MAX20446：汽车6通道背光驱动器的卓越之选

在汽车电子领域，显示屏的背光驱动至关重要，它直接影响着显示效果和用户体验。今天要给大家介绍的是Maxim Integrated推出的MAX20446，一款专为汽车显示屏设计的6通道背光驱动器，它集成了升压/SEPIC控制器和I²C接口，具备众多出色的特性和功能。

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一、产品概述

MAX20446是一款适用于汽车显示屏的6通道背光驱动器，集成了升压控制器。其集成的电流输出端每个可吸收高达130mA的LED电流，能满足大多数汽车显示屏的背光需求。该器件接受4.5V至36V的宽输入电压范围，还能承受直接的汽车负载突降事件，具有很强的适应性和稳定性。

内部的电流模式开关DC - DC控制器支持升压或SEPIC拓扑结构，工作频率范围为400kHz至2.2MHz，集成的扩频功能有助于降低电磁干扰（EMI）。自适应输出电压控制方案可将LED电流吸收路径中的功耗降至最低，提高了能源利用效率。

它还具备I²C控制的脉冲宽度调制（PWM）调光和混合调光功能，最小脉冲宽度为500ns。此外，还采用了相移调光技术来降低EMI，并可通过I²C接口提供全面的诊断信息。该产品采用24引脚TQFN封装，工作温度范围为 - 40°C至 + 125°C，适合汽车应用的恶劣环境。

二、关键特性与优势

（一）宽电压范围操作

• 低电压启动后运行：启动后可低至4V电源运行，确保在不同电源条件下都能稳定工作。
• 负载突降承受能力：能承受高达52V的负载突降，有效保护器件免受汽车电源系统中突发的高电压冲击。

（二）高度集成

• 完整的6通道解决方案：包含升压控制器，提供了一站式的背光驱动解决方案，减少了外部元件的使用，降低了设计复杂度和成本。
• I²C控制：通过I²C接口进行控制，可最大限度减少元件数量，简化了电路设计。

（三）稳健且低EMI

• 扩频振荡器：采用扩频技术，降低了开关频率及其谐波处的峰值电磁干扰，提高了系统的电磁兼容性。
• 相移技术：相移调光进一步降低了EMI，减少了对其他电子设备的干扰。
• 宽开关频率范围：400kHz至2.2MHz的开关频率范围可根据实际应用需求进行调整，优化系统性能。
• 故障安全操作模式：使用FSEN引脚实现故障安全操作模式，增强了系统的可靠性。

（四）多功能调光方案

支持混合调光或仅PWM调光，可使用DIM输入或I²C进行控制。混合调光时调光比 > 10000:1，PWM调光在200Hz时调光比为10000:1，能实现精确的亮度调节，满足不同场景下的显示需求。

（五）全面诊断功能

具备LED开路/短路检测与保护、升压输出欠压和过压保护、升压电压监测、单个LED串电流监测以及热关断等功能，可实时监测系统状态，及时发现并处理故障，保障系统的稳定运行。

（六）紧凑封装

采用4mm x 4mm的24引脚TQFN封装，节省了电路板空间，适合对空间要求较高的汽车电子应用。

三、电气特性详解

（一）电源输入

• 输入工作范围：正常工作时输入电压范围为4.5V至36V，启动后可低至4.2V，确保了在不同电源条件下的稳定启动和运行。
• 静态和待机电流：静态电源电流在特定条件下典型值为10mA，待机电源电流在VIN = 12V、VEN = 0V时典型值为0.1μA，降低了功耗。
• 欠压锁定：具有上升和下降欠压锁定阈值，确保在电源电压不稳定时能正确启动和关闭，保护器件安全。

（二）VCC稳压器

• 输出电压：在5.75V < VIN < 36V、IVCC = 1mA至10mA条件下，输出电压为4.75V至5.25V，为内部电路提供稳定的电源。
• 压差和短路电流限制：压差在VIN = 4.5V、IVCC = 5mA时最大为0.2V，短路电流限制为60mA，保障了稳压器的安全可靠。

（三）RT振荡器

• 开关频率范围：可编程范围为400kHz至2200kHz，可根据实际需求调整开关频率，优化系统性能。
• 最大占空比和频率精度：最大占空比在不同频率下有相应的限制，振荡器频率精度在 - 10%至 + 10%之间，确保了稳定的开关频率。
• 频率抖动和RT输出电压：频率抖动可通过SSL位进行控制，RT输出电压在特定电阻条件下为1.2V至1.3V。

（四）MOSFET驱动器

• 导通电阻：NDRV高端导通电阻在吸收30mA电流时典型值为1.5Ω，低端导通电阻在源出30mA电流时典型值为0.8Ω，降低了驱动器的功耗。
• 上升和下降时间：在负载电容为1nF时，上升和下降时间典型值均为8ns，实现了快速的开关响应。

（五）斜率补偿和电流检测

• 峰值斜率补偿电流斜坡幅度：为42μA至58μA，用于补偿连续导通模式下占空比超过50%时出现的次谐波振荡。
• 电流限制阈值：包括内部斜率斜坡幅度，阈值为390mV至450mV，确保了对电流的精确控制。

