LED-MR16射燈電源的問(wèn)題及其BP1361解決方案

　　概述

　　隨著LED技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)了照明界的一場(chǎng)革命。尤其是1W和3W大功率LED技術(shù)的成熟和成本的降低，LED在E27、GU10、PAR燈和MR16等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。然而，在電子變壓器驅(qū)動(dòng)的3*1W的LED-MR16應(yīng)用中，也存在一些問(wèn)題。本文就電子變壓器驅(qū)動(dòng)3*1W的LED-MR16恒流驅(qū)動(dòng)電源問(wèn)題進(jìn)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(dòng)LED時(shí)的工作問(wèn)題

　　為了更多了解電子變壓器驅(qū)動(dòng)LED的MR16射燈，這里先介紹電子變壓器（以市場(chǎng)上買的飛利浦電子變壓器為例）的工作原理以及在驅(qū)動(dòng)MR16鹵素?zé)舻墓ぷ髑闆r。圖1為目前市場(chǎng)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(jiǎn)單可以簡(jiǎn)述為：上電后，通過(guò)R1,R2給C3充電。當(dāng)Vc3>VDb1+VbeQ2時(shí)，Q2導(dǎo)通。此時(shí)會(huì)產(chǎn)生電流Imag1從M點(diǎn)→T1→T2_a→Q2→R6→GND。Imag1很快將T2磁化至飽和，使Q2關(guān)斷。同時(shí)在退磁時(shí)打開(kāi)Q1，產(chǎn)生電流Imag2從C4→Q1→R4→T2_a→T1→M點(diǎn)。之后重復(fù)以上工作。也就是說(shuō)，在電路開(kāi)啟后其工作是依靠T2不斷的磁化與退磁來(lái)維持，通常工作頻為25~50KHz左右。在這里需要說(shuō)明的是T2的磁化是建立在一定的磁化電流（Imag）的基礎(chǔ)上的，在電路的各個(gè)參數(shù)設(shè)計(jì)完成后，磁化電流（Imag）的大小正比于輸出功率。對(duì)于鹵素?zé)敉ǔ５墓β史秶鸀?0~50W，輸出電壓通常為12Vac，其負(fù)載等效模型為一純阻。

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

　　第一、對(duì)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(shè)計(jì)的,也就是說(shuō)輸出功率只有不到原來(lái)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(yīng)用最為廣泛的MR16燈杯中由BUCK電路構(gòu)成的LED恒流驅(qū)動(dòng)電源的原理圖。從圖中可以看出在整流橋(D1-D4)之后有一個(gè)很大的電解電容CE1（100~220uF）。對(duì)于電子變壓器來(lái)說(shuō)相當(dāng)于負(fù)載由原來(lái)的純組性負(fù)載變成了一個(gè)很大的容性負(fù)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(shí)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(guò)整流后)的調(diào)制。當(dāng)輸入電壓在過(guò)零點(diǎn)附近時(shí)輸出為零（占整個(gè)周期的1/3,約3mS），這就需要在LED恒流電源里有一個(gè)很大的電解電容(幾百uF)去給Buck電路提供足夠的能量來(lái)恒定LED的電流。

　　正如上面第二點(diǎn)所說(shuō)，幾百uF的容性負(fù)載對(duì)于電子變壓器而言會(huì)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(dāng)電子變壓器上電后，R1，R2給C3充電，當(dāng)Vc3>VDb1+VbeQ2后，Q2導(dǎo)通工作，產(chǎn)生磁化電流（Imag）使整個(gè)半橋電路開(kāi)始工作，并給LED驅(qū)動(dòng)電源中的電解電容CE1及為L(zhǎng)ED提供能量（如圖4-B中的A區(qū)）。當(dāng)CE1中的電壓被充至與電子變壓器的輸出電壓相等時(shí)，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(gè)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(fù)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(shè)計(jì)值不一樣導(dǎo)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(shí)的工作情況

　　BP1361在直流電壓輸入和單顆LED在MR16中的應(yīng)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(huì)對(duì)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(chǔ)。目前市場(chǎng)上也有很多的針對(duì)LED-MR16的專用恒流IC，上海晶豐明源半導(dǎo)體（BPSemi）推出的BP1361系列就是其中做得較好的一款I(lǐng)C。圖5是BP1361的應(yīng)用原理圖。

圖5 BP1361應(yīng)用原理圖

　　從圖5中可以看出，其應(yīng)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(dá)到±3%；很高的系統(tǒng)效率,最高達(dá)97%；開(kāi)路/短路/過(guò)溫保護(hù)；PWM或模擬調(diào)光。

　　對(duì)于直流電壓輸入或者電子變壓器驅(qū)動(dòng)單顆LED的MR16燈杯應(yīng)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(dòng)1W及3W的LED在降壓恒流應(yīng)用中的輸出特性。可以看到在輸入電壓很寬的范圍其恒流精度可以做到±2.5%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