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?zé)?/a>絲作為光源,，故有諸多缺點(diǎn)如低效率,、產(chǎn)生較多熱量和鹵素囊處理等問題.,。但當(dāng)前的LED技術(shù)提供了與MR16兼容、高度可靠,、具有高性價(jià)比的鹵素?zé)籼娲桨?。例如，安森美半?dǎo)體能驅(qū)動(dòng)3顆串聯(lián)LED的驅(qū)動(dòng)器CAT4201就為設(shè)計(jì)MR16 LED燈的工程師提供了一個(gè)新的選擇,。以下將結(jié)合MR16燈的特點(diǎn),，介紹用替代MR16鹵素?zé)舻母吣苄R16 LED燈驅(qū)動(dòng)器解決方案。
　
鹵素?zé)襞cLED的特性
　　MR16鹵素?zé)魬{借其獨(dú)特的尺寸,、可配置性,、聚光能力、美觀性和實(shí)用性,，應(yīng)用于很多零售和消費(fèi)性應(yīng)用的創(chuàng)意照明,。常見的MR16鹵素?zé)舻墓馔糠秶鸀?50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(chǎn)生熱量和鹵素囊處理問題是這種技術(shù)的缺點(diǎn)。另外,，典型的鹵素?zé)襞輭勖s為2,000小時(shí),。還可能由于猛烈的振動(dòng)導(dǎo)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(diǎn),，耗電相當(dāng)?shù)停话鉒ED的工作電壓是2至3.6 V,。LED是一種冷發(fā)光技術(shù),，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(nèi)也沒有松動(dòng)部分,，不易損壞，在恰當(dāng)?shù)碾娏骱碗妷合?，LED的使用壽命可達(dá)5至10萬小時(shí),；LED由無毒的材料制成，沒有污染,。LED目前的不足是價(jià)格相對較貴,，發(fā)熱量的處理有一定難度，因此驅(qū)動(dòng)電源是LED燈整體壽命的一個(gè)關(guān)鍵要素,。
　　
用LED MR16燈替代低效MR16鹵素?zé)?br /> 　　安森美半導(dǎo)體的CAT4201是一款能驅(qū)動(dòng)3顆串聯(lián)LED的300 mA LED驅(qū)動(dòng)器,，可應(yīng)用于MR-16 LED燈設(shè)計(jì)。由于器件經(jīng)過了優(yōu)化,，因此在外部元件數(shù)量和熱性能方面都更臻完善,。
　　
　　• 電路特點(diǎn)
　　CAT4201采用降壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(guī)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(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器。該器件采用5引腳SOT-23封裝,；分立元件不到10個(gè)(其中大部分是表面貼裝元件),，整個(gè)電路板可小到足以放入MR16燈的燈座內(nèi),。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(qū)動(dòng)12個(gè)LED,。RSET引腳決定輸出直流電流；CTRL用于調(diào)光信號(hào)輸入,。SW是內(nèi)部MOSFET的輸出引腳,。
　　
　　• 工作原理
　　該應(yīng)用電路的工作原理并不復(fù)雜，是一個(gè)簡單的降壓轉(zhuǎn)換器,。在交流應(yīng)用情況下,，輸入經(jīng)整流橋進(jìn)行整流。VBAT和GND直接連接至大容量電容C1的兩個(gè)端點(diǎn),，從而降低了電流紋波,。在第一開關(guān)相位期間，內(nèi)部MOSFET隨線性上升電流對電感器充電,，直到MOSFET關(guān)閉,；在第二相位期間，MOSFET被關(guān)斷,，而儲(chǔ)存在電感器中的電流將通過肖特基二極管(D5)放電,，同時(shí)電流衰減，直至下一個(gè)開關(guān)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(diào)節(jié)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(dá)24 Vac也是安全的,。要保持較高輸入電壓水平就需要一個(gè)大容量的C1,。大幅波動(dòng)的經(jīng)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(gè)設(shè)計(jì)已經(jīng)足夠了,。對于12 Vac輸入,，C1額定電壓應(yīng)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(shí)可提高幾毫安的輸出電流,。不過，由于其對總能效的貢獻(xiàn)微不足道,，且人眼無法感知高頻波動(dòng),，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(guān)頻率設(shè)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(jīng)整流器的總連續(xù)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(xù)額定電流就足夠了,。仔細(xì)觀察續(xù)流二極管D5兩端的電壓可以發(fā)現(xiàn)，盡管有12 Vac輸入,，也會(huì)出現(xiàn)超過20 V的電壓尖峰,。較高的輸入電壓(如15 V)進(jìn)一步加大了二極管的應(yīng)力，增加了故障風(fēng)險(xiǎn),。所以D5上的額定電壓應(yīng)為30 V或40 V,。安森美半導(dǎo)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(diào)節(jié)在1.2 V,。在RSET和GND之間增加一個(gè)電阻可以決定RSET電流，該電流與輸出恒壓為近似的線性關(guān)系：
 　　
　　計(jì)算得出,，對于300 mA輸出,，IRSET = 0.12 mA。RSET電阻值應(yīng)該是10kΩ,。較小的RSET電阻可能會(huì)增加輸出電流,，為了穩(wěn)定運(yùn)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(shè)置RSET為8.2 kΩ,，因此可保證至少350 mA的輸出電流。CTRL經(jīng)R2從LED的陰極獲得電壓,。R2的值并不重要,。
　　
性能及特點(diǎn)
　　從以下圖2至圖4顯示的波形可以了解電路的基本性能及特點(diǎn)。其測試設(shè)備包括：Global Specialties 1506 AC隔離型電壓可變AC線路電源,；Voltech PM1000電源分析儀,；泰克TDS754D數(shù)字熒光示波器；泰克TCP202電流探頭,；安捷倫34401A萬用表,。
 