（六）误差放大器

• 输出调节阈值：OUT_调节高阈值为0.95V至1.1V，低阈值为0.7V至0.85V，保证了LED电流的稳定输出。
• 跨导和COMP电流：跨导为480μS至920μS，COMP灌电流和源电流在特定电压下为200μA至800μA。

（七）LED电流吸收

• IREF电压：在特定电阻条件下为1.2V至1.3V，用于设置LED电流参考。
• OUT_输出电流：可设置为不同的电流值，如120mA、100mA、50mA等，通道间匹配度在 - 2%至 + 2%之间。
• 总泄漏电流和电流上升/下降时间：总OUT_泄漏电流在特定条件下最大为12μA，电流上升时间典型值为150ns，下降时间典型值为50ns。

（八）逻辑输入和输出

• 输入逻辑电平：EN、DIM、SDA、SCL等输入引脚的逻辑高电平为2.1V，逻辑低电平为0.8V，确保了正确的信号输入。
• 输入电流和阈值：各输入引脚的输入电流和阈值有明确规定，保证了系统的稳定性。

（九）过压和欠压保护

• BSTMON过压和欠压检测：过压跳闸阈值为1.18V至1.28V，欠压检测阈值为0.4V至0.46V，能及时检测并处理过压和欠压故障。
• 升压欠压消隐时间和延迟：升压欠压消隐时间为47.8ms至56.2ms，欠压检测延迟为4μs至18μs。
• PGATE相关参数：PGATE下拉电流为170μA至230μA，启动延迟为2ms至2.2ms，泄漏电流在特定条件下最大为1μA。

（十）LED故障检测

• 短路检测阈值：可通过SLDET[1:0]位进行编程设置，有不同的检测阈值可供选择。
• 短路检测比较器延迟和OUT_检查电流：短路检测比较器延迟典型值为9μs，OUT_检查LED源电流为50μA至70μA。
• 开路和未使用检测阈值：OUT_短路到地检测阈值在启动前为250mV至365mV，未使用检测阈值为1.25V至1.35V，开路检测阈值在运行期间为250mV至365mV。

（十一）模数转换器

• 测量分辨率和误差：ADC测量分辨率为8位，电流测量总误差在IOUT = 120mA时为 ± 8mA，电压测量总误差在VBSTMON = 1V时为 - 70mV至 + 70mV。
• 增益和偏移误差：增益误差在IOUT = 120mA时为 - 4%至 + 6%，偏移误差为 ± 4LSB。
• 测量分辨率：电流测量分辨率为0.5mA，电压测量分辨率为5.1mV。

（十二）热关断

• 热警告和关断阈值：热警告阈值为125°C，热关断阈值为165°C，热关断滞后为15°C，保护器件免受过热损坏。

（十三）I²C接口

• 串行时钟频率和时序参数：串行时钟频率最大为400kHz，各时序参数如总线空闲时间、启动和停止条件设置时间、时钟高低周期等都有明确规定，确保了I²C通信的稳定可靠。

四、功能详解

（一）输出欠压保护

在升压转换器软启动结束时，会激活DC - DC转换器输出的欠压阈值（设置为430mV）。如果在软启动周期后BSTMON引脚电压低于430mV，转换器将关闭，pMOSFET会断开输入电压与LED驱动器的连接，同时FLTB引脚拉低。故障条件消除后，需切换ISET（0x02）寄存器中的ENA位或EN引脚或电源才能重新启动。

（二）使能控制

当EN引脚为高电平时，内部稳压器和I²C接口启用；将EN引脚拉低可关闭器件，使电流消耗降至最大1μA，实现了低功耗控制。

（三）电流模式DC - DC控制器

• 控制方式：采用恒定频率、电流模式控制，可驱动LED在升压、SEPIC或耦合电感降压 - 升压配置下工作。通过多环控制调节电感中的峰值电流和LED电流吸收器两端的电压，以降低功耗。
• 开关频率编程：可通过连接在RT引脚和地之间的电阻将开关频率编程在400kHz至2.2MHz范围内。
• 斜率补偿：提供内部斜率补偿，以补偿连续导通模式下占空比超过50%时出现的次谐波振荡。
• 工作过程：每个开关周期开始时内部MOSFET导通，电感电流线性上升，直到达到反馈回路设置的峰值电流水平时关闭。通过电流检测电阻（RCS）两端的电压来检测电感峰值电流，同时采用前沿消隐技术抑制内部MOSFET的开关噪声。

（四）8位数模转换器（DAC）

误差放大器的参考输入由8位DAC控制。启动时DAC输出缓慢上升以实现软启动功能，正常运行时DAC输出范围限制在0.6V至1.25V。输出电压的最小步长由DAC的LSB和BSTMON电阻分压器增益决定。

