MAX14571：高精度可调过压过流保护器

MAX14571/MAX14572/MAX14573：高精度可调过压过流保护器

在电子设备的设计中，保护系统免受电压和电流故障的影响至关重要。Maxim Integrated推出的MAX14571/MAX14572/MAX14573系列可调过压和过流保护器件，为工程师们提供了可靠的解决方案。下面，我们就来详细了解一下这些器件。

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器件概述

MAX14571/MAX14572/MAX14573可保护系统免受高达±40V的正、负输入电压故障影响，并且其导通电阻（RON）典型值仅为100mΩ。该系列器件的过压保护（OVP）功能可保护6V至36V的电压，欠压保护（UVP）功能则可保护4.5V至24V的电压。过压锁定（OVLO）和欠压锁定（UVLO）阈值可通过可选的外部电阻进行设置，内部预设的OVLO阈值典型值为33V，UVLO阈值典型值为19.2V。

此外，这些IC还具备可编程的电流限制保护功能，最大可限制电流至4.2A。当电流达到阈值时，MAX14571在20.7ms（典型值）的消隐时间后关闭，并在重试期间保持关闭；MAX14572在消隐时间后锁存关闭；MAX14573则持续限制电流。同时，它们还具有反向电流和热关断保护功能。

器件采用小型14引脚TSSOP（5mm x 6.5mm）封装，工作温度范围为 -40°C至+85°C。

特性与优势

集成保护提高系统可靠性

• 可调的OVLO和UVLO阈值，预设阈值精度达±3%。
• 自动进行内部和外部选择，可编程正向电流限制，精度达±15%，最大可调节至4.2A。
• 具备热关断保护功能，当芯片温度过高时自动关闭，保障器件安全。
• 导通电阻典型值为100mΩ的FET，可降低功耗。

适合工业应用的特殊特性

• 宽4.5V至36V的工作输入范围，能适应多种电源环境。
• 为感性负载提供反向电流流动选项，增强了器件的适用性。
• 独立的微处理器使能输入（EN）和高压输入（HVEN），方便进行开关控制。

电气特性

电压与电流参数

• 输入电压范围：4.5V至36V。
• 关断输入电流：典型值为15nA。
• 关断输出电流：典型值为2nA。
• 反向输入电流：当输入电压为 -40V时，典型值为 -35nA。
• 电源电流：在输入电压为15V，RISET = 12kΩ时，典型值为490nA，最大值为700nA。

过压与欠压阈值

• 内部过压触发电平：上升时典型值为33V，下降时为32V。
• 内部欠压触发电平：上升时典型值为19.2V，下降时为18.5V。
• 过压锁定迟滞：典型OVLO的3%。

其他参数

• FET导通电阻：在负载电流为100mA，输入电压为8V时，典型值为100mΩ，最大值为160mΩ。
• 电流限制调整范围：0.7A至4.2A。
• 电流限制精度：±15%。

工作模式与控制

可编程电流限制

通过从SETI引脚连接到地的电阻来设置电流限制阈值。如果输出电流在消隐时间（tBLANK）内达到或超过阈值，输出FLAG信号将被置位，不同型号的器件会进入不同的工作模式：

• MAX14571（自动重试模式）：当电流达到阈值时，消隐时间计时器开始计时。如果过流情况持续到消隐时间结束，FLAG信号置位，随后进入重试时间（tRETRY），在此期间FET关闭。重试时间结束后，FET再次开启。如果故障仍然存在，循环将重复进行。这种模式在过流或短路情况下可降低系统功耗，通过公式 (LOAD =I{LIM}left[frac{t{BLANK }}{t{BLANK }+t{RETRY }}right]) 可计算平均输出电流。在典型的20.7ms消隐时间和600ms重试时间下，占空比为3.3%，可实现96.7%的功率节省。
• MAX14572（锁存关闭模式）：当电流达到阈值且过流情况持续到消隐时间结束，开关将关闭并保持关闭状态。要重置开关，需要切换控制逻辑EN或HVEN，或者循环输入电压。
• MAX14573（连续电流限制模式）：当电流达到阈值时，器件将输出电流限制在预设值。如果过流情况持续到消隐时间结束，FLAG信号置位；当过载情况消除时，FLAG信号复位。

开关控制

器件有两个独立的使能输入（HVEN和EN），HVEN是一个高压输入。当检测到短路并导致器件关闭时，可以通过切换HVEN或EN来重置故障状态。具体的开关状态控制如下表所示：	HVEN	EN	SWITCH STATUS
0	0	On
1	0	Off
0	1	On
1	1	On

输入去抖保护

IC具备输入去抖保护功能。当输入电压高于UVLO阈值电压的时间超过去抖时间（tDEB）时，内部FET将开启。这一特性适用于在电源上电时EN或HVEN信号已经存在的应用场景。

应用与设计注意事项

设置电流限制阈值

通过从SETI引脚连接到地的电阻来编程器件的电流限制阈值。如果SETI引脚未连接，则选择0A的电流限制；如果将SETI连接到地，则FLAG信号将被置位。可使用公式 (R{SETI}(k Omega)=frac{11500}{I{LIM}(mA)}) 来计算电流限制。

输入旁路电容

为了限制瞬间输出短路情况下的输入电压降，需要在IN引脚和GND之间连接至少1μF的电容。电容值越大，输入电压的下冲就越小。

热插拔输入

在许多系统供电应用中，需要输入滤波电容来降低辐射发射、增强ESD能力等。在热插拔应用中，寄生电缆电感和输入电容会在带电电缆连接到输入端子时导致过冲和振铃现象。为了保护系统，建议在靠近输入端子处使用能够将浪涌限制在40V（最大）的瞬态电压抑制器（TVS）。

输出旁路电容

为了在整个温度范围和可编程电流限制范围内实现稳定运行，需要在OUT引脚和地之间连接1μF的陶瓷电容。过大的输出电容可能会导致虚假的过流情况，可使用公式 (C{MAX }(mu F)=frac{I{LIM}(mA) × t{BLANK(MIN)}(ms)}{V{IN}(V)}) 来计算可连接到OUT引脚的最大电容负载。

输出续流二极管

在需要保护感性负载或长电缆突然短路接地的应用中，建议在OUT端子和地之间连接一个肖特基二极管，以防止短路事件中由于电感反冲在OUT引脚产生负尖峰。

布局和散热

为了优化开关对输出短路情况的响应时间，应尽量缩短所有走线长度，以减少不必要的寄生电感影响。输入和输出电容应尽可能靠近器件放置（不超过5mm），IN和OUT引脚必须用宽而短的走线连接到电源总线。在正常工作时，功耗较小，封装温度变化不大。但对于MAX14573的连续电流限制版本，在故障情况下的功耗可能会导致器件达到热关断阈值，因此建议从暴露焊盘到接地平面设置热过孔，以增加系统的热电容并降低热阻。

ESD测试条件

当IN引脚通过1μF低ESR陶瓷电容旁路到地时，器件在IN引脚上具有典型的±15kV（HBM）ESD电阻。在IN引脚上进行±2kV（HBM）典型ESD测试时，不需要电容。所有引脚都具有±2kV（HBM）典型ESD保护。

总结

MAX14571/MAX14572/MAX14573系列可调过压和过流保护器件具有丰富的功能和出色的性能，能够为各种电子设备提供可靠的保护。在设计过程中，工程师们需要根据具体的应用场景和要求，合理设置参数、选择合适的外部元件，并注意布局和散热等问题，以充分发挥这些器件的优势。你在使用类似保护器件时遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验。