MAX14721：高精度可调功率限制器的卓越之选

MAX14721/MAX14722/MAX14723：高精度可调功率限制器的卓越之选

在电子设备的设计中，电源保护至关重要。今天要介绍的 MAX14721、MAX14722 和 MAX14723 这三款高精度可调功率限制器，能为系统提供全面且可靠的保护。

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产品概述

MAX14721 - MAX14723 是一系列可调的过压、欠压和过流保护设备。它们不仅能防止过流故障，还能抵御正过压和反压故障。当与可选的外部 p 沟道 MOSFET 配合使用时，这些设备可以保护下游电路免受高达 +60V 和 -60V（针对 -60V 外部 pFET 额定值）的电压故障影响。其集成的 FET 具有低至 76mΩ 的导通电阻，在性能上表现出色。

启动特性

在启动阶段，这些设备专为连续模式下对输出端的大电容进行充电而设计，适用于下游设备输入端使用大储能电容的应用场景。此外，它们还具备双级限流模式，在启动后的短时间内，电流会分别连续限制为编程限制的 1 倍、1.5 倍和 2 倍（对应 MAX14721、MAX14722 和 MAX14723），这使得在启动时能够更快地为大负载充电。

保护功能

除了上述的过压、欠压和过流保护外，MAX14721 - MAX14723 还具备反向电流和过温保护功能。它们采用 20 引脚（5mm x 5mm）TQFN 封装，工作温度范围为 -40°C 至 125°C，能适应较为恶劣的工作环境。

产品特性与优势

强大的高功率保护

• 宽输入电源范围：输入电源范围为 +5.5V 至 +60V，能适应多种不同的电源环境。
• 可编程输入电源过压设置：可编程的输入电源过压设置高达 40V，用户可以根据实际需求进行灵活调整。
• 热折返限流保护：热折返限流保护功能可以有效防止设备因过热而损坏，提高系统的稳定性和可靠性。
• 负输入耐受能力：能够耐受 -60V 的负输入（针对 -60V 外部 pFET 额定值），增强了设备在复杂电源环境下的适应性。
• 低导通电阻：典型的 76mΩ 低导通电阻可以减少功率损耗，提高电源效率。
• 反向电流阻断保护：配合外部 pFET 实现反向电流阻断保护，进一步保障了系统的安全。

安全启动

双级限流功能可以防止 FET 过热，实现更安全的启动。不同型号的设备在启动电流上有所不同，MAX14721 的启动电流为编程限制的 1 倍，MAX14722 为 1.5 倍，MAX14723 为 2 倍，这种设计可以根据不同的负载需求选择合适的型号。

灵活设计

• 可调的 OVLO 和 UVLO 阈值：用户可以通过外部电压分压器手动设置过压锁定（OVLO）和欠压锁定（UVLO）阈值，也可以将 OVLO 和/或 UVLO 引脚连接到 GND 使用工厂预设的内部阈值，灵活性极高。
• 可编程正向限流：可编程的正向限流范围从 0.2A 到 2A，在全温度范围内精度为 ±15%，能够满足不同负载的电流需求。
• 多种使能输入：具有正常和高压使能输入（EN 和 HVEN），方便用户对设备进行控制。
• 受保护的外部 pFET 栅极驱动：受保护的外部 pFET 栅极驱动可以确保外部 pFET 的稳定工作。

节省空间

采用 20 引脚、5mm x 5mm TQFN 封装，集成了 nFET，节省了电路板空间，减少了外部物料清单（BOM）的数量，降低了设计成本。

电气特性

电源相关特性

输入电压范围为 5.5V 至 60V，在不同的工作条件下，关机输入电流、电源电流和关机输出电流等参数都有明确的规定。例如，在 VEN = 0V，VHVEN = 5V，VIN < 40V 时，关机输入电流典型值为 5.25µA，最大值为 15µA。

UVLO 和 OVLO 特性

内部 UVLO 和 OVLO 跳闸电平都有相应的典型值和范围，并且具有一定的滞后特性。外部 UVLO 和 OVLO 调整范围也有明确规定，用户可以根据需要进行调整。

内部 FET 特性

内部 FET 的导通电阻典型值为 76mΩ，电流限制调整范围为 0.2A 至 2A，在全温度范围内电流限制精度为 ±15%。此外，还具有反向电流阻断阈值、响应时间等特性。

逻辑输入和输出特性

逻辑输入（HVEN、CLTS1、CLTS2、EN、RIPEN）和输出（FLAG）都有相应的阈值电压、滞后特性和输入泄漏电流等参数，确保了逻辑控制的准确性和稳定性。

动态性能和热保护特性

在动态性能方面，开关开启时间、故障恢复时间、过压和过流开关响应时间等都有明确的规定。热保护特性包括热折返和热关断温度阈值以及热关断滞后等，能有效保护设备免受过热损坏。

