MAX16128/MAX16129：负载突降/反极性电压保护电路的卓越之选

在电子设备的设计中，电源保护至关重要。尤其是在汽车、工业、航空电子以及电信等领域，电源常常面临过压、反极性电压和高压瞬态脉冲等恶劣条件的挑战。Maxim Integrated的MAX16128/MAX16129负载突降/反极性电压保护电路，就是为应对这些挑战而设计的优秀解决方案。

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产品概述

MAX16128/MAX16129能够保护电源免受各种有害输入电压条件的影响。它利用内置电荷泵控制两个外部背对背n沟道MOSFET，在出现如汽车负载突降脉冲或电池反接等故障时，迅速关闭并隔离下游电源。该器件可在低至3V的电压下正常工作，确保在汽车冷启动等情况下也能稳定运行。此外，它还具备标志输出（FLAG），可在故障发生时发出信号。

关键特性与优势

增强敏感电子元件保护

• 宽输入电压保护范围：支持 -36V 至 +90V 的输入电压，能有效应对各种恶劣环境。
• 快速关断与负载隔离：在故障发生时，可快速关闭栅极，实现完全的负载隔离。
• 热关断保护：当内部芯片温度超过 145°C 时，自动关闭 MOSFET，防止过热损坏。
• 故障指示：FLAG 输出可明确指示故障状态。
• 汽车级认证：适用于汽车应用，能在 -40°C 至 +125°C 的宽温度范围内稳定工作。

集成化设计减小方案尺寸

• 内部电荷泵电路：增强外部 n 沟道 MOSFET 的驱动能力。
• 固定欠压/过压阈值：减少外部元件数量，简化设计。
• 小巧封装：采用 3mm × 3mm、8 引脚的 µMAX 封装。

降低功耗

与分立解决方案相比，MAX16128/MAX16129 在反极性电压保护时的工作电压降极小。在 30V 输入时，其电源电流为 380µA，关断电流为 100µA。

电气特性详解

输入电压与电流

输入电压范围为 3V 至 -36V 到 +90V，不同工作模式和输入电压下，输入电源电流和 SRC 输入电流有所不同。例如，在 VIN = VSRC = VOUT = 12V 且 SHDN = high 时，输入电源电流典型值为 260µA。

阈值与迟滞

内部欠压阈值、过压阈值以及冷启动阈值都有明确的范围和迟滞值。这些阈值确保了器件在不同电压条件下的稳定工作。

响应时间

启动响应时间为 150µs，过压到栅极的传播延迟为 1µs，欠压到栅极的传播延迟为 21µs。快速的响应时间能及时应对各种故障。

输出特性

GATE 输出电压在不同输入电压下有不同的表现，FLAG 输出在故障时会拉低，方便用户检测故障。

工作模式与功能

过压保护

通过比较器检测过压情况，当输入或输出电压超过阈值时，GATE 输出变低，关闭外部 MOSFET，同时 FLAG 输出指示故障。

过压限制器模式（MAX16129）

在此模式下，输出电压被调节在过压阈值电压，继续为下游设备供电。MOSFET 会根据输出电压的变化进行开关操作，实现电压调节。但长时间工作在该模式时，需注意 MOSFET 的散热问题。

过压开关模式（MAX16128）

当输入电压超过过压阈值时，外部 MOSFET 关闭，断开负载与输入的连接。该模式有多种重试选项，如始终重试、一次重试后锁存、三次重试后锁存和锁存模式。

欠压保护

当输入电压低于欠压阈值时，GATE 变低，关闭 MOSFET，FLAG 输出指示故障。输入电压恢复正常后，经过 150µs 延迟，GATE 变高。

冷启动监测

根据器件型号后缀的不同，有两种处理冷启动故障的方式。冷启动比较器可选择启用或禁用，以应对输入电压下降的情况。

热关断

当内部芯片温度超过 145°C 时，MOSFET 关闭，温度下降 15°C 后，MOSFET 重新开启。需注意不要超过绝对最大结温 150°C。

标志输出（FLAG）

FLAG 输出为开漏输出，在启动时，若无故障，VOUT 大于 90% VIN 时变为高阻态。在关机、过压、热关断、欠压故障或 VOUT 低于 90% VIN 时，FLAG 拉低。

应用与设计要点

应用领域

广泛应用于汽车、工业、航空电子、电信/服务器/网络等领域。

MOSFET 选择

选择 MOSFET 时，需考虑栅极电容、漏源电压额定值、导通电阻、峰值功率耗散能力和平均功率耗散限制等因素。一般建议两个 MOSFET 采用相同型号，对于空间受限的应用，可选择双 MOSFET。

MOSFET 功率耗散

正常工作时，MOSFET 的功率耗散可通过公式 (P = I{LOAD}^{2} × R{DS(ON)}) 计算。在故障的开关模式下，MOSFET 不耗散功率；在限制器模式下，平均功率可通过公式 (P = I{LOAD} times (V{IN } - V_{OUT })) 计算。需注意确保电路不超过 MOSFET 的峰值功率额定值。

MOSFET 栅极保护

为保护 MOSFET 的栅极，需在栅极和源极之间连接齐纳钳位二极管，选择的齐纳钳位电压应在 10V 以上且低于 MOSFET 的 VGS 最大额定值。

增加输入电压保护范围

可通过在 IN 到 GND 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电阻来增加正输入电压保护范围。同时，需计算串联电阻的峰值功率耗散，必要时可并联多个电阻或使用汽车级电阻。

输出储能电容

输出电容可作为储能电容，使下游电路在故障瞬态条件下继续工作。由于输出电压受保护，电容的电压额定值可低于预期的最大输入电压。

总结

MAX16128/MAX16129 负载突降/反极性电压保护电路以其卓越的性能和丰富的功能，为电子工程师在恶劣环境下保护敏感电子元件提供了可靠的解决方案。通过合理选择 MOSFET 和外部元件，工程师可以充分发挥该器件的优势，设计出稳定、高效的电源保护电路。你在实际应用中是否遇到过类似的电源保护问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验。