇到过类似的电源保护难题呢？

产品优势与特点

增强敏感电子元件保护

• 宽输入电压保护范围：可提供 -36V 至 +90V 的宽输入电压保护范围，能适应各种恶劣的电源环境。
• 故障时快速关断：在故障条件下，能够快速关闭栅极，实现完全的负载隔离，保护下游设备。
• 热关断保护：具备热关断保护功能，当内部管芯温度超过 145°C 时，会自动关闭 MOSFET，防止过热损坏。
• FLAG 输出指示故障：通过 FLAG 输出可以方便地识别故障条件，便于及时进行处理。
• 汽车级认证：经过汽车级认证，可在 -40°C 至 +125°C 的宽温度范围内稳定工作，适应汽车等恶劣环境。
• 低电压工作能力：能够在低至 +3V 的电压下正常工作，可应对汽车冷启动等低电压情况。

集成化设计减小方案尺寸

• 内部电荷泵电路：内部集成的电荷泵电路可增强外部 n 沟道 MOSFET 的性能，减少外部元件数量。
• 固定欠压/过压阈值：采用固定的欠压/过压阈值，进一步减少了外部元件的使用，同时简化了设计。
• 小封装：采用 3mm × 3mm、8 引脚的 µMAX 封装，节省了电路板空间。

降低功耗

• 低电压降：在反接电压保护时，具有极小的工作电压降，相比传统的离散解决方案，可降低功耗。
• 低电流消耗：在 30V 输入时，电源电流仅为 380µA，关断电流为 100µA，有效降低了能耗。

电气特性

MAX16128/MAX16129 的电气特性表现出色。其输入电压范围为 3V 至 90V，能适应不同的电源环境。在不同的工作条件下，输入电源电流和 SRC 输入电流也有所不同。内部欠压和过压阈值具有一定的精度和滞回特性，可确保准确的电压保护。例如，在输入电压为 12V 时，输入电源电流典型值为 260µA；在 30V 输入且 SHDN 为高电平时，输入电源电流典型值为 290µA。大家在实际设计中，是否会根据这些电气特性来优化电路呢？

典型工作特性

文档中给出了多个典型工作特性的图表，包括过压故障到栅极的传播延迟与温度的关系、反向电流与反向电压的关系、启动波形等。这些图表直观地展示了产品在不同条件下的性能表现。例如，过压故障到栅极的传播延迟会随着温度的变化而变化，在不同的温度下，传播延迟的数值不同。通过这些典型工作特性，我们可以更好地了解产品的性能，为实际应用提供参考。

引脚配置与功能

该产品采用 8 引脚的 µMAX 封装，各引脚具有不同的功能：	引脚	名称	功能
1	OUT	输出电压感应输入，需通过 100Ω 串联电阻连接到负载，并使用最小 10pF 电容旁路到地。
2	SRC	源极输入，连接到外部 MOSFET 的公共源极。当 MOSFET 关闭时，该连接会被钳位到地。
3	GATE	栅极驱动输出，连接到外部 n 沟道 MOSFET 的栅极。在正常工作时，GATE 是电荷泵的输出；在故障条件或 SHDN 拉低时，GATE 会迅速拉低。
4	IN	正电源输入电压，需使用 0.1µF 陶瓷电容旁路到地。
5	SHDN	关断输入，将 SHDN 拉低可强制 GATE 和 FLAG 拉低，并关闭外部 n 沟道 MOSFET。在正常工作时，需从 SHDN 连接一个 100kΩ 电阻到 IN。
6	GND	接地
7	I.C.	内部连接到地
8	FLAG	FLAG 输出，在启动时，只要 VOUT 低于 VIN 的 90%，FLAG 就为低电平，之后为高阻态。在关断模式、过压、热关断、欠压故障或 VOUT 低于 VIN 的 90% 时，FLAG 会拉低。在冷启动故障时，FLAG 也会拉低以指示反向电流保护。

详细工作原理

栅极电荷泵

内部的电荷泵用于产生 GATE 到 SRC 的电压，以增强外部 MOSFET。当输入电压超过欠压阈值后，电荷泵会在 150µs 延迟后开启。在故障条件下，GATE 会以至少 8.8mA 的下拉电流被拉到地。需要注意的是，外部 MOSFET 的栅极和源极之间需要连接一个外部齐纳二极管进行保护。

过压保护

通过内部的比较器和电阻分压器来检测过压情况。当检测到过压时，GATE 输出会变低，从而关闭外部 MOSFET，同时 FLAG 会发出信号指示故障。

过压限制器（MAX16129）

在过压限制器模式下，输出电压会被调节到过压阈值电压，并继续为下游设备供电。此时，器件类似于一个电压调节器。当 OUT 电压超过过压阈值时，GATE 变低，MOSFET 关闭；当 OUT 电压下降到过压阈值减去阈值滞回以下时，GATE 变高，MOSFET 再次开启，以开关线性模式调节 OUT 电压。不过，在长时间处于电压限制模式时，需要注意 MOSFET 的散热问题，以防止过热损坏。

过压开关（MAX16128）

在过压开关模式下，内部过压比较器会监测输入电压。当输入电压超过过压阈值时，GATE 变低，MOSFET 关闭，将负载与输入完全断开。对于自动重试模式的版本，自动重试定时器会启动；对于锁存模式的版本，则需要对 IN 进行电源循环或对 SHDN 进行循环操作才能重新开启外部 MOSFET。MAX16128 还可以配置为锁存关闭模式，即使过压条件结束后也保持关闭状态，需要通过将 IN 电压降低到欠压阈值以下或切换 SHDN 来清除锁存。

