鹵素MR16燈(MR16代表燈的杯口徑為50mm)廣泛應(yīng)用于專業(yè)倉儲和室內(nèi)裝飾照明。常用的鹵素MR16燈的功耗在10~50W之間，輸出光通量為150~800lm(流明)，等效的發(fā)光效率為15lm/W(流明/瓦)。鹵素?zé)?/font>的典型壽命為2,000小時。此外，鹵素?zé)舻臒艚z應(yīng)避免出現(xiàn)大幅度的震動，以免燈泡過早失效。
LED技術(shù)提供了一個更具有成本效益的替代方案。比如，LedEngin公司的最新5W高亮度LED(一個芯片，4×4mm封裝)和10W高亮度LED(4個芯片，7×7mm封裝)的典型發(fā)光效率為45lm/W(@1,000mA/Tj＝120℃)。在實際應(yīng)用中，5W LED可輸出155lm(@1,000mA/Tj＝120℃)，10W LED輸出345lm(@700mA/Tj=120℃)。可以看出，當(dāng)輸出光通量相同時，LED燈的功耗僅為鹵素?zé)舻?0%。此外 ，當(dāng)LED工作結(jié)溫不超過120℃時，LED工作50,000個小時后仍保持90%的輸出光通量。
在MR16燈的參考設(shè)計中，Maxim選用LedEngin公司的5W LED來演示MAX16820高達(dá)1A的電流驅(qū)動能力。在大部分MR16的應(yīng)用中，輸入電壓為交流12V±10%。
MAX16820被專門設(shè)計用在MR16 LED燈的驅(qū)動應(yīng)用中，采用了非常小的6引腳TDFN封裝。MAX16820具有4.5~28V輸入電壓范圍，能驅(qū)動具有成本效益的外部MOSFET，這使得采用MAX16820的驅(qū)動電路能提供很寬的驅(qū)動電流范圍。此外，MAX16820的工作溫度高達(dá)125℃，可以在MR16燈具內(nèi)的高溫環(huán)境中安全地工作。雖然MAX16820可以控制的輸出功率達(dá)到25W，甚至更高，但其2MHz的開關(guān)頻率使驅(qū)動電路可以采用小尺寸的電感和電容，這樣便可以將驅(qū)動電路放置在MR16燈具中。
圖1為5W MR16 LED燈的驅(qū)動電路。它由二極管整流橋D1~D4、100uF濾波電容C1&C2和降壓型轉(zhuǎn)換器電路組成，其中降壓型轉(zhuǎn)換器電路包含了LED驅(qū)動器MAX16820、電感(L)、功率MOSFET(Q)、續(xù)流二極管(D)和檢流電阻(R)。
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| 圖1：傳統(tǒng)的多芯圖1：基于MAX16820的5W MR16 LED燈驅(qū)動電路。 |
5W的高亮度LED需要1A的驅(qū)動電流，因此降壓型LED驅(qū)動電路被設(shè)計成可以提供1A的直流輸出電流。這里采用滯環(huán)電流控制方法來控制降壓電感電流(即LED電流)。MAX16820所采用的滯環(huán)電流控制方法使驅(qū)動電路非常簡單，且具有很高的魯棒性，從而保證7%的LED電流精度。
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| 圖2：通道一為交流輸入電流，通道二為直流輸出電流。 |
為保證5W LED在整個交流電源線頻率周期內(nèi)正常工作，在整流橋輸出端并聯(lián)了濾波電容來限制輸出電壓的波紋。該電容的電容值不小于200uF，可以選用220uF/25V的鉭電容或電解電容。
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| 圖3：通道二為輸出電流紋波。 |
為保證足夠高的輸出電流精度，電感電流的最大變化率di/dt要小于0.4A/us。在圖1中，電感上的最大電壓為VLMAX，電感值可通過下式計算得到：
若VAC_IN=12V、δ=10%、VO=3.6，則電感值大于37uH，其標(biāo)準(zhǔn)值為39uH。這里，δ為輸入交流電壓的允許波動百分比、VO為LED正向電壓。實際測試波形如圖2至圖5所示，這里的輸出電流紋波百分比為10%。
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| 圖4：通道一為MOSFET柵級驅(qū)動包絡(luò)波形，通道二為MOSFET漏極到源極壓差的包絡(luò)波形。 |
上述測試波形是對基于LedEngin公司的LED的5W MR16 LED燈具的測試結(jié)果。圖7為被測的5W MR16 LED燈具的圖片。如圖4所示，當(dāng)直流濾波電容為200uF時，直流電壓的紋波為8.5V。采用滯環(huán)電流控制方法的MAX16820表現(xiàn)出很好的電源電壓調(diào)節(jié)特性，使得LED驅(qū)動電流的紋波非常小。測試結(jié)果顯示，即使5W MR16 LED燈驅(qū)動電路的輸入交流電壓紋波大于8.5V，輸出LED電流仍保持1A。
圖6為MR16燈驅(qū)動電路的PCB版圖，它采用兩層PCB設(shè)計，所用器件都放置在頂層，底層用于接地連接。電路板上有兩個交流電壓輸入焊盤和兩個直流輸出電流焊盤，后者分別標(biāo)為LED+和LED-。
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| 圖5：通道一為MOSFET柵級驅(qū)動波形，通道二為MOSFET漏源極的壓差波形。 |
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| 圖6：5W MR16 LED燈驅(qū)動電路的PCB版圖。 |
在高亮度LED的應(yīng)用中，如果要保證使用50,000個小時后的輸出光通量仍保持為原來的90%以上，則要限制LED的結(jié)溫低于120℃。采用散熱器是將LED的熱量傳導(dǎo)到空氣中的低成本方案。5W MR16 LED燈具采用散熱器散熱，LED驅(qū)動電路的PCB就安裝在散熱器的背面。
值得注意的是，MR16燈具的獨特外形本身就和散熱器很相似。鹵素?zé)艟咧饕獙彷椛涞娇諝庵校@款LED燈直接熱傳導(dǎo)到散熱器(圖7)，再通過對流將熱散發(fā)到周圍空氣中。
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| 圖7：MR16燈及MAX16820驅(qū)動電路板(圖形未等比例縮放)。 |
與其它的低功率LED(1W和3W LED)方案相比，采用了5W LED和MAX16820的高功率MR16的輸出光通量顯著增加，無需采用多燈級聯(lián)方式就可以達(dá)到10W鹵素?zé)舻恼彰魉健?nbsp;