深入解析MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B：電池供電邏輯與過壓過流保護(hù)方案

在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，電池供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性至關(guān)重要。今天，我們就來詳細(xì)探討一下Maxim推出的MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B系列過壓保護(hù)控制器，看看它們?nèi)绾螢榈碗妷合到y(tǒng)提供可靠的保護(hù)。

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一、產(chǎn)品概述

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B過壓保護(hù)控制器能夠保護(hù)低電壓系統(tǒng)免受高達(dá) +28V 的高壓故障影響。其內(nèi)部集成了一個(gè)最小電流為 1.8A、導(dǎo)通電阻低至 100mΩ 的 pFET，不僅可以將電池連接到負(fù)載，還能在短路故障時(shí)保護(hù)電池。當(dāng)短路發(fā)生時(shí)，內(nèi)部 pFET 的電流會(huì)在消隱期內(nèi)受到限制。如果消隱期結(jié)束后短路狀況仍然存在，開關(guān)將被鎖存關(guān)閉，直到輸入信號(hào)（IN、HP_PWR、PWR_ON）中的一個(gè)進(jìn)行循環(huán)操作才會(huì)重新開啟。

這三款器件的過壓閾值（OVLO）預(yù)設(shè)不同，分別為：MAX4919B 為 +6.38V，MAX4920B 為 +5.80V，MAX4921B 為 +4.65V。當(dāng)輸入電壓低于欠壓鎖定（UVLO）閾值時(shí)，器件會(huì)進(jìn)入低電流待機(jī)模式，在關(guān)機(jī)模式下，電流可降低至 0.4μA。其中，MAX4919B/MAX4920B 的 UVLO 閾值為 +4.27V，MAX4921B 的 UVLO 閾值為 +2.35V。

它們采用了小巧的 14 引腳 TDFN 封裝（3mm x 3mm），帶有外露焊盤，工作溫度范圍為 -40°C 至 +85°C，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

這些器件廣泛應(yīng)用于各類電子設(shè)備中，如手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、個(gè)人數(shù)字助理（PDA）和掌上設(shè)備、MP3 播放器等。在這些設(shè)備中，它們能夠有效保護(hù)電池和系統(tǒng)免受過壓和過流的損害，確保設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

三、產(chǎn)品特性

1. 輸入過壓保護(hù)

能夠承受高達(dá) +28V 的輸入電壓，為系統(tǒng)提供可靠的過壓保護(hù)。

2. 預(yù)設(shè)過壓保護(hù)觸發(fā)水平

不同型號(hào)具有不同的預(yù)設(shè)過壓閾值，可根據(jù)具體應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。

3. 適配器/車載套件自動(dòng)選擇

方便在不同電源之間進(jìn)行切換，提高設(shè)備的適用性。

4. 低電流欠壓鎖定模式

在輸入電壓過低時(shí)進(jìn)入低電流待機(jī)模式，降低功耗。

5. 內(nèi)部 1.8A 電池切換 FET

確保電池與負(fù)載之間的可靠連接和切換。

6. 集成低電池檢測(cè)

能夠及時(shí)檢測(cè)電池電量，提醒用戶進(jìn)行充電。

7. 電池短路保護(hù)

在短路時(shí)迅速切斷電路，保護(hù)電池和設(shè)備安全。

8. 低成本外部 nMOS 過壓 FET

降低系統(tǒng)成本的同時(shí)，提供有效的過壓保護(hù)。

9. 14 引腳 TDFN 封裝

小巧的封裝尺寸適合空間有限的應(yīng)用場(chǎng)景。

四、引腳配置與功能

五、電氣特性

1. 輸入電壓范圍

輸入電壓范圍為 1.2V 至 28V，能夠適應(yīng)不同的電源輸入。

2. 電源電流

不同型號(hào)在不同條件下的輸入電源電流、UVLO 電源電流和關(guān)機(jī)電源電流有所不同。例如，MAX4919B/MAX4920B 的輸入電源電流典型值為 77μA，MAX4921B 為 75μA。

3. 欠壓鎖定和過壓鎖定

不同型號(hào)具有不同的欠壓鎖定（UVLO）和過壓鎖定（OVLO）閾值及遲滯。例如，MAX4919B 的 OVLO 典型值為 6.38V，UVLO 典型值為 4.27V。

4. 電池切換和內(nèi)部 pFET

BTI 輸入范圍為 2.30V 至 5.50V，內(nèi)部 pFET 的導(dǎo)通電阻在不同溫度下有所變化，典型值為 100mΩ。

5. 門驅(qū)動(dòng)器和邏輯輸入輸出

GN1 開啟電壓、GP1 鉗位電壓等參數(shù)也有明確規(guī)定，邏輯輸入輸出的高低電平、泄漏電流等特性也都在規(guī)格書中給出。

6. 時(shí)序參數(shù)

包括 IN 去抖時(shí)間、ACOK 消隱時(shí)間、HP_PWR 去抖時(shí)間等多個(gè)時(shí)序參數(shù)，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

六、典型工作特性

文檔中給出了多個(gè)典型工作特性曲線，如歸一化電池開關(guān)導(dǎo)通電阻與溫度的關(guān)系、GN1 柵極電壓與輸入電壓的關(guān)系等。這些曲線有助于工程師在不同工作條件下了解器件的性能，從而進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。

