為多個(gè)1W LED組成的MR16代替燈減少組件數量、實(shí)現緊密的參考設計

　　MR16 燈屬于多面向反射器燈的一種，通常以鹵素燈絲囊作為光源。它們適用于很多零售和消費性應用，借著(zhù)獨特的尺寸、可配置性、聚光能力和美觀(guān)性，發(fā)揮實(shí)用性和創(chuàng )意。不過(guò)，低效率、熱量產(chǎn)生和鹵素囊處理問(wèn)題往往成為了這種技術(shù)的缺點(diǎn)。MR16 燈一般采用 12V DC 或 12V AC 通用電磁式變壓器工作。

　　led 是一個(gè)替代鹵素燈的理想選擇，因為它具有更高效能及無(wú)熱輻射。

　　這款參考設計可以裝設于 MR16 型 LED 射燈的標準連接器空間。它經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，在零件數量以至熱性能方面，都更臻完善。這款設計一般可在鏡面部分配合 3 個(gè) 1W LED 使用，更可以作出調整，滿(mǎn)足照明系統設計人員的要求。

　　圖 1 采用 ZXLD1350 的 MR16 應用

　　附注：關(guān)于ZXLD1350 的規格，請瀏覽：http://www.zetex.com/3.0/pdf/ZXLD1350.pdf

　　描述

　　圖 2 是利用 ZXLD1350 和 ZXSBMR16T8 實(shí)現的 MR16 燈解決方案的系統接線(xiàn)圖，表 1 則提供了元件清單。

　　圖 2 ZXLD1350 MR16 燈解決方案的系統接線(xiàn)圖

　　ZXLD1350 是為 350mA 或以下的 LED 電流驅動(dòng)應用而設計。這款單片式 NMOSFET 大小適中，提供具有成本效益的芯片尺寸，額定電流為 400mA，在遲滯工作模式下 (電流波形從標稱(chēng)電流設定點(diǎn)約升降 +/-15%)提供足夠的裕度。ZXLD1350 的主要特點(diǎn)包括：

　　* 高至 380mA 的輸出電流

　　* 寬闊的輸入電壓范圍：7V 至 30V

　　* 內部 30V 400mA NDMOS 開(kāi)關(guān)

　　* 高效率 (高于 90%)

　　* 高至 1MHz 的開(kāi)關(guān)頻率

　　ZXSBMR16T8 是一款能夠節省空間又具有熱效率，并且特別為滿(mǎn)足 MR16 應用的關(guān)鍵要求設計的器件。它包含一個(gè)全橋和一個(gè)續流二極管，以低泄漏的 1A、40V 肖特基二極管來(lái)實(shí)現標稱(chēng) 12V AC 輸入工作。相比于采用一體式設計的標準硅式二極管，這種肖特基橋與嵌入式續流二極管的組合有助于提升系統的效率。參考設計中具備旁路焊接點(diǎn)，可以省略橋式整流器，最終的電燈設計亦適用于純 DC工作。

　　由于 ZXLD1350 采用了遲滯式轉換電路拓樸，因此轉換效率取決于幾項因素 – 輸入電壓、目標電流和 LED 數量。當中還設有以 ExcEL 為基礎的計算器，用于系統的初始評測和決定零件選擇。

　　(詳情可瀏覽 http://www.zetex.com/3.0/otherdocs/zxld1350calc.xls)。

　　系統效率和 LED 電流測量皆包含在設計中， ADJ引腳保持浮動(dòng)，以測量器件中的電流額定值。ADJ引腳的阻抗輸入較高 (200K)，容易受到其它來(lái)源的泄漏電流所影響。任何從這個(gè)引腳載下的電流，都會(huì )減低輸出電流。為了避免出現任何電磁耦合情況，引腳的周遭設有保護線(xiàn)軌。

