O 引言
CAT4106是安森美半導體公司新近推出的6W發光二極管(LED)驅動器，該器件集成有大功率DC—DC升壓轉換器，并帶有片上診斷功能。CAT4106不但是一款多通道的升壓型LED驅動器，也能夠驅動4串、多達40個白光LED。其每串的電壓可達36 V，總共可以輸出6 W的LED驅動功率。
CAT4106內置診斷功能，設計人員可通過外部編程電阻來設定最低及最高電壓限制，以確定LED串可接受的工作電壓范圍。該功能還可檢測到任何不在開路或短路LED設定范圍內穩流的通道，并將其標記在故障(FAULT)邏輯輸出端。此外，CAT4106還具有熱關斷及過壓保護(OVP)功能。該器件在175 mA電流時，其LED通道壓降僅為500 mV。CAT4106具有PWM接口，可支持2 kHz的脈寬頻率，即便器件完全偏置也能提供精確、高精度的調光控制。
1 CAT4106的主要特點
CAT4106內部集成有多通道的LED驅動器和大功率DC／DC轉換器，可輸出總共6 W的LED功率，以用于大功率面板的背光應用，同時可驅動四組匹配的LED串，并可通過一個外部電阻來實現對驅動電流的精確編程和控制。CAT4106的每個通道可為LED串輸出高達36 V的電壓。
利用CAT4106內置的診斷功能可自動調節輸出電壓，并可以最低的電壓裕量來進行LED驅動，從而提升背光能效，減少電路板的占用空間。通過CAT4106的EN／PWM邏輯引腳可支持多種頻率，從而控制高分辨率的調光比，保證器件在完全偏壓的情況下，對PWM的準確調光控制。當EN／PWM引腳置低時，CAT4106會進入完全關斷模式。四通道LED驅動器CAT4106的主要特點如下：
◇具有緊湊電流匹配的四路LED通道；
◇內部集成有DC／DC升壓轉換器；
◇具有可達6 W的LED輸出功率；
◇效率可達92％；
◇具有低壓差LED通道(175 mA時為500mV)；
◇帶有高頻率PWM接口(最高可達2 kHz)；
◇具有可調節的短路/開路LED保護功能；
◇LED的通道電流和電壓可通過編程調節和控制：
◇具有熱關斷保護功能；
◇采用16引腳4X4的TQFN和帶散熱盤的TSSOP封裝，符合RoHS規范要求。
2 CAT4106的引腳功能
CAT4106采用16引腳4X4的TQFN和帶散熱盤的TSSOP無鉛封裝，圖1所示是其采用TSSOP封裝的引腳排列圖，各引腳功能如下：
VIN：CAT4106的電源電壓輸入端。VIN端的電壓應在3~5．5 V的范圍內，同時，在使用時，還應在該引腳的近端接一個O．1μF以上的小型陶瓷旁路電容。
EN／PWM：芯片使能及LED通道的PWM調光控制輸入端。該端的邏輯高、低電平分別應設在1．3 V和0．4 V。應當說明的是，EN／PWM具有5 ms的遲延，也就是說，EN／PWM置低至少5 ms后，CAT4106才會進入“零”電流關斷模式。CAT4106內部有200 kΩ的下拉電阻。RSET：REST電阻端，電壓調節控制引腳。CAT4106可通過檢測LED通道上的可編程電流的大小來自動調節電壓。正常工作時，REST端的電壓保持在1．2V，而且該端還能準確監測外部R1上的電流大小。REST端到LED上的電流傳輸比為100。
LEDl～4：LEDl～4的陰極終端。可為LED提供可調電流源，以滿足驅動LED串所需的緊湊匹配連續電流要求。每個LED通道的驅動電流可達175mA。另外，各通道的偏置電壓應不低于0．6V，以使其性能達到最佳。需注意的是：一旦CAT4106的EN／PWM置低，則所有通道將立即進入高阻態。
CTRL：LED信道工作電壓(4通道中的最低電壓)的復用輸出端。其控制信號可用于選擇四組LED輸出驅動通道電壓中的最低工作電壓，即具有最大正向電壓(Vf)的LED串的陰極終端電壓。可以通過位于CTRL和FB之間的外部電阻網絡來設置每個通道的最低工作電壓。需要注意的是，該端的外部電流應不低于25μA。
FB：LED通道工作電壓的反饋基準，也是內部DC／DC的電壓反饋控制引腳。正常工作狀態下，該端需有高阻抗輸入，其電壓應準確調整至O．3 mV。
