MAX20446：汽車6通道背光驅(qū)動器的卓越之選

在汽車電子領(lǐng)域，顯示屏的背光驅(qū)動至關(guān)重要，它直接影響著顯示效果和用戶體驗。今天要給大家介紹的是Maxim Integrated推出的MAX20446，一款專為汽車顯示屏設(shè)計的6通道背光驅(qū)動器，它集成了升壓/SEPIC控制器和I2C接口，具備眾多出色的特性和功能。

文件下載：MAX20446.pdf

一、產(chǎn)品概述

MAX20446是一款適用于汽車顯示屏的6通道背光驅(qū)動器，集成了升壓控制器。其集成的電流輸出端每個可吸收高達(dá)130mA的LED電流，能滿足大多數(shù)汽車顯示屏的背光需求。該器件接受4.5V至36V的寬輸入電壓范圍，還能承受直接的汽車負(fù)載突降事件，具有很強(qiáng)的適應(yīng)性和穩(wěn)定性。

內(nèi)部的電流模式開關(guān)DC - DC控制器支持升壓或SEPIC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，工作頻率范圍為400kHz至2.2MHz，集成的擴(kuò)頻功能有助于降低電磁干擾（EMI）。自適應(yīng)輸出電壓控制方案可將LED電流吸收路徑中的功耗降至最低，提高了能源利用效率。

它還具備I2C控制的脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光和混合調(diào)光功能，最小脈沖寬度為500ns。此外，還采用了相移調(diào)光技術(shù)來降低EMI，并可通過I2C接口提供全面的診斷信息。該產(chǎn)品采用24引腳TQFN封裝，工作溫度范圍為 - 40°C至 + 125°C，適合汽車應(yīng)用的惡劣環(huán)境。

二、關(guān)鍵特性與優(yōu)勢

（一）寬電壓范圍操作

• 低電壓啟動后運行：啟動后可低至4V電源運行，確保在不同電源條件下都能穩(wěn)定工作。
• 負(fù)載突降承受能力：能承受高達(dá)52V的負(fù)載突降，有效保護(hù)器件免受汽車電源系統(tǒng)中突發(fā)的高電壓沖擊。

（二）高度集成

• 完整的6通道解決方案：包含升壓控制器，提供了一站式的背光驅(qū)動解決方案，減少了外部元件的使用，降低了設(shè)計復(fù)雜度和成本。
• I2C控制：通過I2C接口進(jìn)行控制，可最大限度減少元件數(shù)量，簡化了電路設(shè)計。

（三）穩(wěn)健且低EMI

• 擴(kuò)頻振蕩器：采用擴(kuò)頻技術(shù)，降低了開關(guān)頻率及其諧波處的峰值電磁干擾，提高了系統(tǒng)的電磁兼容性。
• 相移技術(shù)：相移調(diào)光進(jìn)一步降低了EMI，減少了對其他電子設(shè)備的干擾。
• 寬開關(guān)頻率范圍：400kHz至2.2MHz的開關(guān)頻率范圍可根據(jù)實際應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化系統(tǒng)性能。
• 故障安全操作模式：使用FSEN引腳實現(xiàn)故障安全操作模式，增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

（四）多功能調(diào)光方案

支持混合調(diào)光或僅PWM調(diào)光，可使用DIM輸入或I2C進(jìn)行控制。混合調(diào)光時調(diào)光比 > 10000:1，PWM調(diào)光在200Hz時調(diào)光比為10000:1，能實現(xiàn)精確的亮度調(diào)節(jié)，滿足不同場景下的顯示需求。

（五）全面診斷功能

具備LED開路/短路檢測與保護(hù)、升壓輸出欠壓和過壓保護(hù)、升壓電壓監(jiān)測、單個LED串電流監(jiān)測以及熱關(guān)斷等功能，可實時監(jiān)測系統(tǒng)狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并處理故障，保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（六）緊湊封裝

采用4mm x 4mm的24引腳TQFN封裝，節(jié)省了電路板空間，適合對空間要求較高的汽車電子應(yīng)用。

三、電氣特性詳解

（一）電源輸入

• 輸入工作范圍：正常工作時輸入電壓范圍為4.5V至36V，啟動后可低至4.2V，確保了在不同電源條件下的穩(wěn)定啟動和運行。
• 靜態(tài)和待機(jī)電流：靜態(tài)電源電流在特定條件下典型值為10mA，待機(jī)電源電流在VIN = 12V、VEN = 0V時典型值為0.1μA，降低了功耗。
• 欠壓鎖定：具有上升和下降欠壓鎖定閾值，確保在電源電壓不穩(wěn)定時能正確啟動和關(guān)閉，保護(hù)器件安全。

