概述：CAT4026是安森美公司生产的高性能六路恒流LED控制器，外围电路简单，是一种低成本、高效率大面板LED背光控制芯片，现已广泛用于大屏幕LED液晶彩电中。该芯片内含6通道LED恒流控制电路，并对每个LED通道电流的精确匹配和控制；设有自适应反控制电路，可大幅提高升压电路工作效率；支持PWM脉冲和模拟电压调光控制方式，并具有灯串开路保护（OCA ）、灯串局部短路保护（SCA）、热关断保护（150℃）等功能。该IC的内部框图如图1所示，引脚功能见表1。该方案电路多用于大屏幕液晶彩电中，下面以长虹3D50B4500i智能液晶彩电为例，对其LED驱动电路进行分析。该型彩电采用HSM40D-4MC型超薄二合一电源板，即将待机电源、功率因数校正电路和LED驱动电路安装在一块印制板上。待机电源输出12.3V电压，供给信号板及背光驱动的前级电路。
一、CAT4026引脚功能
二、40V电压形成电路
40V电压形成电路主要由U501、T501及外围元器件构成。开机后，功率因数校正电路输出的PFC电压经开关变压器T501的⑥一③绕组加到Q501的漏极，VCC2电压经C502、C503退藕滤波后加到U501的⑤脚，40V电压形成电路进入工作状态，从⑥脚输出驱动脉冲，经Q502、Q503组成的推挽电路放大后，加到Q501的栅极，电路如图2所示。
1、启动控制
当U501的⑥脚输出高电平时，该信号经R505加到Q502 （NPN ）和Q503 （PNP）的基极，Q503截止，Q502导通。VCC2电压经R510、Q502、R506加到Q501的栅极，Q501导通。PFC电压经T501的⑥一③绕组、Q501、R502到地。由于流过电感线圈的电流不能突变，因此流过变压器T501绕组的电流呈线性从零逐步增大。当线圈中流过电流时，就一定会产生磁场，因此把电能转变成磁能，储存在开关变压器T501中，此时初级绕组的感应电动势为⑥脚正③脚负。
当U501输出低电平时，该信号经R505加到Q502 （NPN）和Q503（PNP）的基极，Q502截止，Q503导通。Q501栅极的电荷经R506、Q503 、R502到地，Q501截止。PFC电压经T501的⑥-③绕组、Q501、R502到地的电流回路被切断。由于流过电感线圈的电流不能突变，因此流过变压器T501的⑥-③绕组的电压方向瞬间反向，感应电动势为⑥脚负③脚正，产生尖峰脉冲电压，叠加上电源输入的稳定400V直流电压，会造成约800V左右的尖峰电压。此时，二极管D501导通，尖峰电压经R501和C501馈入400V直流电源，迅速降低尖峰脉冲电压，有效避免功率管Q501因尖峰电压过高而损坏。
当有交变的电流流过开关变压器T501的⑥-③绕组时，变压器的次级绕组均会按线圈比例产生感应电压。T501次级⑦-12绕组产生的感应脉冲经DD601、D602整流，C601、C602、C603和L402滤波后，形成40V的直流电压，为LED驱动电路预供电。待LED驱动电路正常工作后，电压上升到120V左右。采用此种控制方法的好处是：当LED驱动电路未工作时，输出的电压低，不会使LED过流而损坏，同时也可以避免开机瞬间冲击电流对LED的影响。
提示：NCP1251是一个高度集成的峰值电流模式控制器，采用低功耗反激方式，内部工作频率为65kHz-100kHz。当负载功率下降时，控制器进入突发模式，开关频率降低为26kHz；如果负载继续降低，则控制器进入自动跳频工作模式，这样尽可能减小功耗，并保持较高的工作效率。
2、稳压控制
当LED驱动电路没有工作或输入电压升高时，40V也跟着升高，通过R607 、 R608和R609分压后的电压也跟着升高，加到IC601控制端的电压也就升高。IC601输入的电流增大，流过光藕 N501内部的发光二极管电流也跟着增大。发光二极管发光强度增加，光藕N501内部的光敏三极管等效电阻降低。从U501的FB端子（②脚）流出的电流增大，FB端子电压下降，经集成块内部电路处理后，使U501的⑥脚输出的PWM脉冲占空比减小，开关管Q501的导通时间减少。开关变压器T501的储能时间减少，放电时间增加，次级整流输出的40V电压也跟着降低。当输出的40V电压过低时，稳压过程与上述过程相反。C605和R606组成消谐振电路，防止IC601进入谐振状态，避免稳压环路失控。
