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MR16 LED灯的简单、可配置LED驱动器设计方案

2011-10-17 10:10
FlappyBird
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  MR16灯属于多面向反射灯的一种,广泛用于商业零售和家居的装饰性照明,由于它通常以卤素灯丝作为光源,故有诸多缺点如低效率、产生较多热量和卤素囊处理等问题。但当前的LED技术提供了与MR16兼容、高度可靠、具有高性价比的卤素灯替代方案。例如,安森美半导体能驱动3颗串联LED的驱动器CAT4201就为设计MR16 LED灯的工程师提供了一个新的选择。以下将结合MR16灯的特点,介绍用替代MR16卤素灯的高能效MR16 LED灯驱动器解决方案。

 

  卤素灯与LED的特性

 

  MR16卤素灯凭借其独特的尺寸、可配置性、聚光能力、美观性和实用性,应用于很多零售和消费性应用的创意照明。常见的MR16卤素灯的光通量范围为150流明(lm)至800 lm,光效约为15 lm/W,或15%的发光效率。低效率、产生热量和卤素囊处理问题是这种技术的缺点。另外,典型的卤素灯泡寿命约为2,000小时。还可能由于猛烈的振动导致灯丝断路使灯泡过早损坏。

  相比较,LED具有节能环保的优点,耗电相当低,一般LED的工作电压是2至3.6 V。LED是一种冷发光技术,发热量比普通照明光源低很多;LED完全封装在环氧树脂中,灯体内也没有松动部分,不易损坏,在恰当的电流和电压下,LED的使用寿命可达5至10万小时;LED由无毒的材料制成,没有污染。LED目前的不足是价格相对较贵,发热量的处理有一定难度,因此驱动电源是LED灯整体寿命的一个关键要素。

 

  用LED MR16灯替代低效MR16卤素灯

 

  安森美半导体的CAT4201是一款能驱动3颗串联LED的300 mA LED驱动器,可应用于MR-16 LED灯设计。由于器件经过了优化,因此在外部元件数量和热性能方面都更臻完善。

 

  电路特点

 

  CAT4201采用降压拓扑结构,不要求输入/输出(I/O)电气隔离,输入电压为12 Vac,输出功率为2.7 W;其他规格包括:输出电压为9.1 V,额定输入功率3.4 W,额定平均电流为300 mA,最大平均电流310 mA,最小平均电流295 mA,典型能效为83%。图1是采用CAT4201的MR16灯电路。

 

  

  图1:采用CAT4201的MR16灯电路

 

  CAT4201是一款降压型、易于配置的可调光LED驱动器。该器件采用5引脚SOT-23封装;分立元件不到10个(其中大部分是表面贴装元件),整个电路板可小到足以放入MR16灯的灯座内。VBAT、CTRL和SW引脚的额定电压为40 V,所以可以用足够的电压驱动12个LED。RSET引脚决定输出直流电流;CTRL用于调光信号输入。SW是内部MOSFET的输出引脚。

 

  工作原理

 

  该应用电路的工作原理并不复杂,是一个简单的降压转换器。在交流应用情况下,输入经整流桥进行整流。VBAT和GND直接连接至大容量电容C1的两个端点,从而降低了电流纹波。在第一开关相位期间,内部MOSFET随线性上升电流对电感器充电,直到MOSFET关闭;在第二相位期间,MOSFET被关断,而储存在电感器中的电流将通过肖特基二极管(D5)放电,同时电流衰减,直至下一个开关周期。输出电容用来减少LED中的电流纹波。RSET引脚的电压被调节在1.2 V,因此连接至RSET的电阻决定RSET电流。RSET电流与CAT4201的恒流输出大致成正比。

 

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