　　表1 元件清單

　　從圖 2 中的電路原理圖可見(jiàn)，只需要使用 0? 電阻器，便可運用跳線(xiàn)連接，實(shí)現純 DC 操作。

　　由于系統并沒(méi)有反極性保護，所以用戶(hù)要特別小心。

　　圖 3 為電路布線(xiàn)設計，說(shuō)明了節省空間和緊湊設計的優(yōu)點(diǎn)。底層及頂層皆清楚顯示，高效器件布置清晰可見(jiàn)。

　　圖 3 電路設計

　　主要布線(xiàn)設計建議如下：

　　* 所有薄器件設于同一邊

　　* 以星形聯(lián)結作為接地線(xiàn)軌

　　* 以接地環(huán)保護 ADJ引腳

　　* 請檢查：

　　* 把 R1 連接至 ZXLD1350 愈短愈好 (感應線(xiàn)軌);

　　* 濾波電容器 C3 應連接至最接近 Vin 引腳的地方;

　　* 續流電流路徑愈短愈好，以保障系統的精密度和效率。

　　電路板頂層和底層圖示于圖4。

　　圖4 電路板一覽

　　電感器的選擇和開(kāi)關(guān)電路布線(xiàn)設計

　　電路中選用了 100 μH 的屏蔽式電感器，把標稱(chēng)頻率設定于約 250kHz 的水平，同時(shí)把輻射電磁干擾減至最少。任何開(kāi)關(guān)穩壓器的設計，對減低輻射電磁干擾都相當重要。這款參考設計可以把關(guān)鍵的線(xiàn)軌長(cháng)度減至最低，而關(guān)鍵性區域四周的接地面積則擴至最大。

　　電路性能

　　電路的性能根據兩項主要的參數進(jìn)行評測，包括系統效率和電流精度。

　　參考電路的電流設定于 300mA 的標稱(chēng)值，但只須根據以下公式改變感應電阻器 Rsense，電流便可調整至350mA 或下的水平。

　　Iref = 0.1 / R1 [A]

　　當使用 R1 = 0.33Ω--> Iref = 300mA

　　表 2 列出了 12V 至 15V DC 供電系統的相關(guān)數據，有關(guān)測試采用了肖特基二極管橋。最重要的參數包括系統效率及額定 LED 電流 (300mA) 和實(shí)際 LED 電流之間的誤差。在 DC 環(huán)境下，頻率介于 150kHz 和 300kHz 之間，視輸入電壓而定。不論輸入電壓多少，效率皆高于 87%，誤差少于 2%。

　　表 2 DC 輸入電壓

　　表 3 列出了以一個(gè)采用 SMD 鉭電容器及AC 電磁變壓器供電系統的相關(guān)數據。系統以節省空間為設計目標，同時(shí)避免使用體積更大、可靠性更低的電解電容器。對于體積、可靠性、成本及平均LED電流都有取舍，一般標定 12V AC 的變壓器輸出電壓會(huì )變化±10%，三個(gè) LED 的壓降約 10V，在圖8 可以看到，如電容值少于200 μF ，AC 輸入的波形扭歪了。當整流后電壓沒(méi)有被有效地平滑，谷低電壓有可能低于 LED 電壓，在這情況下，開(kāi)關(guān)電路停止運作， LED 平均電流下降，最后 LED 輸出流明也下降。

　　表3 AC 輸入電壓

　　圖5至圖8顯示由輸入電容Cin=C1+C2+C3所影響的輸入電壓紋波及LX電壓。輸入電容愈大，輸出電流愈準確，亦令平均輸出流明愈高。當輸入電容達300uF時(shí)，整體表現，包括效率及電流準確度都最好。相反，當輸入電容降低，輸出電流準確度降低多達25%，但效率總高于50%。

　　圖 5 Cin=300μF 圖 6 Cin=200μF

　　圖 7 Cin=150μF 　圖 8 Cin=100μF

　　圖 5~ 8：輸入紋波及 LX 電壓 (Ch3 為 LX 引腳電壓，Ch4 為輸入電壓)

　　結語(yǔ)

　　ZXLD1350 及 ZXSBMR16T8 配合其它被動(dòng)組件，展現了一個(gè)細小、可靠、高效率及小組件數目的方案。這個(gè)超小設計可放進(jìn)連接器的外殼，將這些對溫度敏感的組件與發(fā)熱的 LED 盡量分隔開(kāi)。在最終的解決方案中，LED電流及電容器的大小都要有所取舍，以達致最理想的效率、準確度、尺寸及組件數量。

　　這是一系列不同 MR16 解決方案和選項參考設計中的第一份設計指南。