欠压保护

通过监测输入电压来实现欠压保护。当输入电压低于欠压阈值时，GATE 变低，关闭外部 MOSFET，同时 FLAG 发出信号。当输入电压超过欠压阈值后，GATE 会在 150µs 延迟（典型值）后变高。

冷启动监测

冷启动故障通常发生在输入电压从稳态下降时。MAX16128/MAX16129 可以根据不同的型号后缀选择不同的冷启动故障处理方式。当冷启动比较器启用时，如果输入电压低于冷启动阈值，GATE 会被拉低，以避免负载因反向电流而放电。当输入电压恢复到正常范围时，GATE 会重新拉高，将负载重新连接到输入。

热关断

当内部管芯温度超过 145°C 时，热关断功能会关闭 MOSFET。当温度下降 15°C（典型值）后，MOSFET 会重新开启。需要注意的是，不要超过绝对最大结温 150°C。

标志输出（FLAG）

FLAG 为开漏输出，用于指示故障条件。在启动时，如果没有故障，当 VOUT 大于 VIN 的 90% 时，FLAG 会变为高阻态。在关断模式、过压、热关断、欠压故障或冷启动故障时，FLAG 会拉低。

反接电压保护

该产品集成了反接电压保护功能，能够承受 -36V 的反向电压而不损坏自身和负载。在反接电压情况下，两个外部 n 沟道 MOSFET 会关闭，保护负载。在正常工作时，MOSFET 导通，具有极小的正向电压降，相比传统的反接电池保护二极管，可降低功耗和电压降。

应用信息

汽车电气瞬态（负载突降）

汽车电路需要对各种电气瞬态进行保护，如负载突降、冷启动等。文档中列出了 ISO 7637 - 2 和 ISO 16750 - 2 标准中定义的各种脉冲情况，包括脉冲的峰值电压、持续时间等。负载突降脉冲通常在发电机充电时电池端子断开时产生，会导致总线电压尖峰。该产品能够应对这些脉冲，保护下游电路。由于产品可以在低至 3V 的电压下工作，下游电路可以在冷启动条件下继续运行。如果需要，还可以增加欠压阈值，使 MOSFET 在冷启动时关闭，断开下游电路，并通过连接输出储能电容为电路提供能量。

MOSFET 选择

MOSFET 的选择对于设计合适的保护电路至关重要。需要考虑的因素包括栅极电容、漏源电压额定值、导通电阻（RDS(ON)）、峰值功率耗散能力和平均功率耗散限制等。一般来说，两个 MOSFET 应选择相同的型号。对于尺寸受限的应用，可以选择双 MOSFET 以节省电路板空间。选择合适的漏源电压，确保 MOSFET 能够承受可能施加到电路的最高电压。栅极电容虽然不是关键因素，但会影响 MOSFET 的开关速度。

MOSFET 功率耗散

在正常工作时，MOSFET 的功率耗散可以通过公式 $P = I{LOAD}^{2} × R{DS(ON)}$ 计算，其中 P 是每个 MOSFET 的功率耗散，$I{LOAD}$ 是平均负载电流。在开关模式的故障条件下，MOSFET 关闭，不消耗功率。在限制器模式下，功率耗散最大，平均功率可以通过公式 $P = I{LOAD} × (V{IN} - V{OUT})$ 计算，其中 P 是两个 MOSFET 的平均功率耗散，$I{LOAD}$ 是平均负载电流，$V{IN}$ 是输入电压，$V_{OUT}$ 是输出的平均限制电压。在限制器模式下，需要注意 MOSFET 的峰值功率额定值，避免超过其承受能力。

MOSFET 栅极保护

为了保护 MOSFET 的栅极，需要在栅极和源极之间连接一个齐纳钳位二极管。选择齐纳钳位电压高于 10V 且低于 MOSFET 的 VGS 最大额定值。

增加输入电压保护范围

该产品可以承受 -36V 至 +90V 的输入电压。为了增加正输入电压保护范围，可以在 IN 到地之间连接两个背对背的齐纳二极管，并在 IN 和电源输入之间串联一个电阻，以限制齐纳二极管的电流。需要注意计算串联电阻的峰值功率耗散，避免超过其额定值。同时，关断输入需要一个串联电阻来限制电流。

输出储能电容

输出电容可以作为储能电容，使下游电路能够在故障瞬态条件下继续工作。由于输出电压受到保护，电容的电压额定值可以低于预期的最大输入电压。

选型指南

MAX16128/MAX16129 有多种型号可供选择，不同的后缀代表不同的功能和参数。通过参考文档中的表格，可以根据具体需求选择合适的型号。例如，通过第一后缀选择欠压阈值，第二后缀选择过压阈值，第三后缀选择冷启动阈值，对于 MAX16128 还可以通过第四后缀选择开关模式选项。

总结

MAX16128/MAX16129 负载突降/反接电压保护电路是一款性能出色的电源保护器件，具有宽输入电压范围、快速响应、低功耗、集成化设计等优点。它适用于汽车、工业、航空电子、电信等多个领域，能够有效保护敏感电子元件免受恶劣电源环境的影响。在实际应用中，我们需要根据具体需求选择合适的型号，并合理选择 MOSFET 等外部元件，以确保电路的可靠性和稳定性。大家在使用这款产品时，是否有遇到过一些特殊的问题或有一些独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。