七、詳細(xì)描述

1. 欠壓鎖定（UVLO）

當(dāng)輸入電壓低于 UVLO 閾值時(shí)，GN1 保持低電平，ACOK 為高阻抗。不同型號(hào)的 UVLO 閾值不同，可根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的器件。

2. 過壓鎖定閾值（OVLO）

當(dāng)輸入電壓高于 OVLO 閾值時(shí)，GN1 保持低電平，ACOK 為高阻抗。這一特性能夠有效保護(hù)系統(tǒng)免受過高電壓的損害。

3. 電源供電

BTI 為內(nèi)部電路供電，并通過內(nèi)部的 1.8A pFET 將外部負(fù)載連接到電池。

4. GP1 驅(qū)動(dòng)器

當(dāng)輸入電壓高于地時(shí)，GP1 拉低并開啟 pFET，內(nèi)部鉗位保護(hù) pFET 免受過高電壓的影響。

5. GN1 驅(qū)動(dòng)器

內(nèi)部 5.5V 電源為片上電荷泵供電，使 GN1 電壓高于 IN，可使用低成本 nFET。

6. ACOK

ACOK 是一個(gè)低電平有效開漏輸出，當(dāng)輸入電壓在 UVLO 和 OVLO 之間穩(wěn)定 25ms 時(shí)斷言。

7. PWR_ON

PWR_ON 是邏輯輸入之一，高電平開啟內(nèi)部 1.8A 開關(guān)，并控制 ONOK 輸出。

8. 電池切換

內(nèi)部 1.8A pFET 在 HP_PWR、PWR_ON 或 PWR_HOLD 為高電平時(shí)開啟，但當(dāng) BTI 低于 2.15V 時(shí)，內(nèi)部開關(guān)保持不活動(dòng)。

9. 電流限制

器件具有內(nèi)部 1.8A 電流限制開關(guān)，在開關(guān)開啟和短路時(shí)限制電流，避免過大電流對(duì)系統(tǒng)造成損害。

10. 低電池操作

當(dāng) BTI 電壓在 2.15V 至 2.8V 之間時(shí)，器件進(jìn)入低電池模式，PWR_ON 不影響內(nèi)部開關(guān)的行為。

11. 熱關(guān)斷

當(dāng)結(jié)溫超過 +135°C 時(shí)，內(nèi)部 1.8A 開關(guān)關(guān)閉，進(jìn)入故障模式，結(jié)溫低于 +125°C 時(shí)可復(fù)位。

八、應(yīng)用信息

1. MOSFET 配置

可以驅(qū)動(dòng)單個(gè) n 通道或背對(duì)背 n 通道 MOSFET。背對(duì)背配置在適配器不存在或適配器電壓低于欠壓鎖定閾值時(shí)幾乎沒有反向電流。如果反向電流泄漏不是問題，可使用單個(gè) n 通道 MOSFET，成本更低。

2. MOSFET 選擇

建議選擇 VGS 為 4.5V 時(shí) RDS(ON) 合適、VDS 為 30V 的 MOSFET，以承受 MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B 的 28V 輸入范圍。文檔中給出了一些合適的 MOSFET 建議。

3. IN 旁路考慮

大多數(shù)應(yīng)用中，使用 1μF 陶瓷電容旁路 IN 到地以提供 ±15kV ESD 保護(hù)；如果不需要 ±15kV 保護(hù)，可使用至少 0.1μF 電容。

4. BTO 旁路電容考慮

為保證內(nèi)部 p 通道 MOSFET 成功啟動(dòng)，需根據(jù)公式 (C{BTO(MAX)} leq frac{I{LIM} × t{CLIM}}{V{BTI}}) 選擇合適的電容值。

5. 具體應(yīng)用場(chǎng)景

• 適配器應(yīng)用：當(dāng) AC 適配器供電時(shí)，輸入電壓在 UVLO 和 OVLO 范圍內(nèi)穩(wěn)定 25ms 后，n 通道 MOSFET 開啟，ACOK 斷言低電平，然后開啟內(nèi)部開關(guān) 1.2s，期間 μP 需發(fā)出 PWR_HOLD 信號(hào)以保持開關(guān)開啟。
• 反向極性保護(hù)：通過外部 p 通道 MOSFET 實(shí)現(xiàn)反向極性保護(hù)，但需要反向電流限制負(fù)載。
• 車載套件應(yīng)用：當(dāng)車載套件適配器插入時(shí)，HP_PWR 經(jīng)過 25ms 去抖和 1.2s 單脈沖，期間 μP 需發(fā)出 PWR_HOLD 信號(hào)以保持開關(guān)開啟。

九、總結(jié)

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B 系列過壓保護(hù)控制器為低電壓系統(tǒng)提供了全面的過壓和過流保護(hù)解決方案。它們具有豐富的特性和靈活的配置選項(xiàng)，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。在設(shè)計(jì)電子設(shè)備時(shí)，工程師可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)，并結(jié)合文檔中的應(yīng)用信息進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

你在實(shí)際設(shè)計(jì)中是否遇到過類似的過壓過流保護(hù)問題？你是如何解決的呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。