深入解析MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B：电池供电逻辑与过压过流保护方案

在电子设备的设计中，电池供电系统的稳定性和安全性至关重要。今天，我们就来详细探讨一下Maxim推出的MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B系列过压保护控制器，看看它们如何为低电压系统提供可靠的保护。

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一、产品概述

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B过压保护控制器能够保护低电压系统免受高达 +28V 的高压故障影响。其内部集成了一个最小电流为 1.8A、导通电阻低至 100mΩ 的 pFET，不仅可以将电池连接到负载，还能在短路故障时保护电池。当短路发生时，内部 pFET 的电流会在消隐期内受到限制。如果消隐期结束后短路状况仍然存在，开关将被锁存关闭，直到输入信号（IN、HP_PWR、PWR_ON）中的一个进行循环操作才会重新开启。

这三款器件的过压阈值（OVLO）预设不同，分别为：MAX4919B 为 +6.38V，MAX4920B 为 +5.80V，MAX4921B 为 +4.65V。当输入电压低于欠压锁定（UVLO）阈值时，器件会进入低电流待机模式，在关机模式下，电流可降低至 0.4µA。其中，MAX4919B/MAX4920B 的 UVLO 阈值为 +4.27V，MAX4921B 的 UVLO 阈值为 +2.35V。

它们采用了小巧的 14 引脚 TDFN 封装（3mm x 3mm），带有外露焊盘，工作温度范围为 -40°C 至 +85°C，适用于多种应用场景。

二、应用领域

这些器件广泛应用于各类电子设备中，如手机、数码相机、个人数字助理（PDA）和掌上设备、MP3 播放器等。在这些设备中，它们能够有效保护电池和系统免受过压和过流的损害，确保设备的稳定运行。

三、产品特性

1. 输入过压保护

能够承受高达 +28V 的输入电压，为系统提供可靠的过压保护。

2. 预设过压保护触发水平

不同型号具有不同的预设过压阈值，可根据具体应用需求进行选择。

3. 适配器/车载套件自动选择

方便在不同电源之间进行切换，提高设备的适用性。

4. 低电流欠压锁定模式

在输入电压过低时进入低电流待机模式，降低功耗。

5. 内部 1.8A 电池切换 FET

确保电池与负载之间的可靠连接和切换。

6. 集成低电池检测

能够及时检测电池电量，提醒用户进行充电。

7. 电池短路保护

在短路时迅速切断电路，保护电池和设备安全。

8. 低成本外部 nMOS 过压 FET

降低系统成本的同时，提供有效的过压保护。

9. 14 引脚 TDFN 封装

小巧的封装尺寸适合空间有限的应用场景。

四、引脚配置与功能

PIN	NAME	FUNCTION
1	GP1	p - 通道 MOSFET 栅极驱动输出，当输入高于地时下拉外部 pFET 栅极。
2	IN	电压输入，为开启 GN1 所需的电荷泵供电。需用至少 1µF 陶瓷电容旁路以提供 ±15kV ESD 保护。
3	GN1	n - 通道 MOSFET 栅极驱动输出，是片上电荷泵的输出。
4, 5	BTI	电池开关输入，为内部电路供电，需用 0.1µF 电容旁路。
6	HP_PWR	车载套件检测输入，插入车载套件时开启内部 pFET 1.2s。
7	PWR_ON	电源开启输入，高电平开启内部 pFET，ONOK 输出其反逻辑状态。
8	GND	接地
9	ONOK	开漏 PWR_ON 指示输出，与 PWR_ON 输入状态相反。
10, 11	BTO	电池开关输出，两个输出需外部连接在一起。
12	PWR_HOLD	电源保持输入，高电平开启内部 pFET。
13	ACOK	开漏适配器电压指示输出，适配器电压在 UVLO 和 OVLO 之间稳定 25ms 时拉低。
14	EN	使能输入，低电平正常工作，高电平关闭外部 MOSFET 并进入关机模式。
EP	-	外露焊盘，连接到地。

五、电气特性

1. 输入电压范围

输入电压范围为 1.2V 至 28V，能够适应不同的电源输入。

2. 电源电流

不同型号在不同条件下的输入电源电流、UVLO 电源电流和关机电源电流有所不同。例如，MAX4919B/MAX4920B 的输入电源电流典型值为 77µA，MAX4921B 为 75µA。

3. 欠压锁定和过压锁定

不同型号具有不同的欠压锁定（UVLO）和过压锁定（OVLO）阈值及迟滞。例如，MAX4919B 的 OVLO 典型值为 6.38V，UVLO 典型值为 4.27V。

