MR16射灯驱动器设计优化

现在很多局部的照明、酒吧、商场、家庭、办公室等大量采用俗称射灯或称筒灯，即MR16灯杯的方式。它由两个部分组成，一部分是耗电大的低压12V白炽石英灯，另外一个部分是提供高频低压（12V）交流输出的电子变压器。在全球范围内，大约有20亿只电子变压器加石英灯在提供照明。这种结构的灯有两个极大的缺陷，一是耗电大，只有5％转换为光，其余都在产生热；二是寿命短，怕振动，典型的卤素灯泡寿命约为2000h。

虽然MR16卤素灯的诸多缺点限制了它的应用潜力，但仍然被广泛用于专业商店和家居的装饰性照明。常见的MR16卤素灯功耗为10～50W，光通量范围为150～800 lm，约等效于15 lm／W的效率，或15％的发光效率。当前的LED技术提供了与MR16兼容、高度可靠、具有高性价比的卤素灯替代品。大多数MR16射灯都是采用典型输入电压AC12V。常用的MR16射灯外形如图2-1所示。

图2-1 MR16射灯外形

市面上MR16灯杯的驱动芯片有XL3002、PAM2861、SN3350、BP1361、PT4115、CL6807、CL6808、PT4205、AX2015等，本节主要介绍市场上比较常用的MR16灯杯驱动芯片BP1361。

1.芯片BP1361简介

BP1361是一款驱动高亮度LED的降压恒流驱动芯片，BP1361外部采用极少的元器件，为MR16 LED灯杯、LED舞台灯、车载LED灯、太阳能LED灯和LED路灯提供一个极高性价比的解决方案。BP1361输入电压范围为5～30V，输出电流通过采样电阻设定，单颗LED最大输出电流可达800mA。

BP1361采用专利技术的恒流控制方法使得LED电流精度高达±3％。BP1361通过DIM引脚接受0.5～2.5V的模拟调光以及频率范围很宽的PWM调光。当DIM的电压低于0.3V时，功率开关关断，BP1361进入极低工作电流的待机状态。BP1361内置功率开关，根据不同的输入电压，BP1361可以驱动多颗1W或3W的LED。BP1361包含过温保护、LED短路和开路保护功能。BP1361采用体积很小的SOT89-5封装，如图2-2所示。

2.芯片BP1361的特点

1）极少的外围元器件。

2）很宽的输入电压范围：5～30V。

图2-2 BP1361的封装

3）±3％的输出电流精度。

4）LED开路保护。

5）LED短路保护。

6）最大输出800mA的电流。

7）复用DIM引脚进行LED模拟调光和PWM调光。

8）高达97％的效率。

9）输出可调的恒流控制方法。

3.芯片BP1361引脚简介

1）CS：电流采样端，采样电阻接在CS和V_IN端之间。

2）GND：信号和功率地。

3）DIM：开关使能、模拟和PWM调光端。(www.xing528.com)

4）SW：功率开关的漏端。

5）V_IN：电源输入端，必须就近接旁路电容。

4.芯片BP1361的应用电路

（1）工作原理描述

BP1361和电感（L）、电流采样电阻（R_S）形成一个自振荡的连续电感电流模式的降压型恒流LED控制器。U_IN上电时，电感（L）和电流采样电阻（R_S）的初始电流为零，LED输出电流也为零。这时，CS比较器的输出为高，内部功率开关导通，SW的电位为低。电流通过电感（L）、电流采样电阻（R_S）、LED和内部功率开关从U_IN流到地，电流上升的斜率由U_IN、电感（L）和LED压降决定，在R_S上产生一个压差U_CS，当（U_IN-U_CS）＞115mV时，CS比较器的输出变低，内部功率开关关断，电流以另一个斜率流过电感（L）、电流采样电阻（R_S）、LED和肖特基二极管（VD），当（U_IN-U_CS）﹤85mV时，功率开关重新打开，这样使得在LED上的平均电流为I_OUT=0.1／R_S。

BP1361可以在DIM引脚加PWM信号进行调光，DIM引脚电压低于0.3V关断LED电流，高于2.5V全部打开LED电流，PWM调光的频率范围从100Hz到20kHz以上。当高电平在0.5～2.5V之间，也可以调光。

DIM引脚也可以通过外加直流电压（U_DIM）调小LED电流（模拟调光），最大LED电流由采样电阻R_S决定。直流电压（U_DIM）的有效调光范围是0.5～2.5V。当直流电压（U_DIM）高于2.5V，输出LED电流保持恒定，并由（0.1／R_S）设定。LED电流还可以通过DIM到地之间接一个电阻进行调节，内部有一个上拉电阻（典型150kΩ）接在内部稳压电压5V上，DIM引脚的电压由内部和外部的电阻分压决定。

DIM引脚在正常工作时可以浮空。当加在DIM上的电压低于0.3V时，内部功率开关关断，LED电流也降为零。关断期间，内部稳压电路保持待机工作，静态电流仅为100μA。

（2）3×1W MR16电源设计

3×1W MR16电源电路原理图如图2-3所示。

图2-3 3×1W MR16电源电路原理图

（3）主要元器件的选择

1）旁路电容。在电源输入必须就近接一个低等效串联电阻（ESR）的旁路电容，ESR越大，效率损失会变大。该旁路电容要能承受较大的峰值电流，并能使电源的输入电流平均，减小对输入电源的冲击。直流输入时，该旁路电容的最小值为4.7μF，在交流输入或低电压输入，旁路电容需要100μF的钽电容或类似电容。该旁路电容尽可能靠近芯片的输入引脚。为了保证在不同温度和工作电压下的稳定性，建议使用X5R／X7R的电容。

2）电感。BP1361的输出电流在0～800mA的范围内，推荐使用的电感参数为47μH。电感的饱和电流必须要比输出电流高30％～50％。

3）二极管。为了保证最大的效率以及性能，二极管（VD）应选择快速恢复、低正向压降、低寄生电容、低漏电的肖特基二极管，电流能力以及耐压视具体的应用而定，但应保持30％的余量，有助于稳定可靠的工作。另外，应考虑温度高于85℃时肖特基的反向漏电流。过高的漏电会导致增加系统的功率耗散。AC12V整流二极管（VD）一定要选用低压降的肖特基二极管，以降低自身功率耗散。

（4）PCB设计注意事项

当系统工作的环境温度较高时，以及驱动大电流负载时，必须要注意避免系统达到功率极限。芯片引脚焊接处的敷铜面积大有利于散热。在实际应用中，要求达到每25mm²的PCB大约需要1oz^[1]敷铜的电流密度，以有利于散热。

合理的PCB布局对于最大程度保证系统稳定性以及低噪声来说很重要。使用多层PCB是避免噪声干扰的一种很有效的办法。为了有效减小电流回路的噪声，输入旁路电容应当另行接地。

SW端处在快速开关的节点，所以PCB走线应当尽可能的短。另外，芯片的GND端应保持尽量良好地接地。

旁路电容、电感、电流采样电阻在布板中要注意的是电感尽量远离芯片，以减小电感的辐射。如果PCB允许，请尽量多铺铜，并接到电源的GND或U_cc，以吸收电感产生的干扰。另外一个需要非常注意的事项是尽量减小R_S两端走线引起的寄生电感，以保证采样的精度。旁路电容尽可能靠近芯片，并做到走线短而粗。

（5）3W LED电压、电流关系曲线

3W LED电压、电流关系曲线如图2-4所示。