当LED驱动电路没有工作时，由于负载需求功率小，D601、D602整流，C601、 C602、 C603和L402滤波后形成的电荷泄放很慢，电压保持在固定值的时间较长。经稳压环路控制后，使U501的FB输入端②脚的电位逐渐下降，当②脚电压下降到1.5V时，内部振荡频率开始降低，电源进入跳周期工作状态，当②脚电压进一步降低到低于0.8V时，振荡频率降低到最低的工作频率26kHz。此时，40V电压逐渐降低，经控制环路控制后，U501②脚的电位逐渐上升，U501开始工作，40V电压上升，40V电压上升后，又使U501进入跳周期模式的截止状态。从而使电源在待机或待机电路空载时，降低了电源功耗。
三、LED驱动开／关控制电路
LED驱动开／关控制电路较为简单，主要由主板发出的开/关控制信号BL -ON和Q711、 Q708 、Q709 、 IC701和U701（CAT4026）的①脚组成，如图3所示，Q709 、 IC701及外围元器件组成5V稳压电路，使U701的供电稳定。通电后，待机电源输出12.3V电压，通过R730、K729加到Q711的发射极，此时由于Q708截止，Q711也处于截止状态，无＋5V电压输出。
二次开机后，LED驱动开／关控制信号BL-ON由低电平变为高电平，从CON404的⑧脚送入，经R722和R723分压后，加到Q708的控制极，Q708饱和导通，相当于把R733一端接地。此时，Q711的基极电流经R733到地，Q711饱和导通，集电极输出12V电压，加到Q709的集电极。
同时，Q711集电极输出12V电压也通过R724加到Q709的基极，Q709导通，发射极输出电压。该电压一路经R726和R732分压后，加到IC701的参考控制端R极，则IC701的K极（阴极）有电流流入，将Q709基极的电压拉低，使Q709的发射极输出稳定的5V电压，加到U701的①脚，为 U701供电。
四、LED控制电路
1、稳流控制
白光LED的正向压降典型值是3.5V，但实际情况是部分白光LED在正向压降为2.79V时就导通，部分在2.99V时才开始导通，正向导通压降的偏差较大，这给电路设计带来一定的困难。同时，流过LED灯串的电流过大或过小，还会引起发光颜色的变化。本电路采用恒流驱动方式，并进行稳流控制，让流过LED灯管的电流相等，而不管LED的具体导通电压，从而使LED灯串上每一只灯的发光亮度基本相等。
因LED对电流要求严格，故本电路的稳流取样采取检测LED灯串负极输出电流大小的方法。D603、D604、D605和D606组成四输入与门电路，负端分别接双极性三极管0701、Q702、Q703、Q704的集电只要任何一个双极性三极管的集电极电位比设定的VCS电位低0.6V以上，相连接的二极管就会导通，从而拉低26脚的VCS电压，相关电路如图4所示。
当调整管Q701因基极电位为高电平导通时，40V电压经插座CON707的①、②脚送给屏内部LED灯串的阳极，其中一路LED灯串阴极的电流→CON707的④脚→Q701的集电极→Q701的发射极→限流电阻R701、R702→地。另外三路灯串的电流方向与此类似，这里不再赘述。
电流流过LED灯串，LED灯串发光，U701的26脚电压经R720、D603、Q701、R701 /R702到地，在26脚上形成电流取样信号。当流过LED灯串的电流增大时，Q701的集电极电压必定随着升高，那么26脚输出的电流检测信号也会跟着增加，该信号和11脚输入的LED阳极检测信号检测比较后，送入内部电流检测电路，再与基准电压进行比较，输出控制信号控制灌流电路，使U701的16脚输入的灌流电流减小，对稳压取样电路（R607 、 R608、R609）的分流电流减小，IC601控制脚的电压上升，流过N601内部的电流减少，N601内部的发光二极管发光强度减少，经稳压电路处理后，使T501储能的时间减少，40V输出的电压降低（实际测试，接不同的背光板，此时40V电压应在110V～125V左右）。加在LED背光板上LED灯串阳极上的电压降低，流过LED灯串的电流下降，Q701的发射极电压降低，Q701的集电极的电压也跟着降低，U701的26脚输出的电流检测信号也会跟着降低。