SW：內部功率FET開關輸出端。CAT4106內部的高壓CMOS功率開關具有典型值為1Ω的導通電阻和1 A的流限。當電路的瞬態電壓高于40 V時，CAT4106會進入軟箝位的低功率狀態。
VFMIN：內部比較器低限輸入端，用于設置LED串的開路電壓門限。可用一對外部電阻來設置LED串的最小正向電壓(VEMIN)。CAT4106在上電期間，若沒有達到1．2 V編程電壓(VFMIN<1．2V)，且LED串處于完全正常狀態，則說明該串中有短路的LED。一旦檢測出有短路LED，CAT4106會立即對該串做故障標記。不用檢測時，應將該引腳接地。
VFMAX：內部比較器高限輸入端，用于設置LED串的短路電壓限制。可通過一對外部電阻來設置LED串的最大正向電壓(VFMAX)。在未達到編程電壓前，若有LED串的電壓進入正常范圍，則應考慮該串中有開路的LED。一旦檢測出有開路LED，CAT4106會立即對該串做故障標記，并在其內部相應的通道做上標記，并忽略該通道。若所有的通道均處于開路狀態，其輸出電壓(LED陽極頂端)則為VFMAX。VFMAX輸入電路由基準為1．2 V的比較器構成。無需檢測時，該引腳接地。
FAULT：LED開路／短路故障檢測輸出端。低電平有效，當LED出現短路或開路時，該引腳有效。首次使用CAT4106時，其故障條件下的診斷頻率就已被初始化。該引腳必須用100 kΩ的上拉電阻與VIN相連，且CAT4106的下拉阻抗不應超過100 Ω的典型值。
PGND：電源地基準端，也是DC／DC轉換器中的高壓CMOS功率開關的源極終端。設計電路時，其旁路電路中的電感應盡可能地靠近該引腳，且PGND的返回電流也應與PCB的接地板相連。
GND：CAT4106的信號地基準。電路中的所有模擬控制電壓都是以該電壓為基準的。另外，所有LED驅動電流也都流過GND。
N．C：懸空。
TAB：CAT4106封裝的內部焊點，使用時應與PCB的接地板相接。
3 應用電路功能設計
實際應用中，CAT4106可以驅動四組相互獨立的LED陣列，圖2所示是其內部功能和應用設計電路圖。設計時，用戶可以根據情況自行設置輸出驅動通道上的工作電壓，以獲得最佳性能。輸出電壓(LED陽極)為所調通道的電壓與LED串的最大正向電壓之和。另外，CAT4106內部所集成的DC／DC升壓轉換器可產生驅動LED串所需的高電壓。當用12 V電源供電時，其LED的功率最高可達6W。
3．1 LED電流設置
通過CAT4106所提供的四組緊湊匹配電流可以精確調整每個LED通道上的電流。用戶可通過外部REST與GND間的電阻R1來調節電流的大小，每個通道上的電流最大可達175mA。下式是Rl與每個通道的LED電流之間的關系式，具體各值見表1所列。
3．2 通道電壓的設置
每個通道的最低工作電壓均可由CTRL、FB與GND間的電阻R2、R3通過下式來編程控制：
在大多數應用中，每個LED通道至少都需要0．5V的負載裕量電壓。推薦使用2倍增益(R2=R3)。當負載電流與R3(20 kΩ)上的電流相等，即均為15μA時，CTRL輸出引腳的性能最佳。
3．3 VFMIN電平的設置
VFMIN電平指的是LED串所能正常工作的最低電平，該電平的大小可由所串聯的LED的數量及其正常工作時所需的最小正向電壓VF的大小決定。若取每串LED的數量為6，每個LED上所需的正向電壓為3．5V±0．5V。由于每個LED的最小電壓為3．0V，那么，總的最小正電壓應為18V，也就是說，任何低于18V電壓的LED串就會被認為有一個或多個LED出現短路故障。圖2中的電阻R6的值可由下式得出：
3．4 VFMAX電平的設置
VFMAX電平指的是LED串所能正常工作的最高電平，該電平的大小可由所串聯的LED的數量及其正常工作時所需的最大正向電壓VF的大小決定。當每串LED的數量為6時，每個LED上所需的正向電壓為3．5 V±O．5 V。由于每個LED的最大電壓為