详细工作原理

启动控制

这些设备采用双级启动序列，在启动初始时间（tSTI）内将电流连续限制为设定电流限制的 1 倍、1.5 倍或 2 倍，以便快速为开关输出端的大电容充电。如果设备温度上升到热折返阈值（TJ_FB），设备将进入功率限制模式。在启动超时时间（tSTO）内，如果输出未充电，开关将关闭，需要切换 IN、EN 或 HVEN 才能恢复正常运行。

OVLO 和 UVLO 功能

通过将 OVLO 或 UVLO 引脚连接到 GND，可以选择预设的内部阈值；如果电压超过选择阈值，设备将进入可调模式，可通过外部电压分压器调整阈值。OVLO 的允许设置范围为 6V 至 40V，UVLO 的允许设置范围为 5.5V 至 24V。

开关控制

设备有两个独立的使能输入（HVEN 和 EN），根据真值表控制开关状态。在故障情况下，切换 HVEN 或 EN 可以重置故障。

输入去抖

具有内置的输入去抖时间（tDEB），在 POR 事件和开关开启之间设置延迟，防止因输入电压波动导致的误触发。

限流模式选择

有三种可选的限流模式：连续模式、自动重试模式和锁存关闭模式。通过 CLTS1 和 CLTS2 引脚的状态设置限流模式类型。在严重过载情况下，设备会立即关闭内部 nFET 和外部 pFET，并尝试重启。

自动重试模式

当电流达到阈值时，tBLANK 定时器开始计数。如果过流情况持续到 tBLANK 结束，开关关闭，然后在 tRETRY 后尝试重启。该模式可以有效降低系统功耗，节省电能。

锁存关闭模式

当电流达到阈值时，tBLANK 定时器开始计数。如果过流情况持续到 tBLANK 结束，开关关闭并保持关闭状态，直到控制逻辑（EN 或 HVEN）切换或输入电压循环。

连续模式

当电流达到阈值时，设备将电流限制在编程值。FLAG 输出根据开关两端的电压降进行断言或取消断言。

反向电流阻断

当检测到反向电流时，内部 nFET 和外部 pFET 关闭一段时间（tREV_REC），然后根据条件尝试重启。

故障指示输出

FLAG 是一个开漏故障指示输出，在多种故障情况下会断言低电平，提醒用户设备出现问题。

热关断保护

当结温超过 +170ºC（典型值）时，开关关闭，FLAG 断言。根据不同的限流模式，设备在温度降低后以不同方式恢复正常运行。

应用与设计注意事项

电流限制阈值设置

通过在 SETI 和地之间连接电阻来编程电流限制阈值。计算公式为 (R{SETI }(k Omega)=frac{V{RI}(Omega × A)}{I{LIM}(mA)} × C{IRATIO}) ，但不要使用小于 6kΩ 的 RSETI。

输入旁路电容

在不使用外部 PFET 的应用中，从 IN 到 GND 连接至少 1µF 的电容以限制输入电压降。在使用外部 PFET 的应用中，在 PFET 的漏极放置 4.7µF 电容，并将 IN 处的电容减小到 10nF - 100nF。

热插拔

内部保护可应对高达 30V/µs 的热插拔输入瞬变。在恶劣工业 EMC 测试要求下，使用瞬态电压抑制器（TVS）限制输入浪涌。

输出电容

为了在全温度范围和可编程电流限制范围内稳定运行，从 OUT 到地连接 4.7µF 陶瓷电容。可根据公式 (C{MAX }(m F)=I{LIM}(A)left[frac{M × t{STI }(ms)+t{STO }(ms)}{V_{IN_MAX }(V)}right]) 计算可连接到 OUT 的最大电容负载。

布局和散热

为了优化开关对输出短路情况的响应，应尽量缩短所有走线，将输入和输出电容尽可能靠近设备放置。在连续电流限制模式下，需要使用大铜平面和多个热过孔来增加热容量和降低热阻。

ESD 测试条件

IN 引脚在使用 1µF 低 ESR 陶瓷电容旁路到地时，可承受 ±15kV（HBM）ESD。所有引脚都有 ±2kV（HBM）ESD 保护。

综上所述，MAX14721/MAX14722/MAX14723 是一系列功能强大、性能卓越的电源保护设备，适用于工业电源系统、控制与自动化、运动系统驱动、人机界面和高功率应用等多个领域。在设计过程中，工程师们需要根据具体的应用需求和设计要求，合理设置各项参数，注意布局和散热等问题，以充分发挥这些设备的优势，为系统提供可靠的电源保护。你在实际应用中有没有遇到过类似设备的相关问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。