电子工程师必备：MAX14731双输入双向过压保护器深度解析

电子工程师必备：MAX14727/MAX14728/MAX14731双输入双向过压保护器深度解析

在电子设备的设计过程中，过压保护是一个不容忽视的关键环节。今天，我们就来深入探讨一下Maxim Integrated推出的MAX14727/MAX14728/MAX14731系列双输入双向过压保护器，看看它如何为我们的设计带来便利和可靠的保护。

文件下载：MAX14731.pdf

一、产品概述

MAX14727/MAX14728/MAX14731主要用于保护贵重的消费电路，能抵御高达+28VDC的两种正电压故障，内部钳位电路还可保护设备免受高达100V的浪涌冲击。它能自动选择输入源，其中通道A为主要电源。该系列产品具有反向偏置阻断能力，当设备禁用时，输出端的电压不会反馈到输入端。此外，还配备两个OTG使能引脚，允许在输出电压高于输出启动电压时，用输出电压为相应的输入端供电。

二、应用领域

这些过压保护器适用于多种便携式设备，如智能手机、平板电脑和电子阅读器等。在这些设备中，它们能够有效保护电路免受电压故障的影响，确保设备的稳定运行。大家在设计这些类型的产品时，是否考虑过过压保护的具体实现方式呢？

三、产品特性与优势

3.1 双输入电源保护

• 宽输入电压范围：可在3V至28V的宽输入电压范围内提供保护，适应多种电源输入。
• 大电流承载能力：具备5A的连续电流能力，能满足大多数设备的供电需求。
• 低导通电阻：集成了典型值为73mΩ的nMOSFET开关，有效降低了设备两端的电压降。

3.2 灵活精确的过压锁定（OVLO）设计

• 宽可调阈值范围：OVLO阈值可通过外部电阻在4V至14V之间进行灵活调整，满足不同的设计需求。
• OTG功能：OTG使能引脚允许输出端为输入端供电，增加了设计的灵活性。
• 预设精确内部阈值：不同型号预设了精确的内部OVLO阈值，如MAX14727为13.75V ±2%，MAX14728为10V ±2%，MAX14731为5.92V ±2%。

3.3 高系统可靠性

• 浪涌免疫能力：能够承受超过100V的浪涌冲击，增强了系统的抗干扰能力。
• 软启动功能：通过软启动功能，可将浪涌电流降至最低，减少对设备的冲击。
• 启动消抖：内部15ms的启动消抖时间，避免了内部FET在启动时的误开启。
• 热关断保护：具备热关断保护功能，可防止设备因过载而过热损坏。

3.4 节省电路板空间

采用30引脚、2.6mm x 2.2mm的晶圆级封装（WLP），大大减小了电路板的占用空间。在如今追求小型化的设计趋势下，这种紧凑的封装形式是不是非常吸引人呢？

四、电气特性

4.1 输入输出电压阈值

输入和输出的启动电压阈值典型值为2.65V，维持电压阈值典型值为1.95V。输入有效电压阈值在3.9V至4.3V之间。这些电压阈值的设定，确保了设备在不同电压条件下的正常工作。大家在实际应用中，是否遇到过因为电压阈值设置不当而导致的问题呢？

4.2 导通电阻

在25°C、输入电压为5V、输出电流为100mA的条件下，通道A和通道B的导通电阻典型值为68mΩ，最大值为115mΩ。低导通电阻有助于降低功耗，提高设备的效率。

4.3 过压保护

内部过压跳闸电平根据不同型号有所不同，如MAX14727的上升阈值为13.75V，下降阈值为13.0V。OVLOA和OVLOB的设置阈值为1.24V，可通过外部电阻进行调整。当输入电压超过过压阈值时，内部FET会自动关闭，以保护受保护的组件。

4.4 数字信号特性

INAOK和INBOK的输出低电压最大值为0.4V，泄漏电流最大值为1µA。OTG_ENA、OTG_ENB、PCON和EN的输入逻辑高电平为1.6V，输入逻辑低电平为0.4V。这些数字信号的特性，为设备的控制和状态监测提供了便利。

4.5 时序特性

INA和INB的消抖时间典型值为17ms，软启动时间典型值为5ms，先断后通时间典型值为8ms。这些时序特性确保了设备在电源切换时的稳定性。

4.6 热保护和ESD保护

热关断温度典型值为150°C，热滞回温度典型值为20°C。INA和INB在人体模型（HBM）下的ESD保护能力为±15kV，在IEC 61000 - 4 - 2接触放电和空气间隙放电下分别为±8kV和±15kV。这些保护措施，进一步提高了设备的可靠性和稳定性。