当流过LED灯串的电流减小时，电流稳定过程与上述过程相反。通过上述稳流过程，实现LED灯串的稳流控制。
2、LED灯串恒流控制
由于单只LED的正向压降有所区别，串联后接入电路，灯管需要的电压相差就比较大，即四组LED灯串中，有一串的LED需要的电压最高。稳流电路采用四只二极管构成与门电路，那么，当四路电路中其中一路压降最大时，相应灯串流过的电流就会是最小的，通过与门电路后，加到U701 26脚的电压就会与电流最小的那路LED灯串匹配，40V稳流电路就满足LED灯串压降最大的驱动要求。
为保证每路LED灯串电流都不超标，故设有均流与恒流控制电路，如图5所示。为便于分析，假设接Q701支路的LED灯串一压降最大，接Q702、 Q703的LED灯串次之，接Q704的LED灯串四压降最小。现只分析最大压降和最小压降的LED灯串，其他两组LED灯串不作分析。当40V稳流电路输出的电流满足压降最大的LED灯串时，那么其他三路的电流必然超标，造成LED过流。
当U701在PWM信号的控制下，从⑥脚输出高电平的驱动信号时，该信号经R709加到Q701的基极，Q701导通，40V电压经LED灯串一、Q701和R701 /R702到地。LED灯串一内部有电流流过，电阻R701和 R702两端有电流流过，在R701和R702两端产生压降，形成电流检测信号，送入U701的⑦脚一比较器负端输入，使⑥脚输出的驱动信号减弱。从电路来看，这是一个典型的负反馈电路，稳定⑥脚输出的信号，使Q701的导通强度稳定，从而使流过LED灯串一的电流恒定在设计要求上。
同时，从25脚输出的高电平驱动信号经R711加到Q704的基极，Q704导通，40V电压经LED灯串四、Q704和R707/R708到地。LED灯串四内部有电流流过。由于LED灯串四的压降低子LED灯串一的压降，而加到LED灯串阳极的电压固定，那么，LED灯串四流过的电流大于流过LED灯串一的电流。因此，流过R707和R708两端的电流比流过R701和R702两端的电流大，反馈输入到U701的24脚一比较器负端输入电流检测信号比反馈到U701的电流反馈信号高，25脚输出的信号会低于⑥脚输出信号，Q704的导通强度低于Q701、 Q704的等效电阻大于Q701的等效电阻，这样，使流过Q704的电流减小，最终使流过LED灯串四的电流恒定在设计要求上。
通过U701内部电路、Q701、Q702、Q703、Q704及外围元器件，LED驱动电路实现了对每路LED灯串的恒流控制，从而使电视机屏幕亮度均匀。
3、调光控制
主板送来的调光控制信号经插座CON404的⑨脚输入，经R721限流后，直接送入U701的②脚（PwM信号输入端）。
当DIM信号为高电平时，送入②脚的信号也为高电平，打开错误检测器，使26脚输入的电流检测经电流检测电路送入错误检测电路，去控制六路均衡恒流控制器。同时，该信号还使电流检测器输出的信号送入电流比较器，通过电压／电流转换后，从16脚灌流输入，控制IC601的控制极电平，使40V电压满足最大压降LED灯串的驱动电流，LED背光板正常发光。
当DIM信号为低电平时，送入②脚的信号也为低电平，该信号关闭错误检测电路，使电流检测电路关闭输出，六路均衡恒流控制器不工作，电流通路被切断，LED背光板中因无电流通过而不发光。同时，该信号还切断电流检测器输出，使16脚无灌流信号输入，对40V形成电路的稳压控制电路无影响，保证LED背光板在不工作期间，40V电压不会因电流通路断开而异常升高，使LED灯管在下一次工作来临前，启动电流稳定功能。
