LED-MR16射灯电源的问题及其BP1361解决方案

　　概述

　　随着LED技术的发展，带来了照明界的一场革命。尤其是1W和3W大功率LED技术的成熟和成本的降低，LED在E27、GU10、PAR灯和MR16等领域广泛应用。然而，在电子变压器驱动的3*1W的LED-MR16应用中，也存在一些问题。本文就电子变压器驱动3*1W的LED-MR16恒流驱动电源问题进行系统分析，并介绍BP1361构成的B2（Buck-Boost）解决方案。

　　电子变压器在驱动LED时的工作问题

　　为了更多了解电子变压器驱动LED的MR16射灯，这里先介绍电子变压器（以市场上买的飞利浦电子变压器为例）的工作原理以及在驱动MR16卤素灯的工作情况。图1为目前市场最为常用的电子变压器的原理图：

图1 常用电子变压器原理图

　　其工作原理简单可以简述为：上电后，通过R1,R2给C3充电。当Vc3>VDb1+VbeQ2时，Q2导通。此时会产生电流Imag1从M点→T1→T2_a→Q2→R6→GND。Imag1很快将T2磁化至饱和，使Q2关断。同时在退磁时打开Q1，产生电流Imag2从C4→Q1→R4→T2_a→T1→M点。之后重复以上工作。也就是说，在电路开启后其工作是依靠T2不断的磁化与退磁来维持，通常工作频为25~50KHz左右。在这里需要说明的是T2的磁化是建立在一定的磁化电流（Imag）的基础上的，在电路的各个参数设计完成后，磁化电流（Imag）的大小正比于输出功率。对于卤素灯通常的功率范围为10~50W，输出电压通常为12Vac，其负载等效模型为一纯阻。

　　那对于输出负载变成LED的MR16灯杯时，电子变压器的工作状就发生了变化。这主要由两个原因引起。

　　第一、对于LED的MR16灯杯通常的功率只有1~3W，而原先的电子变压器是按10~50W设计的,也就是说输出功率只有不到原来的1/10，在半桥回路中产生的磁化电流Imag已经不能使T2饱和，使电子变压器工作在不正常状态。

　　第二、图2为目前应用最为广泛的MR16灯杯中由BUCK电路构成的LED恒流驱动电源的原理图。从图中可以看出在整流桥(D1-D4)之后有一个很大的电解电容CE1（100~220uF）。对于电子变压器来说相当于负载由原来的纯组性负载变成了一个很大的容性负载。

图2 MR16 Buck恒流原理图

　　图3为电子变压器输出带1颗3W时的输出电压情况。

图3-A

　　放大后

图3-B

图3 变子变压器为MR16 LED灯的供电情况

　　从图3-A中可以看出电子变压器的输出电压受到100Hz(50Hz经过整流后)的调制。当输入电压在过零点附近时输出为零（占整个周期的1/3,约3mS），这就需要在LED恒流电源里有一个很大的电解电容(几百uF)去给Buck电路提供足够的能量来恒定LED的电流。

　　正如上面第二点所说，几百uF的容性负载对于电子变压器而言会使其一直工作于间歇状态如图3-B所示。结合图1和图2可以很容易分析出产生这种情况的原因：当电子变压器上电后，R1，R2给C3充电，当Vc3>VDb1+VbeQ2后，Q2导通工作，产生磁化电流（Imag）使整个半桥电路开始工作，并给LED驱动电源中的电解电容CE1及为LED提供能量（如图4-B中的A区）。当CE1中的电压被充至与电子变压器的输出电压相等时，电子变压器中的T1输出绕组中的电流为零,Imag也下降到零，从而使整个整流桥电路停振(如图4-B的B区)。停振后，R1，R2再次给C3充电，之后一直重复上面的工作（如图4-A）。通常不同生产厂家的电子变压器的间歇频率也不一样，这主要是R1，R2及C3的设计值不一样导致。

图4-A

　　放大后

图4-B 放大后

图4 电子变压器为MR16 LED灯的供电时的工作情况

　　BP1361在直流电压输入和单颗LED在MR16中的应用

　　虽然电子变压器在LED-MR16射灯里的工作状态不是很理想，但并不会对其可靠性产生太大的影响，这也是目前LED-MR16灯杯大量出货的基础。目前市场上也有很多的针对LED-MR16的专用恒流IC，上海晶丰明源半导体（BPSemi）推出的BP1361系列就是其中做得较好的一款IC。图5是BP1361的应用原理图。

图5 BP1361应用原理图

　　从图5中可以看出，其应用电路只有很少的外围元件。除此外，还可以做到很宽的输入电压范围从5V到30V；宽输入电压输出精度达到±3%；很高的系统效率,最高达97%；开路/短路/过温保护；PWM或模拟调光。

　　对于直流电压输入或者电子变压器驱动单颗LED的MR16灯杯应用中，降压恒流基本可以满足需要。

　　图6与图7是BP1361在驱动1W及3W的LED在降压恒流应用中的输出特性。可以看到在输入电压很宽的范围其恒流精度可以做到±2.5%以内。

图6a 1W LED输出电流与输入电压 图6b 1W LED输出电流变化率与输入电压

图7a 3W LED输出电流与输入电压 图7b 3W LED输出电流变化率与输入电压