LED MR16燈替代低效MR16鹵素燈的設計實例
文章來源:恒光電器
發(fā)布時間:2013-11-26
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MR16燈屬于多面向反射燈的一種,，廣泛用于商業(yè)零售和家居的裝飾性照明,，由于它通常以鹵素燈絲作為光源，故有諸多缺點如低效率,、產生較多熱量和鹵素囊處理等問題,。但當前的LED技術提供了與MR16兼容、高度可靠,、具有高性價比的鹵素燈替代方案,。例如，安森美半導體能驅動3顆串聯LED的驅動器CAT4201就為設計MR16 LED燈的工程師提供了一個新的選擇,。以下將結合MR16燈的特點,，介紹用替代MR16鹵素燈的高能效MR16 LED燈驅動器解決方案。
鹵素燈與LED的特性
MR16鹵素燈憑借其獨特的尺寸,、可配置性、聚光能力,、美觀性和實用性,，CE認證，應用于很多零售和消費性應用的創(chuàng)意照明,。常見的MR16鹵素燈的光通量范圍為150流明(lm)至800 lm,，光效約為15 lm/W，或15%的發(fā)光效率,。低效率,、產生熱量和鹵素囊處理問題是這種技術的缺點。另外,，典型的鹵素燈泡壽命約為2,，000小時。還可能由于猛烈的振動導致燈絲斷路使燈泡過早損壞,。
相比較,，LED具有節(jié)能環(huán)保的優(yōu)點，耗電相當低,，一般LED的工作電壓是2至3.6V,。LED是一種冷發(fā)光技術，發(fā)熱量比普通照明光源低很多,；LED完全封裝在環(huán)氧樹脂中,，燈體內也沒有松動部分，不易損壞,，在恰當的電流和電壓下,，LED的使用壽命可達5至10萬小時；LED由無毒的材料制成,，沒有污染,。LED目前的不足是價格相對較貴,，發(fā)熱量的處理有一定難度，因此驅動電源是LED燈整體壽命的一個關鍵要素,。
用LED MR16燈替代低效MR16鹵素燈
安森美半導體的CAT4201是一款能驅動3顆串聯LED的300 mAled驅動器,，可應用于MR-16 led燈設計。由于器件經過了優(yōu)化,，因此在外部元件數量和熱性能方面都更臻完善,。
· 電路特點
CAT4201采用降壓拓撲結構，不要求輸入/輸出(I/O)電氣隔離,，輸入電壓為12Vac,，輸出功率為2.7 W；其他規(guī)格包括：輸出電壓為9.1 V,，額定輸入功率3.4W,，額定平均電流為300 mA，最大平均電流310 mA,，最小平均電流295 mA,，典型能效為83%。圖1是采用CAT4201的MR16燈電路,。
圖1：采用CAT4201的MR16燈電路
CAT4201是一款降壓型,、易于配置的可調光LED驅動器。該器件采用5引腳SOT-23封裝;分立元件不到10個(其中大部分是表面貼裝元件),，整個電路板可小到足以放入MR16燈的燈座內,。VBAT、CTRL和SW引腳的額定電壓為40 V,，所以可以用足夠的電壓驅動12個LED,。RSET引腳決定輸出直流電流;CTRL用于調光信號輸入。SW是內部MOSFET的輸出引腳,。
·工作原理
該應用電路的工作原理并不復雜,，是一個簡單的降壓轉換器。在交流應用情況下,，輸入經整流橋進行整流,。VBAT和GND直接連接至大容量電容C1的兩個端點，從而降低了電流紋波,。在第一開關相位期間,，內部MOSFET隨線性上升電流對電感器充電，直到MOSFET關閉;在第二相位期間,，MOSFET被關斷,，而儲存在電感器中的電流將通過肖特基二極管(D5)放電，同時電流衰減，直至下一個開關周期,。輸出電容用來減少LED中的電流紋波,。RSET引腳的電壓被調節(jié)在1.2V，因此連接至RSET的電阻決定RSET電流,。RSET電流與CAT4201的恒流輸出大致成正比,。
·電路配置
在電路配置方面，VBAT的額定電壓為-0.3至+40 V,，因此整流橋上的輸入電壓高達24 Vac也是安全的,。要保持較高輸入電壓水平就需要一個大容量的C1。大幅波動的經整流的AC電流將在雙倍AC線路頻率條件下把輸出電流拉至零,，因此減少了輸出電流,。220 μF的電容對這個設計已經足夠了。對于12 Vac輸入,，C1額定電壓應該是25V,。由于需要較低的正向電壓，整流橋選用了MBR0520L表面貼裝肖特基二極管,�,！ �
RSET引腳用來配置輸出電流值。RSET電壓調節(jié)在1.2V,。在RSET和GND之間增加一個電阻可以決定RSET電流，該電流與輸出恒壓為近似的線性關系：
計算得出,，對于300 mA輸出,，IRSET = 0.12 mA。RSET電阻值應該是10kΩ,。較小的RSET電阻可能會增加輸出電流,，為了穩(wěn)定運行建議使用至少8.0 kΩ的電阻。如果輸入電壓足夠高(如15 Vac),，可以設置RSET為8.2kΩ,，因此可保證至少350 mA的輸出電流。CTRL經R2從LED的陰極獲得電壓,。R2的值并不重要,。
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