由于DIM信号频率在100Hz～800Hz之间，远高于人眼的视觉暂停频率，所以人眼看不见LED闪烁，只会看见LED灯的亮度发生变化。改变DIM信号脉冲的占空比，就改变了单位时间内LED的点亮时间，从而实现背光亮度控制的目的。
五、保护电路
保护电路主要由过压保护电路、LED背光开路保护电路、LED灯串局部短路保护电路及过热保护电路组成，如图6所示。
1、过热保护
过热保护电路主要是限制集成电路总功率耗散。／当集成电路内部温度达到150℃时，集成电路内部保护电路动作，关闭六路均衡恒流电路，断开LED背光板，从而进入保护状态。
2、过压／LED背光开路保护
在LED背光板其中一组灯串开路时，26脚的VCS电压会很低，导致16脚（IFB）灌入的电流大增，使IC601的控制脚电位被拉低到设计值以下，40V输出电压上升。此时不加以保护，就会导致流过剩下LED灯串的电流大增，造成损坏LED灯管。
其他原因造成40V输出电压异常过高时，流过LED灯管的电流大增，超过六路均衡恒流控制电路的闭值，使LED灯管流过的电流超过设计值。此时不加以保护，超过的额定电压会造成升压电路、其输出电容或线性驱动器损坏，同时损坏LED灯管。
40V输出电压异常过高后，经检测电阻R713 （200kΩ） 、 R714 （150kΩ）和R715 （2.4kΩ）分压的检测信号升高，加到U701的⑩脚（OCA ）电压也跟着升高，当40V电压超过147V （U701的⑩脚电压超过1V）时，内部比较器翻转，输出过流保护信号使错误检测信号动作，LED背光板电流通路被切断，不影响40V形成电路电压。
同时，从19脚输入灌流保护信号FLT-OCA，使Q710导通，输出信号分两路，一路经R728加到U701的⑩脚，使⑩脚锁定为高电平，避免保护时，40V电压降低造成⑩脚的电压低于1V而解除保护状态；另一路信号经D710隔离后输出LED OVP信号，经R41限流后，加到Q305的基极，Q305导通。VCC电压经R308、N303、D710和D210限流以后，会分别加到U301（待机电源控制芯片NCP1251）及U501的③脚，使待机电压形成电路和40V电压形成电路进入保护工作状态，40V电压无输出，待机电压无输出。
3、LED灯串局部短路保护
当LED灯串中的部分LED灯管短路时，那么，流过该路LED灯串的电流就会增加，加到恒流电路上的电流就会变大，经恒流电路处理后，反应到对应的恒流驱动电路上的电压就会升高。当超过6路均衡恒流电路的控制范围时，流过该路LED灯串的电流不再恒定，此时不加以保护，则会损坏更多的LED灯管和电路器件。
正常工作的时候，Q701、 Q702、Q703、Q704的集电极电压是约3V、对应的二极管（D711、D712、D713、D714）导通。输出的高电平信号加到稳压管D709的负极，由于D709和D705串联稳压的电压是6.8V，所以，无电压加到Q707．的集电极；同时，稳压后的5V电压经R717直接加在Q707的基极，印07无电压输出。
当LED灯串局部短路后，对应的恒流驱动电路的电压升高，当电压超过6.8V后，稳压管齐纳击穿，高于6.8V的电压加到Q707的集电极。此时，Q707的基极高电平不变，Q707导通，发射极输出的高电平信号经C704滤波，R719限流后加到U701的27脚—SCA检测信号输入端。
内部短路检测电路检测到上述情况后，输出短路保护信号使错误检测信号动作，LED背光板电流通路被切断，不影响40V形成电路电压。同时，从17脚输入灌流保护信号FLT- SCA，使Q710导通，输出信号分两路，一路经R728加到U701的⑩脚，使⑩脚锁定为高电平，避免保护时，40V电压降低造成⑩脚的电压低于1V而解除保护状态；另一路信号经D710隔离后输出LED OVP信号，经R41限流后，加到Q305的基极TQ305导通。VCC电压经R308、N303、D710和D210限流后，分别加到U301及U501的③脚，使待机电压形成电路和40V电压形成电路进入保护工作状态，40V电压无输出，待机电压12.3V无输出。
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