MR16 LED可配置LED驅動器應用設計

MR16燈屬于多面向反射燈的一種，廣泛用于商業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，應用于很多零售和消費性應用的創意照明。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具有節能環保的優點，耗電相當低，一般LED的工作電壓是2至3.6 V。LED是一種冷發光技術，發熱量比普通照明光源低很多;LED完全封裝在環氧樹脂中，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 mA LED驅動器，可應用于MR-16 LED燈設計。由于器件經過了優化，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12 Vac，輸出功率為2.7 W;其他規格包括：輸出電壓為9.1 V，額定輸入功率3.4 W，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引腳的電壓被調節在1.2 V，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25 V。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。

輸出電容C2建議至少為4.7 μF，以減少輸出紋波。較大容量的C2將有效抑制輸出紋波，同時可提高幾毫安的輸出電流。不過，由于其對總能效的貢獻微不足道，且人眼無法感知高頻波動，沒有必要使用大于10 μF的電容。L的值建議為22 μH，以將開關頻率設置在約為150 kHz。LED電流范圍為0至350 mA，所以800 mA左右的電感有效額定電流就足夠了。

流經整流器的總連續電流始終低于400 mA，即使提供的輸出電流為350 mA。因此，對整流器來說0.5 A的連續額定電流就足夠了。仔細觀察續流二極管D5兩端的電壓可以發現，盡管有12 Vac輸入，也會出現超過20 V的電壓尖峰。較高的輸入電壓(如15 V)進一步加大了二極管的應力，增加了故障風險。所以D5上的額定電壓應為30 V或40 V。安森美半導體的肖特基整流器MBR0540可用作D5。

RSET引腳用來配置輸出電流值。RSET電壓調節在1.2 V。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8.2 kΩ，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。