（二）VCC穩(wěn)壓器

• 輸出電壓：在5.75V < VIN < 36V、IVCC = 1mA至10mA條件下，輸出電壓為4.75V至5.25V，為內(nèi)部電路提供穩(wěn)定的電源。
• 壓差和短路電流限制：壓差在VIN = 4.5V、IVCC = 5mA時最大為0.2V，短路電流限制為60mA，保障了穩(wěn)壓器的安全可靠。

（三）RT振蕩器

• 開關(guān)頻率范圍：可編程范圍為400kHz至2200kHz，可根據(jù)實際需求調(diào)整開關(guān)頻率，優(yōu)化系統(tǒng)性能。
• 最大占空比和頻率精度：最大占空比在不同頻率下有相應(yīng)的限制，振蕩器頻率精度在 - 10%至 + 10%之間，確保了穩(wěn)定的開關(guān)頻率。
• 頻率抖動和RT輸出電壓：頻率抖動可通過SSL位進(jìn)行控制，RT輸出電壓在特定電阻條件下為1.2V至1.3V。

（四）MOSFET驅(qū)動器

• 導(dǎo)通電阻：NDRV高端導(dǎo)通電阻在吸收30mA電流時典型值為1.5Ω，低端導(dǎo)通電阻在源出30mA電流時典型值為0.8Ω，降低了驅(qū)動器的功耗。
• 上升和下降時間：在負(fù)載電容為1nF時，上升和下降時間典型值均為8ns，實現(xiàn)了快速的開關(guān)響應(yīng)。

（五）斜率補(bǔ)償和電流檢測

• 峰值斜率補(bǔ)償電流斜坡幅度：為42μA至58μA，用于補(bǔ)償連續(xù)導(dǎo)通模式下占空比超過50%時出現(xiàn)的次諧波振蕩。
• 電流限制閾值：包括內(nèi)部斜率斜坡幅度，閾值為390mV至450mV，確保了對電流的精確控制。

（六）誤差放大器

• 輸出調(diào)節(jié)閾值：OUT_調(diào)節(jié)高閾值為0.95V至1.1V，低閾值為0.7V至0.85V，保證了LED電流的穩(wěn)定輸出。
• 跨導(dǎo)和COMP電流：跨導(dǎo)為480μS至920μS，COMP灌電流和源電流在特定電壓下為200μA至800μA。

（七）LED電流吸收

• IREF電壓：在特定電阻條件下為1.2V至1.3V，用于設(shè)置LED電流參考。
• OUT_輸出電流：可設(shè)置為不同的電流值，如120mA、100mA、50mA等，通道間匹配度在 - 2%至 + 2%之間。
• 總泄漏電流和電流上升/下降時間：總OUT_泄漏電流在特定條件下最大為12μA，電流上升時間典型值為150ns，下降時間典型值為50ns。

（八）邏輯輸入和輸出

• 輸入邏輯電平：EN、DIM、SDA、SCL等輸入引腳的邏輯高電平為2.1V，邏輯低電平為0.8V，確保了正確的信號輸入。
• 輸入電流和閾值：各輸入引腳的輸入電流和閾值有明確規(guī)定，保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（九）過壓和欠壓保護(hù)

• BSTMON過壓和欠壓檢測：過壓跳閘閾值為1.18V至1.28V，欠壓檢測閾值為0.4V至0.46V，能及時檢測并處理過壓和欠壓故障。
• 升壓欠壓消隱時間和延遲：升壓欠壓消隱時間為47.8ms至56.2ms，欠壓檢測延遲為4μs至18μs。
• PGATE相關(guān)參數(shù)：PGATE下拉電流為170μA至230μA，啟動延遲為2ms至2.2ms，泄漏電流在特定條件下最大為1μA。

（十）LED故障檢測

• 短路檢測閾值：可通過SLDET[1:0]位進(jìn)行編程設(shè)置，有不同的檢測閾值可供選擇。
• 短路檢測比較器延遲和OUT_檢查電流：短路檢測比較器延遲典型值為9μs，OUT_檢查LED源電流為50μA至70μA。
• 開路和未使用檢測閾值：OUT_短路到地檢測閾值在啟動前為250mV至365mV，未使用檢測閾值為1.25V至1.35V，開路檢測閾值在運行期間為250mV至365mV。

（十一）模數(shù)轉(zhuǎn)換器

• 測量分辨率和誤差：ADC測量分辨率為8位，電流測量總誤差在IOUT = 120mA時為 ± 8mA，電壓測量總誤差在VBSTMON = 1V時為 - 70mV至 + 70mV。
• 增益和偏移誤差：增益誤差在IOUT = 120mA時為 - 4%至 + 6%，偏移誤差為 ± 4LSB。
• 測量分辨率：電流測量分辨率為0.5mA，電壓測量分辨率為5.1mV。

