基于ZXLD1350的多個1W LED組成的MR16代替燈的設計應用

引言

　　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，借著獨特的尺寸、可配置性、聚光能力和美觀性，發揮實用性和創意。不過，低效率、熱量產生和鹵素囊處理問題往往成為了這種技術的缺點。MR16 燈一般采用 12V DC 或 12V AC 通用電磁式變壓器工作。

　　LED 是一個替代鹵素燈的理想選擇，因為它具有更高效能及無熱輻射。

　　這款參考設計可以裝設于 MR16 型 LED 射燈的標準連接器空間。它經過了優化，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 1W LED 使用，更可以作出調整，滿足照明系統設計人員的要求。

　圖1：采用ZXLD1350 的MR16 應用

描述

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

圖2： ZXLD1350 MR16 燈解決方案的系統接線圖

表1：元件清單

ZXLD1350 是為 350mA 或以下的 LED 電流驅動應用而設計。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 (電流波形從標稱電流設定點約升降 +/-15%)提供足夠的裕度。ZXLD1350 的主要特點包括：

　　* 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 開關

　　* 高效率 (高于 90%)

　　* 高至 1MHz 的開關頻率

　　ZXSBMR16T8 是一款能夠節省空間又具有熱效率，并且特別為滿足 MR16 應用的關鍵要求設計的器件。它包含一個全橋和一個續流二極管，以低泄漏的 1A、40V 肖特基二極管來實現標稱 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，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。

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

從圖 2 中的電路原理圖可見，只需要使用0歐電阻器，便可運用跳線連接，實現純 DC 操作。

　　由于系統并沒有反極性保護，所以用戶要特別小心。

　　圖 3 為電路布線設計，說明了節省空間和緊湊設計的優點。底層及頂層皆清楚顯示，高效器件布置清晰可見。

　圖3： 電路設計

主要布線設計建議如下：

　　* 所有薄器件設于同一邊

　　* 以星形聯結作為接地線軌

　　* 以接地環保護 ADJ引腳

　　* 請檢查：

　　* 把 R1 連接至 ZXLD1350 愈短愈好 (感應線軌);

　　* 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：電路板頂層和底層圖示

電感器的選擇和開關電路布線設計

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

　　電路的性能根據兩項主要的參數進行評測，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 供電系統的相關數據，有關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) 和實際 LED 電流之間的誤差。在 DC 環境下，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 列出了以一個采用 SMD 鉭電容器及AC 電磁變壓器供電系統的相關數據。系統以節省空間為設計目標，同時避免使用體積更大、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變化±10%，三個 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，開關電路停止運作， LED 平均電流下降，最后 LED 輸出流明也下降。