用于MR16 LED的1W至5W LED驅(qū)動(dòng)器參考設(shè)計(jì)

近年來，高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)市場快速發(fā)展，LED效能(efficacy，單位為流明/瓦或lm/W)增加了一倍以上，使用更加適用于眾多新應(yīng)用，如我們?cè)谑殖蛛娡病⒔ㄖ彰骷敖值勒彰鞯葢?yīng)用中可以發(fā)現(xiàn)諸多革命性的新產(chǎn)品。但LED要成為比白熾燈和緊湊型熒樂燈性價(jià)比更高的照明系統(tǒng)，仍然面臨著挑戰(zhàn)。實(shí)際上，就許多應(yīng)用而言，都涉及到基于寬輸入電壓范圍的電源來為HB-LED供電的挑戰(zhàn)。其中，軌道照明等通用照明應(yīng)用尤為如此，這些應(yīng)用采用可能很松散穩(wěn)壓的12 Vac或12 Vdc電源。然而，LED需要以電流源而非電壓源驅(qū)動(dòng)，因?yàn)楦鶕?jù)工藝容限及溫度的不同，HB-LED的正向電壓(額定值3.4 V)變化幅度可能超過±20%。

此外，就當(dāng)前的1 W暖白光功率LED的流明量而言，通常需要3到4顆LED來替代1個(gè)20 W白熾燈的光輸出。而要獲得可預(yù)期及匹配的亮度和色度，也需要以恒定電流驅(qū)動(dòng)LED。從架構(gòu)角度來說，降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)符合這個(gè)要求，但它不如標(biāo)準(zhǔn)降壓或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)那樣常見。但理解透徹的話，降壓-升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也可以為輸入電壓(Vin)與正向電壓(Vf)有交疊的高性價(jià)比HB-LED照明應(yīng)用提供眾多優(yōu)勢(shì)。

參考設(shè)計(jì)概覽
本參考設(shè)計(jì)文檔介紹經(jīng)過精心構(gòu)建及測試的GreenPoint? 1 W至5 W LED驅(qū)動(dòng)器方案，用于MR16 LED替代應(yīng)用。這參考設(shè)計(jì)電路適合驅(qū)動(dòng)多種照明應(yīng)用中的HB-LED，但其尺寸和配置針對(duì)MR16 LED替代應(yīng)用。這類配置常見于12 Vac/12 Vdc軌道照明應(yīng)用、汽車應(yīng)用、低壓交流景觀照明應(yīng)用，以及工作照明應(yīng)用，如可能采用標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成交流電壓墻式適配器供電的櫥柜燈及臺(tái)燈。

這參考設(shè)計(jì)的一項(xiàng)關(guān)鍵考慮因素，是在12 Vac輸入條件下，跨輸入線路變化及輸出電壓變化，實(shí)現(xiàn)平坦的電流穩(wěn)流。這參考設(shè)計(jì)電路基于安森美半導(dǎo)體的NCP3065構(gòu)建，工作頻率約為150 kHz，采用非隔離型配置。NCP3065是一款單片開關(guān)穩(wěn)壓器，支持12 Vdc或12 Vac電源輸入，設(shè)計(jì)用于為HB-LED提供恒定電流。除了NCP3065，這參考設(shè)計(jì)還結(jié)合了自動(dòng)檢測電路。這參考設(shè)計(jì)的功能框圖如圖1所示。

圖1：安森美半導(dǎo)體用于MR16 LED替代應(yīng)用的1 W至5 W LED驅(qū)動(dòng)器GreenPoint?參考設(shè)計(jì)框圖。

基本電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
降壓-升壓轉(zhuǎn)換器的原理非常簡單。導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，輸入電壓源直接連接至電感(L)，從而在電感中積聚能量。在這個(gè)階段，電容C為輸出負(fù)載提供能量。關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，電感通過輸出二極管連接至輸出負(fù)載及電容，從而傳輸能量給負(fù)載。

要注意的是這是一種反向(inverting)輸出，負(fù)輸出連接至LED的陽極，而正輸出連接至LED的陰極。另外，用示波器探頭來測量時(shí)，探頭的接地端并不接地。示波濾器將需要浮置(從交流墻式電源移除接地連接)，否則，接地環(huán)路/短路將導(dǎo)致器件關(guān)閉。

突發(fā)模式控制
基本控制環(huán)路包含235 mV內(nèi)部參考、反饋比較器及2個(gè)設(shè)定優(yōu)先(Set-Dominant) RS閂鎖?；旧?，NCP3065支持功率FET在降壓-升壓段導(dǎo)通(switch ON)，這時(shí)反饋電壓降到低于參考電壓。而在Ct下降時(shí)，功率FET將無條件地強(qiáng)制關(guān)閉。

電阻R8(參見圖5)用于感測輸入電感電流，并提供給NCP3065的FB引腳。這應(yīng)用產(chǎn)生關(guān)閉時(shí)間瞬時(shí)(Ivalley)電感電流控制。只有在關(guān)閉時(shí)間電感電流穿過Vref閾值時(shí)，開關(guān)導(dǎo)通時(shí)間周期才能開始。

由于NCP3065控制器并不提供集成的脈寬調(diào)制(PWM)控制，僅利用一個(gè)比較器來跟蹤(trip)反饋點(diǎn)，因此，峰值負(fù)載電流與平均負(fù)載電流并不象降壓轉(zhuǎn)換器那樣直接成正比，而是符合下列公式：

其中，Ivalley是最低電感電流點(diǎn)。將平均電流(Iave)與輸入電壓(Vin)之比繪成波特圖即可得到動(dòng)態(tài)曲線(見圖2a)，可能會(huì)導(dǎo)致LED光輸出大幅變化。

圖2：不帶Vin補(bǔ)償及帶Vin補(bǔ)償時(shí)的平均LED電流vs. Vin曲線。