五、功能详解

5.1 自动输入电源路径控制

根据PCON引脚的状态，自动电源路径选择有两种工作模式。在加电时，至少有一个输入必须超过启动电压（典型值为2.75V），电路才能正常工作。通道A始终具有优先级，只有在通道B是唯一存在的输入，或者通道B有效（> 4.1V，典型值）且通道A无效（< 4.1V，典型值）时，通道B才会接管通道A。

5.2 软启动

为了将浪涌电流降至最低，设备具备软启动功能，可缓慢开启内部FET。软启动从INAOK和INBOK被置位开始，持续时间典型值为15ms。

5.3 过压锁定（OVLO）

将OVLOA和OVLOB连接到地，可使用内部的OVLO比较器和预设的OVLO值。当输入电压超过过压锁定阈值时，输出端与输入端断开连接；当输入电压下降到阈值以下时，经过消抖时间后，输出端再次跟随输入端。此外，OVLOA和OVLOB输入还可作为额外的使能输入。

5.4 外部OVLO调整

通过在OVLOA和OVLOB连接外部电阻分压器，当VOVLOA和VOVLOB超过OVLOA和OVLOB选择电压时，内部的OVLO比较器将通过外部电阻分压器读取输入电压。这种外部调整方式，为设计提供了更大的灵活性。

5.5 反向偏置阻断

当输入电压低于输入启动电压且OTG_ENA和OTG_ENB为低电平时，输入端和输出端之间的开关打开，两个串联开关的背对背二极管可阻止反向偏置，防止电流从输出端回流到输入端。

5.6 OTG使能

OTG_ENA和OTG_ENB可用于在输出电压高于启动电压时，开启开关使输出端向输入端供电。在OTG操作期间，如果输入端电压超过OVLOA和OVLOB，OVP开关将关闭。建议在OTG操作前为输出端供电，并在禁用OTG操作前移除输出端的电源。

5.7 热关断保护

当结温超过典型值150°C时，内部FET将关闭；当温度下降约20°C时，设备恢复正常工作。这种热关断保护功能，有效防止了设备因过热而损坏。

六、应用注意事项

6.1 输入旁路电容

在大多数应用中，应尽可能靠近设备将INA和INB通过0.1µF的陶瓷电容旁路到地。如果电源由于长引线长度而具有显著的电感，需要注意防止LC谐振电路引起的过冲，并通过钳位过冲来提供保护。

6.2 输出电容

设备的缓慢开启时间提供了软启动功能，允许对高达1000µF的输出电容进行充电，而不会因过流情况而关闭。当PCON = 0时，在通道B切换到通道A的过程中，输出端会主动放电。由于输入电缆的电感和较小的输入电容（0.1µF）可能导致输入电压下降，从而触发切换回通道B并使输出锁存关闭。因此，应限制输出电容的值，以确保在输出再充电期间输入电压保持在有效电压以上。对于1m长的充电电缆，建议输出电容值不超过33µF。

6.3 ESD保护

设备在所有引脚上都集成了ESD保护结构，可防止在处理和组装过程中遇到的高达±2kV（人体模型）的静电放电。INA和INB还进一步增强了ESD保护能力，在人体模型下可达±15kV，在IEC 61000 - 4 - 2接触放电和空气间隙放电下分别可达±8kV和±15kV，且不会损坏。

七、订购信息

MAX14727/MAX14728/MAX14731系列产品提供了不同的型号选择，具体信息如下表所示：	型号	OVLO (V)	封装形式	温度范围
MAX14727EWV+	13.75	30 WLP	-40°C至+85°C
MAX14728EWV+	10	30 WLP	-40°C至+85°C
MAX14731EWV+	5.92	30 WLP	-40°C至+85°C

其中，“+”表示无铅封装且符合RoHS标准。

八、总结

MAX14727/MAX14728/MAX14731系列双输入双向过压保护器具有多种优秀的特性和功能，能够为便携式设备提供可靠的过压保护。在设计过程中，我们可以根据具体的应用需求，灵活调整其参数，充分发挥其优势。大家在实际使用这些过压保护器时，有没有遇到过什么问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享。

希望通过这篇文章，能让大家对MAX14727/MAX14728/MAX14731有更深入的了解，为我们的电子设计工作提供更多的帮助。