圖2：輸入電壓,、輸出電流與效率的關(guān)系

　　在根據(jù)圖1的電路圖配置的電路中，Vin=12 Vac 50Hz,。由于AC線路輸入,，LED電流出現(xiàn)了很輕微的低頻(AC頻率的兩倍，2 × 50HZ)波動(dòng),。使用較大容量的C1或較高的Vin將進(jìn)一步平穩(wěn)與AC相關(guān)的紋波電流,。

圖3：LED電流波形

　　在根據(jù)圖1的電路圖配置的電路中，啟動(dòng)和斷電瞬態(tài)如圖4所示,。

圖4：啟動(dòng)和斷電瞬態(tài)

　　設(shè)計(jì)緊湊
　　CAT4201驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)勢是緊湊的電路和高能效,，使得它非常適合替代基于燈絲的燈泡，如射燈應(yīng)用,。這款超小設(shè)計(jì)可以放進(jìn)MR16型LED射燈的標(biāo)準(zhǔn)連接器(燈座)空間內(nèi),，將這些對溫度敏感的元件與發(fā)熱的LED盡量分隔開。
　　
　　由于經(jīng)過了優(yōu)化,，該設(shè)計(jì)在元件數(shù)量和熱性能方面都更臻完善,。這款設(shè)計(jì)一般可在鏡面部分使用3個(gè)1 W LED，還可以做出調(diào)整,，滿足照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的要求,。在最終的解決方案中，LED電流及電容器的大小都要有所取舍,，以達(dá)致最理想的能效,、精度、尺寸及元件數(shù)量,。

 圖5：微型LED驅(qū)動(dòng)板可以嵌入燈座內(nèi)

總結(jié)
　　該設(shè)計(jì)中提供了使用CAT4201設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)3顆LED的MR-16燈所需的各種要素,。CAT4201有助于實(shí)現(xiàn)MR-16兼容適配器更小的尺寸和更少的元件。
　　
　　減少電容器和電感值,，或不使用CTRL電阻有可能進(jìn)一步降低成本和縮小PCB尺寸,。使用小容量電容器會(huì)導(dǎo)致平均輸出電流的大幅下降，因此不推薦這樣做,，但適用于亮度較低的(200至250 mA)的應(yīng)用,。選擇較小正向電壓的高品質(zhì)LED對實(shí)現(xiàn)更大輸出電流的設(shè)計(jì)非常重要。