4. 电池切换和内部 pFET

BTI 输入范围为 2.30V 至 5.50V，内部 pFET 的导通电阻在不同温度下有所变化，典型值为 100mΩ。

5. 门驱动器和逻辑输入输出

GN1 开启电压、GP1 钳位电压等参数也有明确规定，逻辑输入输出的高低电平、泄漏电流等特性也都在规格书中给出。

6. 时序参数

包括 IN 去抖时间、ACOK 消隐时间、HP_PWR 去抖时间等多个时序参数，确保系统的稳定运行。

六、典型工作特性

文档中给出了多个典型工作特性曲线，如归一化电池开关导通电阻与温度的关系、GN1 栅极电压与输入电压的关系等。这些曲线有助于工程师在不同工作条件下了解器件的性能，从而进行合理的设计。

七、详细描述

1. 欠压锁定（UVLO）

当输入电压低于 UVLO 阈值时，GN1 保持低电平，ACOK 为高阻抗。不同型号的 UVLO 阈值不同，可根据实际需求选择合适的器件。

2. 过压锁定阈值（OVLO）

当输入电压高于 OVLO 阈值时，GN1 保持低电平，ACOK 为高阻抗。这一特性能够有效保护系统免受过高电压的损害。

3. 电源供电

BTI 为内部电路供电，并通过内部的 1.8A pFET 将外部负载连接到电池。

4. GP1 驱动器

当输入电压高于地时，GP1 拉低并开启 pFET，内部钳位保护 pFET 免受过高电压的影响。

5. GN1 驱动器

内部 5.5V 电源为片上电荷泵供电，使 GN1 电压高于 IN，可使用低成本 nFET。

6. ACOK

ACOK 是一个低电平有效开漏输出，当输入电压在 UVLO 和 OVLO 之间稳定 25ms 时断言。

7. PWR_ON

PWR_ON 是逻辑输入之一，高电平开启内部 1.8A 开关，并控制 ONOK 输出。

8. 电池切换

内部 1.8A pFET 在 HP_PWR、PWR_ON 或 PWR_HOLD 为高电平时开启，但当 BTI 低于 2.15V 时，内部开关保持不活动。

9. 电流限制

器件具有内部 1.8A 电流限制开关，在开关开启和短路时限制电流，避免过大电流对系统造成损害。

10. 低电池操作

当 BTI 电压在 2.15V 至 2.8V 之间时，器件进入低电池模式，PWR_ON 不影响内部开关的行为。

11. 热关断

当结温超过 +135°C 时，内部 1.8A 开关关闭，进入故障模式，结温低于 +125°C 时可复位。

八、应用信息

1. MOSFET 配置

可以驱动单个 n 通道或背对背 n 通道 MOSFET。背对背配置在适配器不存在或适配器电压低于欠压锁定阈值时几乎没有反向电流。如果反向电流泄漏不是问题，可使用单个 n 通道 MOSFET，成本更低。

2. MOSFET 选择

建议选择 VGS 为 4.5V 时 RDS(ON) 合适、VDS 为 30V 的 MOSFET，以承受 MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B 的 28V 输入范围。文档中给出了一些合适的 MOSFET 建议。

3. IN 旁路考虑

大多数应用中，使用 1µF 陶瓷电容旁路 IN 到地以提供 ±15kV ESD 保护；如果不需要 ±15kV 保护，可使用至少 0.1µF 电容。

4. BTO 旁路电容考虑

为保证内部 p 通道 MOSFET 成功启动，需根据公式 (C{BTO(MAX)} leq frac{I{LIM} × t{CLIM}}{V{BTI}}) 选择合适的电容值。

5. 具体应用场景

• 适配器应用：当 AC 适配器供电时，输入电压在 UVLO 和 OVLO 范围内稳定 25ms 后，n 通道 MOSFET 开启，ACOK 断言低电平，然后开启内部开关 1.2s，期间 µP 需发出 PWR_HOLD 信号以保持开关开启。
• 反向极性保护：通过外部 p 通道 MOSFET 实现反向极性保护，但需要反向电流限制负载。
• 车载套件应用：当车载套件适配器插入时，HP_PWR 经过 25ms 去抖和 1.2s 单脉冲，期间 µP 需发出 PWR_HOLD 信号以保持开关开启。

九、总结

MAX4919B/MAX4920B/MAX4921B 系列过压保护控制器为低电压系统提供了全面的过压和过流保护解决方案。它们具有丰富的特性和灵活的配置选项，适用于多种应用场景。在设计电子设备时，工程师可以根据具体需求选择合适的型号，并结合文档中的应用信息进行合理的电路设计，以确保系统的稳定性和安全性。

你在实际设计中是否遇到过类似的过压过流保护问题？你是如何解决的呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。