MAX16128/MAX16129：負載突降/反極性電壓保護電路的卓越之選

在電子設備的設計中，電源保護至關重要。尤其是在汽車、工業(yè)、航空電子以及電信等領域，電源常常面臨過壓、反極性電壓和高壓瞬態(tài)脈沖等惡劣條件的挑戰(zhàn)。Maxim Integrated的MAX16128/MAX16129負載突降/反極性電壓保護電路，就是為應對這些挑戰(zhàn)而設計的優(yōu)秀解決方案。

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產品概述

MAX16128/MAX16129能夠保護電源免受各種有害輸入電壓條件的影響。它利用內置電荷泵控制兩個外部背對背n溝道MOSFET，在出現如汽車負載突降脈沖或電池反接等故障時，迅速關閉并隔離下游電源。該器件可在低至3V的電壓下正常工作，確保在汽車冷啟動等情況下也能穩(wěn)定運行。此外，它還具備標志輸出（FLAG），可在故障發(fā)生時發(fā)出信號。

關鍵特性與優(yōu)勢

增強敏感電子元件保護

• 寬輸入電壓保護范圍：支持 -36V 至 +90V 的輸入電壓，能有效應對各種惡劣環(huán)境。
• 快速關斷與負載隔離：在故障發(fā)生時，可快速關閉柵極，實現完全的負載隔離。
• 熱關斷保護：當內部芯片溫度超過 145°C 時，自動關閉 MOSFET，防止過熱損壞。
• 故障指示：FLAG 輸出可明確指示故障狀態(tài)。
• 汽車級認證：適用于汽車應用，能在 -40°C 至 +125°C 的寬溫度范圍內穩(wěn)定工作。

集成化設計減小方案尺寸

• 內部電荷泵電路：增強外部 n 溝道 MOSFET 的驅動能力。
• 固定欠壓/過壓閾值：減少外部元件數量，簡化設計。
• 小巧封裝：采用 3mm × 3mm、8 引腳的 μMAX 封裝。

降低功耗

與分立解決方案相比，MAX16128/MAX16129 在反極性電壓保護時的工作電壓降極小。在 30V 輸入時，其電源電流為 380μA，關斷電流為 100μA。

電氣特性詳解

輸入電壓與電流

輸入電壓范圍為 3V 至 -36V 到 +90V，不同工作模式和輸入電壓下，輸入電源電流和 SRC 輸入電流有所不同。例如，在 VIN = VSRC = VOUT = 12V 且 SHDN = high 時，輸入電源電流典型值為 260μA。

閾值與遲滯

內部欠壓閾值、過壓閾值以及冷啟動閾值都有明確的范圍和遲滯值。這些閾值確保了器件在不同電壓條件下的穩(wěn)定工作。

響應時間

啟動響應時間為 150μs，過壓到柵極的傳播延遲為 1μs，欠壓到柵極的傳播延遲為 21μs。快速的響應時間能及時應對各種故障。

輸出特性

GATE 輸出電壓在不同輸入電壓下有不同的表現，FLAG 輸出在故障時會拉低，方便用戶檢測故障。

工作模式與功能

過壓保護

通過比較器檢測過壓情況，當輸入或輸出電壓超過閾值時，GATE 輸出變低，關閉外部 MOSFET，同時 FLAG 輸出指示故障。

過壓限制器模式（MAX16129）

在此模式下，輸出電壓被調節(jié)在過壓閾值電壓，繼續(xù)為下游設備供電。MOSFET 會根據輸出電壓的變化進行開關操作，實現電壓調節(jié)。但長時間工作在該模式時，需注意 MOSFET 的散熱問題。

過壓開關模式（MAX16128）

當輸入電壓超過過壓閾值時，外部 MOSFET 關閉，斷開負載與輸入的連接。該模式有多種重試選項，如始終重試、一次重試后鎖存、三次重試后鎖存和鎖存模式。

欠壓保護

當輸入電壓低于欠壓閾值時，GATE 變低，關閉 MOSFET，FLAG 輸出指示故障。輸入電壓恢復正常后，經過 150μs 延遲，GATE 變高。

冷啟動監(jiān)測

根據器件型號后綴的不同，有兩種處理冷啟動故障的方式。冷啟動比較器可選擇啟用或禁用，以應對輸入電壓下降的情況。

熱關斷

當內部芯片溫度超過 145°C 時，MOSFET 關閉，溫度下降 15°C 后，MOSFET 重新開啟。需注意不要超過絕對最大結溫 150°C。

標志輸出（FLAG）

FLAG 輸出為開漏輸出，在啟動時，若無故障，VOUT 大于 90% VIN 時變?yōu)楦咦钁B(tài)。在關機、過壓、熱關斷、欠壓故障或 VOUT 低于 90% VIN 時，FLAG 拉低。

應用與設計要點

應用領域

廣泛應用于汽車、工業(yè)、航空電子、電信/服務器/網絡等領域。

MOSFET 選擇

選擇 MOSFET 時，需考慮柵極電容、漏源電壓額定值、導通電阻、峰值功率耗散能力和平均功率耗散限制等因素。一般建議兩個 MOSFET 采用相同型號，對于空間受限的應用，可選擇雙 MOSFET。

MOSFET 功率耗散

正常工作時，MOSFET 的功率耗散可通過公式 (P = I{LOAD}^{2} × R{DS(ON)}) 計算。在故障的開關模式下，MOSFET 不耗散功率；在限制器模式下，平均功率可通過公式 (P = I{LOAD} times (V{IN } - V_{OUT })) 計算。需注意確保電路不超過 MOSFET 的峰值功率額定值。

MOSFET 柵極保護

為保護 MOSFET 的柵極，需在柵極和源極之間連接齊納鉗位二極管，選擇的齊納鉗位電壓應在 10V 以上且低于 MOSFET 的 VGS 最大額定值。

增加輸入電壓保護范圍

可通過在 IN 到 GND 之間連接兩個背對背的齊納二極管，并在 IN 和電源輸入之間串聯電阻來增加正輸入電壓保護范圍。同時，需計算串聯電阻的峰值功率耗散，必要時可并聯多個電阻或使用汽車級電阻。

輸出儲能電容

輸出電容可作為儲能電容，使下游電路在故障瞬態(tài)條件下繼續(xù)工作。由于輸出電壓受保護，電容的電壓額定值可低于預期的最大輸入電壓。

總結

MAX16128/MAX16129 負載突降/反極性電壓保護電路以其卓越的性能和豐富的功能，為電子工程師在惡劣環(huán)境下保護敏感電子元件提供了可靠的解決方案。通過合理選擇 MOSFET 和外部元件，工程師可以充分發(fā)揮該器件的優(yōu)勢，設計出穩(wěn)定、高效的電源保護電路。你在實際應用中是否遇到過類似的電源保護問題？你是如何解決的呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經驗。