（十二）熱關(guān)斷

• 熱警告和關(guān)斷閾值：熱警告閾值為125°C，熱關(guān)斷閾值為165°C，熱關(guān)斷滯后為15°C，保護(hù)器件免受過熱損壞。

（十三）I2C接口

• 串行時鐘頻率和時序參數(shù)：串行時鐘頻率最大為400kHz，各時序參數(shù)如總線空閑時間、啟動和停止條件設(shè)置時間、時鐘高低周期等都有明確規(guī)定，確保了I2C通信的穩(wěn)定可靠。

四、功能詳解

（一）輸出欠壓保護(hù)

在升壓轉(zhuǎn)換器軟啟動結(jié)束時，會激活DC - DC轉(zhuǎn)換器輸出的欠壓閾值（設(shè)置為430mV）。如果在軟啟動周期后BSTMON引腳電壓低于430mV，轉(zhuǎn)換器將關(guān)閉，pMOSFET會斷開輸入電壓與LED驅(qū)動器的連接，同時FLTB引腳拉低。故障條件消除后，需切換ISET（0x02）寄存器中的ENA位或EN引腳或電源才能重新啟動。

（二）使能控制

當(dāng)EN引腳為高電平時，內(nèi)部穩(wěn)壓器和I2C接口啟用；將EN引腳拉低可關(guān)閉器件，使電流消耗降至最大1μA，實現(xiàn)了低功耗控制。

（三）電流模式DC - DC控制器

• 控制方式：采用恒定頻率、電流模式控制，可驅(qū)動LED在升壓、SEPIC或耦合電感降壓 - 升壓配置下工作。通過多環(huán)控制調(diào)節(jié)電感中的峰值電流和LED電流吸收器兩端的電壓，以降低功耗。
• 開關(guān)頻率編程：可通過連接在RT引腳和地之間的電阻將開關(guān)頻率編程在400kHz至2.2MHz范圍內(nèi)。
• 斜率補(bǔ)償：提供內(nèi)部斜率補(bǔ)償，以補(bǔ)償連續(xù)導(dǎo)通模式下占空比超過50%時出現(xiàn)的次諧波振蕩。
• 工作過程：每個開關(guān)周期開始時內(nèi)部MOSFET導(dǎo)通，電感電流線性上升，直到達(dá)到反饋回路設(shè)置的峰值電流水平時關(guān)閉。通過電流檢測電阻（RCS）兩端的電壓來檢測電感峰值電流，同時采用前沿消隱技術(shù)抑制內(nèi)部MOSFET的開關(guān)噪聲。

（四）8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）

誤差放大器的參考輸入由8位DAC控制。啟動時DAC輸出緩慢上升以實現(xiàn)軟啟動功能，正常運行時DAC輸出范圍限制在0.6V至1.25V。輸出電壓的最小步長由DAC的LSB和BSTMON電阻分壓器增益決定。

（五）FSEN引腳功能

FSEN（故障安全使能）引腳可在I2C控制暫時不可用或接口停止工作的情況下啟用器件。當(dāng)FSEN引腳拉高且ENA位為高時，升壓轉(zhuǎn)換器開啟，電流吸收器啟用；FSEN引腳拉低后，I2C寄存器中編程的值將在下一個調(diào)光周期開始時應(yīng)用。OUT_電流可通過連接在FSEN引腳和地之間的電阻進(jìn)行設(shè)置，同時該電阻還可設(shè)置I2C地址。

（六）PWM調(diào)光

可通過將外部PWM信號應(yīng)用于DIM引腳或通過I2C編程所需的調(diào)光級別來實現(xiàn)調(diào)光。使用DIM引腳作為輸入時，需將IMODE寄存器（0x03）中的DIMEXT位設(shè)置為1；使用內(nèi)部調(diào)光時，可向TON[17:0]位寫入最多18位的值。DIM輸入接受大于100Hz的PWM信號，調(diào)光頻率在EN引腳拉高后根據(jù)前兩個脈沖確定，正常運行期間不能更改。

（七）混合調(diào)光

在混合調(diào)光模式下，外部LED首先通過降低電流進(jìn)行調(diào)光，當(dāng)調(diào)光占空比從100%降低到HDIM[1:0]位設(shè)置的交叉級別時，調(diào)光轉(zhuǎn)換為PWM調(diào)光?？赏ㄟ^設(shè)置IMODE寄存器中的HDIM位并選擇HDIM_THR[1:0]位來選擇混合調(diào)光和交叉級別。根據(jù)DIMEXT位的不同，可通過測量DIM引腳的占空比或?qū)?8位TON[17:0]值轉(zhuǎn)換為組合的LED電流值和PWM設(shè)置來實現(xiàn)調(diào)光。

