LED-MR16射燈電源的問題及其BP1361解決方案

　　概述

　　隨著LED技術的發(fā)展，帶來了照明界的一場革命。尤其是1W和3W大功率LED技術的成熟和成本的降低，LED在E27、GU10、PAR燈和MR16等領域廣泛應用。然而，在電子變壓器驅(qū)動的3*1W的LED-MR16應用中，也存在一些問題。本文就電子變壓器驅(qū)動3*1W的LED-MR16恒流驅(qū)動電源問題進行系統(tǒng)分析，并介紹BP1361構(gòu)成的B2（Buck-Boost）解決方案。

　　電子變壓器在驅(qū)動LED時的工作問題

　　為了更多了解電子變壓器驅(qū)動LED的MR16射燈，這里先介紹電子變壓器（以市場上買的飛利浦電子變壓器為例）的工作原理以及在驅(qū)動MR16鹵素燈的工作情況。圖1為目前市場最為常用的電子變壓器的原理圖：

圖1 常用電子變壓器原理圖

　　其工作原理簡單可以簡述為：上電后，通過R1,R2給C3充電。當Vc3>VDb1+VbeQ2時，Q2導通。此時會產(chǎn)生電流Imag1從M點→T1→T2_a→Q2→R6→GND。Imag1很快將T2磁化至飽和，使Q2關斷。同時在退磁時打開Q1，產(chǎn)生電流Imag2從C4→Q1→R4→T2_a→T1→M點。之后重復以上工作。也就是說，在電路開啟后其工作是依靠T2不斷的磁化與退磁來維持，通常工作頻為25~50KHz左右。在這里需要說明的是T2的磁化是建立在一定的磁化電流（Imag）的基礎上的，在電路的各個參數(shù)設計完成后，磁化電流（Imag）的大小正比于輸出功率。對于鹵素燈通常的功率范圍為10~50W，輸出電壓通常為12Vac，其負載等效模型為一純阻。

　　那對于輸出負載變成LED的MR16燈杯時，電子變壓器的工作狀就發(fā)生了變化。這主要由兩個原因引起。

　　第一、對于LED的MR16燈杯通常的功率只有1~3W，而原先的電子變壓器是按10~50W設計的,也就是說輸出功率只有不到原來的1/10，在半橋回路中產(chǎn)生的磁化電流Imag已經(jīng)不能使T2飽和，使電子變壓器工作在不正常狀態(tài)。

　　第二、圖2為目前應用最為廣泛的MR16燈杯中由BUCK電路構(gòu)成的LED恒流驅(qū)動電源的原理圖。從圖中可以看出在整流橋(D1-D4)之后有一個很大的電解電容CE1（100~220uF）。對于電子變壓器來說相當于負載由原來的純組性負載變成了一個很大的容性負載。

圖2 MR16 Buck恒流原理圖

　　圖3為電子變壓器輸出帶1顆3W時的輸出電壓情況。

圖3-A

　　放大后

圖3-B

圖3 變子變壓器為MR16 LED燈的供電情況

　　從圖3-A中可以看出電子變壓器的輸出電壓受到100Hz(50Hz經(jīng)過整流后)的調(diào)制。當輸入電壓在過零點附近時輸出為零（占整個周期的1/3,約3mS），這就需要在LED恒流電源里有一個很大的電解電容(幾百uF)去給Buck電路提供足夠的能量來恒定LED的電流。

　　正如上面第二點所說，幾百uF的容性負載對于電子變壓器而言會使其一直工作于間歇狀態(tài)如圖3-B所示。結(jié)合圖1和圖2可以很容易分析出產(chǎn)生這種情況的原因：當電子變壓器上電后，R1，R2給C3充電，當Vc3>VDb1+VbeQ2后，Q2導通工作，產(chǎn)生磁化電流（Imag）使整個半橋電路開始工作，并給LED驅(qū)動電源中的電解電容CE1及為LED提供能量（如圖4-B中的A區(qū)）。當CE1中的電壓被充至與電子變壓器的輸出電壓相等時，電子變壓器中的T1輸出繞組中的電流為零,Imag也下降到零，從而使整個整流橋電路停振(如圖4-B的B區(qū))。停振后，R1，R2再次給C3充電，之后一直重復上面的工作（如圖4-A）。通常不同生產(chǎn)廠家的電子變壓器的間歇頻率也不一樣，這主要是R1，R2及C3的設計值不一樣導致。

圖4-A

　　放大后

圖4-B 放大后

圖4 電子變壓器為MR16 LED燈的供電時的工作情況

　　BP1361在直流電壓輸入和單顆LED在MR16中的應用

　　雖然電子變壓器在LED-MR16射燈里的工作狀態(tài)不是很理想，但并不會對其可靠性產(chǎn)生太大的影響，這也是目前LED-MR16燈杯大量出貨的基礎。目前市場上也有很多的針對LED-MR16的專用恒流IC，上海晶豐明源半導體（BPSemi）推出的BP1361系列就是其中做得較好的一款IC。圖5是BP1361的應用原理圖。

圖5 BP1361應用原理圖

　　從圖5中可以看出，其應用電路只有很少的外圍元件。除此外，還可以做到很寬的輸入電壓范圍從5V到30V；寬輸入電壓輸出精度達到±3%；很高的系統(tǒng)效率,最高達97%；開路/短路/過溫保護；PWM或模擬調(diào)光。

　　對于直流電壓輸入或者電子變壓器驅(qū)動單顆LED的MR16燈杯應用中，降壓恒流基本可以滿足需要。

　　圖6與圖7是BP1361在驅(qū)動1W及3W的LED在降壓恒流應用中的輸出特性?？梢钥吹皆谳斎腚妷汉軐挼姆秶浜懔骶瓤梢宰龅健?.5%以內(nèi)。

圖6a 1W LED輸出電流與輸入電壓 圖6b 1W LED輸出電流變化率與輸入電壓

圖7a 3W LED輸出電流與輸入電壓 圖7b 3W LED輸出電流變化率與輸入電壓