效率高达95%的5W MR16 LED灯驱动解决方案

卤素MR16灯(MR16代表灯的杯口径为50mm)广泛应用于专业仓储和室内装饰照明。常用的卤素MR16灯的功耗在10-50W之间，输出光通量为150-800lm(流明)，等效的发光效率为15lm/W(流明/瓦)。卤素灯的典型寿命为2,000小时。此外，卤素灯的灯丝应避免出现大幅度的震动，以免灯泡过早失效。

LED技术提供了一个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(一个芯片，4×4mm封装)和10W高亮度LED(4个芯片，7×7mm封装)的典型发光效率为45lm/W(@1,000mA/Tj＝120℃)。在实际应用中，5W LED可输出155lm(@1,000mA/Tj＝120℃)，10W LED输出345lm(@700mA/Tj=120℃)。可以看出，当输出光通量相同时，LED灯的功耗仅为卤素灯的50%。此外 ，当LED工作结温不超过120℃时，LED工作50,000个小时后仍保持90%的输出光通量。

作为卤素灯低压照明的一种替代技术，LED照明日益风行。与卤素灯泡不同的是，LED没有效率低、可靠性差以及使用寿命短问题的困扰。本文描述了一种在直流照明系统中驱动大功率LED的新方法，这种解决方案能提供95%的效率、更长的使用寿命，并能承受更高的电气和机械冲击。

在MR16灯的参考设计中，立锜选用LedEngin公司的5W LED来演示RT8450高达1A的电流驱动能力。在大部分MR16的应用中，输入电压为交流12V±10%。

RT8450被专门设计用在MR16 LED灯的驱动应用中，采用了非常小的TDFN封装。RT8450具有4.5~40V输入电压范围，这使得采用RT8450的驱动电路能提供很宽的驱动电流范围。此外，RT8450的工作温度高达125℃，可以在MR16灯具内的高温环境中安全地工作。其1MHz的开关频率使驱动电路可以采用小尺寸的电感和电容，这样便可以将驱动电路放置在MR16灯具中。

5W的高亮度LED需要1A的驱动电流，因此降压型LED驱动电路被设计成可以提供1A的直流输出电流。这里采用滞环电流控制方法来控制降压电感电流(即LED电流)。RT8450所采用的滞环电流控制方法使驱动电路非常简单，且具有很高的鲁棒性，从而保证7%的LED电流精度。

图2：信道一为交流输入电流，通道二为直流输出电流。

为保证5W LED在整个交流电源线频率周期内正常工作，在整流桥输出端并联了滤波电容来限制输出电压的波纹。该电容的电容值不小于200uF，可以选用220uF/25V的钽电容或电解电容。

图3：通道二为输出电流纹波。 [p]

为保证足够高的输出电流精度，电感电流的最大变化率di/dt要小于0.4A/us。在图1中，电感上的最大电压为VLMAX，电感值可通过下式计算得到：

若VAC_IN=12V、δ=10%、VO=3.6，则电感值大于37uH，其标准值为39uH。这里，δ为输入交流电压的允许波动百分比、VO为LED正向电压。实际测试波形如图2至图5所示，这里的输出电流纹波百分比为10%。

图4：信道一为MOSFET栅级驱动包络波形，通道二为MOSFET漏极到源极压差的包络波形。

RT8450被专门设计用在MR16 LED灯的驱动应用中，采用了非常小的6引脚TDFN封装。RT8450具有4.5~28V输入电压范围，能驱动具有成本效益的外部MOSFET，这使得采用RT8450的驱动电路能提供很宽的驱动电流范围。此外，RT8450的工作温度高达125℃，可以在MR16灯具内的高温环境中安全地工作。虽然RT8450可以控制的输出功率达到25W，甚至更高，但其2MHz的开关频率使驱动电路可以采用小尺寸的电感和电容，这样便可以将驱动电路放置在MR16灯具中。