為多個(gè)LED組成的MR16代替燈減少組件實(shí)現(xiàn)緊密的參考設(shè)計(jì)

　　引言

　　MR16 燈屬于多面向反射器燈的一種，通常以鹵素?zé)艚z囊作為光源。它們適用于很多零售和消費(fèi)性應(yīng)用，借著獨(dú)特的尺寸、可配置性、聚光能力和美觀性，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?zé)舻睦硐脒x擇，因?yàn)樗哂懈咝芗盁o(wú)熱輻射。

　　這款參考設(shè)計(jì)可以裝設(shè)于 MR16 型 LED 射燈的標(biāo)準(zhǔn)連接器空間。它經(jīng)過(guò)了優(yōu)化，在零件數(shù)量以至熱性能方面，都更臻完善。這款設(shè)計(jì)一般可在鏡面部分配合 3 個(gè) 1W LED 使用，更可以作出調(diào)整，滿足照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的要求。

　　圖 1 采用 ZXLD1350 的 MR16 應(yīng)用

　　描述

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

　　圖 2 ZXLD1350 MR16 燈解決方案的系統(tǒng)接線圖

　　ZXLD1350 是為 350mA 或以下的 LED 電流驅(qū)動(dòng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)。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(biāo)稱電流設(shè)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(nèi)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(jié)省空間又具有熱效率，并且特別為滿足 MR16 應(yīng)用的關(guān)鍵要求設(shè)計(jì)的器件。它包含一個(gè)全橋和一個(gè)續(xù)流二極管，以低泄漏的 1A、40V 肖特基二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)稱 12V AC 輸入工作。相比于采用一體式設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)硅式二極管，這種肖特基橋與嵌入式續(xù)流二極管的組合有助于提升系統(tǒng)的效率。參考設(shè)計(jì)中具備旁路焊接點(diǎn)，可以省略橋式整流器，最終的電燈設(shè)計(jì)亦適用于純 DC工作。

　　由于 ZXLD1350 采用了遲滯式轉(zhuǎn)換電路拓樸，因此轉(zhuǎn)換效率取決于幾項(xiàng)因素 – 輸入電壓、目標(biāo)電流和 LED 數(shù)量。當(dāng)中還設(shè)有以 Excel 為基礎(chǔ)的計(jì)算器，用于系統(tǒng)的初始評(píng)測(cè)和決定零件選擇。

　　系統(tǒng)效率和 LED 電流測(cè)量皆包含在設(shè)計(jì)中， ADJ引腳保持浮動(dòng)，以測(cè)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(xiàn)任何電磁耦合情況，引腳的周遭設(shè)有保護(hù)線軌。

　　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(yùn)用跳線連接，實(shí)現(xiàn)純 DC 操作。

　　由于系統(tǒng)并沒(méi)有反極性保護(hù)，所以用戶要特別小心。

　　圖 3 為電路布線設(shè)計(jì)，說(shuō)明了節(jié)省空間和緊湊設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

　　主要布線設(shè)計(jì)建議如下：

　　* 所有薄器件設(shè)于同一邊

　　* 以星形聯(lián)結(jié)作為接地線軌

　　* 以接地環(huán)保護(hù) ADJ引腳

　　* 請(qǐng)檢查：

　　* 把 R1 連接至 ZXLD1350 愈短愈好 (感應(yīng)線軌);

　　* 濾波電容器 C3 應(yīng)連接至最接近 Vin 引腳的地方;

　　* 續(xù)流電流路徑愈短愈好，以保障系統(tǒng)的精密度和效率。

　　電路板頂層和底層圖示于圖4。

　　電路性能

　　電路的性能根據(jù)兩項(xiàng)主要的參數(shù)進(jìn)行評(píng)測(cè)，包括系統(tǒng)效率和電流精度。

　　參考電路的電流設(shè)定于 300mA 的標(biāo)稱值，但只須根據(jù)以下公式改變感應(yīng)電阻器 Rsense，電流便可調(diào)整至350mA 或下的水平。

　　Iref = 0.1 / R1 [A]

　　當(dāng)使用 R1 = 0.33Ω--> Iref = 300mA

　　表 2 列出了 12V 至 15V DC 供電系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，有關(guān)測(cè)試采用了肖特基二極管橋。最重要的參數(shù)包括系統(tǒng)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(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)以節(jié)省空間為設(shè)計(jì)目標(biāo)，同時(shí)避免使用體積更大、可靠性更低的電解電容器。對(duì)于體積、可靠性、成本及平均LED電流都有取舍，一般標(biāo)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(dāng)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(yùn)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4 電路板一覽

　　電感器的選擇和開(kāi)關(guān)電路布線設(shè)計(jì)

　　電路中選用了 100 μH 的屏蔽式電感器，把標(biāo)稱頻率設(shè)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(wěn)壓器的設(shè)計(jì)，對(duì)減低輻射電磁干擾都相當(dāng)重要。這款參考設(shè)計(jì)可以把關(guān)鍵的線軌長(zhǎng)度減至最低，而關(guān)鍵性區(qū)域四周的接地面積則擴(kuò)至最大。

　　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(zhǔn)確，亦令平均輸出流明愈高。當(dāng)輸入電容達(dá)300uF時(shí)，整體表現(xiàn)，包括效率及電流準(zhǔn)確度都最好。相反，當(dāng)輸入電容降低，輸出電流準(zhǔn)確度降低多達(dá)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(jié)語(yǔ)

　　ZXLD1350 及 ZXSBMR16T8 配合其它被動(dòng)組件，展現(xiàn)了一個(gè)細(xì)小、可靠、高效率及小組件數(shù)目的方案。這個(gè)超小設(shè)計(jì)可放進(jìn)連接器的外殼，將這些對(duì)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(dá)致最理想的效率、準(zhǔn)確度、尺寸及組件數(shù)量。

　　這是一系列不同 MR16 解決方案和選項(xiàng)參考設(shè)計(jì)中的第一份設(shè)計(jì)指南。