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產業動態 安森美用於MR16 LED燈的簡單可配置LED驅動器應用設計
采杰公關 本新聞稿發佈於2011/09/26,由發布之企業承擔內容之立場與責任,與本站無關

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,可應用於MR-16 LED燈設計。由於此元件經過了優化,因此在外部元件數量和熱性能方面都更臻完善,提供設計MR16 LED燈的工程師另一個新的選擇。

 
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用於MR16 LED燈的簡單可配置LED驅動器應用設計

MR16燈屬於多面向反射燈的一種,廣泛用於商業零售和家居的裝飾性照明,由於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相容、高度可靠、具有高性價比的鹵素燈替代方案。例如,能驅動3顆串列LED的安森美半導體驅動器CAT4201,提供設計MR16 LED燈的工程師另一個新的選擇。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鹵素燈憑藉其獨特的尺寸、可配置性、聚光力、美觀性和實用性,應用於很多零售和消費性應用的創意照明。常見的MR16鹵素燈的光通量範圍為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。還可能由於猛烈的振動導致燈絲斷路使燈泡過早損壞。

相較之下,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,燈體內也沒有鬆動部分,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由無毒的材料製成,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,可應用於MR-16 LED燈設計。由於此元件經過了優化,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採用降壓拓撲結構,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;其它規格包括: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是採用CAT4201的MR16燈電路。


圖1:採用CAT4201的MR16燈電路

CAT4201是一款降壓型、易於配置的可調光LED驅動器。該元件採用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用於調光信號輸入。SW是內部MOSFET的輸出引腳。

• 工作原理
該應用電路的工作原理並不複雜,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被關閉,而儲存在電感器中的電流將通過肖特基二極體(D5)放電,同時電流衰減,直至下一個開關週期。輸出電容用來減少LED中的電流漣波。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準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。對於12 Vac輸入,C1額定電壓應該是25 V。由於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體。

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將有效抑制輸出漣波,同時可提高幾毫安培的輸出電流。不過,由於其對總能效的貢獻微不足道,且人眼無法感知高頻波動,沒有必要使用大於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電流範圍為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於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。仔細觀察續流二極體D5兩端的電壓可以發現,儘管有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)進一步加大了二極體的應力,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係:

計算得出,對於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的值並不重要。

性能及特點
從以下圖2至圖4顯示的波形可以瞭解電路的基本性能及特點。其測試設備包括: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數字螢光示波器;泰克TCP202電流探頭;安捷倫34401A萬用表。

- 新聞稿有效日期,至2011/10/26為止


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