（五）FSEN引脚功能

FSEN（故障安全使能）引脚可在I²C控制暂时不可用或接口停止工作的情况下启用器件。当FSEN引脚拉高且ENA位为高时，升压转换器开启，电流吸收器启用；FSEN引脚拉低后，I²C寄存器中编程的值将在下一个调光周期开始时应用。OUT_电流可通过连接在FSEN引脚和地之间的电阻进行设置，同时该电阻还可设置I²C地址。

（六）PWM调光

可通过将外部PWM信号应用于DIM引脚或通过I²C编程所需的调光级别来实现调光。使用DIM引脚作为输入时，需将IMODE寄存器（0x03）中的DIMEXT位设置为1；使用内部调光时，可向TON[17:0]位写入最多18位的值。DIM输入接受大于100Hz的PWM信号，调光频率在EN引脚拉高后根据前两个脉冲确定，正常运行期间不能更改。

（七）混合调光

在混合调光模式下，外部LED首先通过降低电流进行调光，当调光占空比从100%降低到HDIM[1:0]位设置的交叉级别时，调光转换为PWM调光。可通过设置IMODE寄存器中的HDIM位并选择HDIM_THR[1:0]位来选择混合调光和交叉级别。根据DIMEXT位的不同，可通过测量DIM引脚的占空比或将18位TON[17:0]值转换为组合的LED电流值和PWM设置来实现调光。

（八）低调光模式

当调光导通时间低于50μs（典型值）时，器件进入低调光模式，此时转换器连续开关，LED短路检测禁用。当DIM输入大于51μs（典型值）时，器件恢复正常运行，启用短路LED检测，仅在有效调光信号为高电平时切换功率MOSFET。在低调光模式下，OUT_电流监测不工作，但仍可测量BSTMON电压。

（九）相移调光

当ISET寄存器（0x02）中的PSEN位设置时，启用LED串的相移调光。器件会根据启用的串数自动将串之间的相移设置为60°、72°、90°、120°或180°，有助于降低EMI。

（十）禁用单个串

可通过将未使用的OUT_通过12kΩ电阻连接到地或在设置ENA位之前将DISABLE（0x13）寄存器中的相应DIS_位设置为1来禁用未使用的LED串。在启动时，器件会通过OUT_引脚提供60μA（典型值）电流并测量相应电压，为了正确禁用串，OUT_电压应在365mV至1.15V之间。正常运行时，可通过将相应的PWM设置更改为0来选择性地关闭串，但仅在使用内部调光时可行。

（十一）欠压锁定

器件具有两个欠压锁定（UVLO）功能，分别监测IN引脚的输入电压和内部LDO稳压器在VCC的输出电压。当EN引脚拉高且IN和VCC都高于各自的UVLO阈值时，器件开启。

（十二）启动序列

• 初始检查：当EN引脚拉高（假设IN电压高于其欠压锁定值）时，内部稳压器和接口开启，器件检查OUT_通道。如果检测到任何OUT_引脚短路到地，升压转换器将不会启动，同时相应的OUTSG位会被设置。器件还会检测并断开通过12kΩ电阻连接到地的未使用电流吸收器通道，也可通过I²C接口使用DIS[6:1]位禁用单个通道。此阶段总持续时间最大为2ms。
• 升压软启动：ENA位设置为1后，控制器开始升压转换器的软启动。首先打开外部pMOSFET的驱动器，200μA（典型值）的恒定电流流入PGATE引脚，通过电阻R3下拉外部pMOSFET的栅极，控制其开启时间。外部pMOSFET开启且2ms超时后，进入启动的第二阶段。
• 输出上升：第二阶段，转换器开始开关，输出开始上升。误差放大器的DAC参考值逐位递增，直到BSTMON达到600mV，此阶段持续时间约为50ms（典型值）。监测BSTMON引脚，如果电压低于430mV（典型值），FLTB引脚拉低，功率转换器关闭，外部pMOSFET关闭，直到ENA位切换。
• 输出调整：第三阶段，当第二阶段完成且DIM输入为高（DIM_EXT = 1）或通过设置任何通道的PWM值大于0启用内部调光时开始。在此阶段，调整转换器的输出，使最小OUT_电压落在0.78V至1.03V（典型值）的比较器限制范围内。输出调整由DAC控制，DAC输出在DIM输入引脚（或内部调光信号）的每个上升沿更新。如果DIM输入（或内部调光信号）为100%占空比，DAC输出每10ms更新一次。

（十三）振荡器频率/外部同步

内部振荡器频率可通过连接在RT引脚和地之间的定时电阻（RRT）在400kHz至2.2MHz之间编程。可通过将外部时钟AC耦合到RT输入来同步振荡器，AC耦合电容值为10pF，外部时钟的占空比应为50%。

（十四）扩频模式

器件包含扩频模式，可降低开关频率及其谐波处的峰值电磁干扰。扩频采用伪随机抖动技术，将开关频率在编程开关频率的97%（或当SSL位为1时为94%）至103%（或当SSL位为1时为106%）范围内变化。使用扩频时，基波和每个谐波的总能量分布在更宽的带宽上，降低了能量峰值。如果使用外部同步，扩频将禁用，也可