（八）低調(diào)光模式

當(dāng)調(diào)光導(dǎo)通時間低于50μs（典型值）時，器件進(jìn)入低調(diào)光模式，此時轉(zhuǎn)換器連續(xù)開關(guān)，LED短路檢測禁用。當(dāng)DIM輸入大于51μs（典型值）時，器件恢復(fù)正常運行，啟用短路LED檢測，僅在有效調(diào)光信號為高電平時切換功率MOSFET。在低調(diào)光模式下，OUT_電流監(jiān)測不工作，但仍可測量BSTMON電壓。

（九）相移調(diào)光

當(dāng)ISET寄存器（0x02）中的PSEN位設(shè)置時，啟用LED串的相移調(diào)光。器件會根據(jù)啟用的串?dāng)?shù)自動將串之間的相移設(shè)置為60°、72°、90°、120°或180°，有助于降低EMI。

（十）禁用單個串

可通過將未使用的OUT_通過12kΩ電阻連接到地或在設(shè)置ENA位之前將DISABLE（0x13）寄存器中的相應(yīng)DIS_位設(shè)置為1來禁用未使用的LED串。在啟動時，器件會通過OUT_引腳提供60μA（典型值）電流并測量相應(yīng)電壓，為了正確禁用串，OUT_電壓應(yīng)在365mV至1.15V之間。正常運行時，可通過將相應(yīng)的PWM設(shè)置更改為0來選擇性地關(guān)閉串，但僅在使用內(nèi)部調(diào)光時可行。

（十一）欠壓鎖定

器件具有兩個欠壓鎖定（UVLO）功能，分別監(jiān)測IN引腳的輸入電壓和內(nèi)部LDO穩(wěn)壓器在VCC的輸出電壓。當(dāng)EN引腳拉高且IN和VCC都高于各自的UVLO閾值時，器件開啟。

（十二）啟動序列

• 初始檢查：當(dāng)EN引腳拉高（假設(shè)IN電壓高于其欠壓鎖定值）時，內(nèi)部穩(wěn)壓器和接口開啟，器件檢查OUT_通道。如果檢測到任何OUT_引腳短路到地，升壓轉(zhuǎn)換器將不會啟動，同時相應(yīng)的OUTSG位會被設(shè)置。器件還會檢測并斷開通過12kΩ電阻連接到地的未使用電流吸收器通道，也可通過I2C接口使用DIS[6:1]位禁用單個通道。此階段總持續(xù)時間最大為2ms。
• 升壓軟啟動：ENA位設(shè)置為1后，控制器開始升壓轉(zhuǎn)換器的軟啟動。首先打開外部pMOSFET的驅(qū)動器，200μA（典型值）的恒定電流流入PGATE引腳，通過電阻R3下拉外部pMOSFET的柵極，控制其開啟時間。外部pMOSFET開啟且2ms超時后，進(jìn)入啟動的第二階段。
• 輸出上升：第二階段，轉(zhuǎn)換器開始開關(guān)，輸出開始上升。誤差放大器的DAC參考值逐位遞增，直到BSTMON達(dá)到600mV，此階段持續(xù)時間約為50ms（典型值）。監(jiān)測BSTMON引腳，如果電壓低于430mV（典型值），F(xiàn)LTB引腳拉低，功率轉(zhuǎn)換器關(guān)閉，外部pMOSFET關(guān)閉，直到ENA位切換。
• 輸出調(diào)整：第三階段，當(dāng)?shù)诙A段完成且DIM輸入為高（DIM_EXT = 1）或通過設(shè)置任何通道的PWM值大于0啟用內(nèi)部調(diào)光時開始。在此階段，調(diào)整轉(zhuǎn)換器的輸出，使最小OUT_電壓落在0.78V至1.03V（典型值）的比較器限制范圍內(nèi)。輸出調(diào)整由DAC控制，DAC輸出在DIM輸入引腳（或內(nèi)部調(diào)光信號）的每個上升沿更新。如果DIM輸入（或內(nèi)部調(diào)光信號）為100%占空比，DAC輸出每10ms更新一次。

（十三）振蕩器頻率/外部同步

內(nèi)部振蕩器頻率可通過連接在RT引腳和地之間的定時電阻（RRT）在400kHz至2.2MHz之間編程?？赏ㄟ^將外部時鐘AC耦合到RT輸入來同步振蕩器，AC耦合電容值為10pF，外部時鐘的占空比應(yīng)為50%。

（十四）擴(kuò)頻模式

器件包含擴(kuò)頻模式，可降低開關(guān)頻率及其諧波處的峰值電磁干擾。擴(kuò)頻采用偽隨機(jī)抖動技術(shù)，將開關(guān)頻率在編程開關(guān)頻率的97%（或當(dāng)SSL位為1時為94%）至103%（或當(dāng)SSL位為1時為106%）范圍內(nèi)變化。使用擴(kuò)頻時，基波和每個諧波的總能量分布在更寬的帶寬上，降低了能量峰值。如果使用外部同步，擴(kuò)頻將禁用，也可