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MR16/AR111 LED射灯驱动电源专用方案
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2017-11-16
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摘要
LED 的M16/AR111 射灯作为替换型灯具，其驱动电源设计除了要满足高效、可靠、经济的要求外，还要兼容原有MR16/AR111 卤素灯供电架构中的电子变压器。本文首先从电子变压器的工作机理出发，阐述了电子变压器兼容性问题的由来，并结合TI 公司的新一代MR16/AR111 LED 射灯专用驱动芯片TPS92560，给出了驱动电源的设计注意事项，最后给出样机的实验数据。
1. 引言
MR16/AR111 射灯由于可自由变换照射角度且体积小巧，既可作为整体照明起主导作用，又可作为局部照明用来制造效果和点缀气氛。故在商业照明和家居照明中得到了广泛的使用。LED 的MR16/AR111 射灯与原先的卤素灯相比，具有节能、寿命长、颜色丰富、发热量低等优点，近年来成为LED 灯泡替换工程的热点。作为一种替换性灯泡，必须要兼容原有卤素灯供电架构中的电子变压器。而市面上的电子变压器品牌型号又极其繁多，这就要求一个出色的MR16/AR11 LED 射灯驱动电源方案必须能够完美兼容足够多品牌型号的电子变压器。
2. 电子变压器原理与LED 驱动电源拓扑架构分析
电子变压器是一种小型的变频器，可以把市电的110V 或220V 交流电压变换成12V 交流电压。具有体积小、重量轻、价格低等优点。图1 是某型电子变压器的威廉希尔官方网站 图。二极管D1~D4 构成了整流桥，把市电变成直流电，三极管Q1、Q2 与电容C2、C3 组成了半桥式变换器，耦合绕组T1、T2、T3 为自激驱动变压器。电阻R1、电容C1 和双向触发二极管DIAC 构成了启动触发威廉希尔官方网站 。AC 正半波时，经过R1、C1 的延时，Q2 导通。电流由C2、C3 的中点经过绕组T4、T3、Q2 形成回路。此时T3 绕组上感应左负右正电压，T1 绕组感应上正下负电压，T2 绕组感应上负下正电压。这给Q1 的开通与Q2 的关断创造条件。当Q1 开通后，电流由Q1 经过T3、T4 流到C2 与C3 的中点。Q1、Q2 的开关频率即为电子变压器的工作频率。AC 负半波期间线路的工作原理类似。当电子变压器负载是卤素灯时，卤素灯是一种纯阻性负载，自激驱动变压器绕组有足够的励磁电流流过，可以保证Q1、Q2 能够正常地开关动作。
目前市面上常见MR16/AR111 LED 驱动电源是降压Buck 架构的（图2）。由于电子变压器的输出是一个工频交流脉络电压，为了保证输出端LED 电流连续，Buck 驱动威廉希尔官方网站 的整流桥后通常会放一颗大容量的储能电解电容。这就使得作为负载的LED 灯泡只在工频周期内极短的时间内从变压器取电流，而大部分时间是不从电子变压器取电流的。这样对前级的电子变压器而言，保证其内部自激振荡线路正常工作所需的最小电流在变压器工频周期的大部分时间是不能满足的。我们称电子变压器的这种工作状态为不稳定状态，输出LED 灯的闪烁现象与变压器此工作模态有很大关系。
既然降压拓扑架构的电容性输入特性会引起电子变压器的不稳定工作，我们希望一个好的MR16 LED 灯泡应该像卤素灯一样，表现出一个纯阻性的负载特性，让电子变压器可以稳定连续工作。图3 分别是Buck、Boost、Buck-Boost 的输入电流波形。不难发现，只有Boost 的输入电流为连续的，容易实现接近纯阻性的高PF 值。而Buck 与Buck-Boost 的输入电流在开关管TOFF 期间都会断续，前面分析我们知道，这段时间内电子变压器是停止工作的。
LED 的M16/AR111 射灯作为替换型灯具，其驱动电源设计除了要满足高效、可靠、经济的要求外，还要兼容原有MR16/AR111 卤素灯供电架构中的电子变压器。本文首先从电子变压器的工作机理出发，阐述了电子变压器兼容性问题的由来，并结合TI 公司的新一代MR16/AR111 LED 射灯专用驱动芯片TPS92560，给出了驱动电源的设计注意事项，最后给出样机的实验数据。
1. 引言
MR16/AR111 射灯由于可自由变换照射角度且体积小巧，既可作为整体照明起主导作用，又可作为局部照明用来制造效果和点缀气氛。故在商业照明和家居照明中得到了广泛的使用。LED 的MR16/AR111 射灯与原先的卤素灯相比，具有节能、寿命长、颜色丰富、发热量低等优点，近年来成为LED 灯泡替换工程的热点。作为一种替换性灯泡，必须要兼容原有卤素灯供电架构中的电子变压器。而市面上的电子变压器品牌型号又极其繁多，这就要求一个出色的MR16/AR11 LED 射灯驱动电源方案必须能够完美兼容足够多品牌型号的电子变压器。
2. 电子变压器原理与LED 驱动电源拓扑架构分析
电子变压器是一种小型的变频器，可以把市电的110V 或220V 交流电压变换成12V 交流电压。具有体积小、重量轻、价格低等优点。图1 是某型电子变压器的威廉希尔官方网站 图。二极管D1~D4 构成了整流桥，把市电变成直流电，三极管Q1、Q2 与电容C2、C3 组成了半桥式变换器，耦合绕组T1、T2、T3 为自激驱动变压器。电阻R1、电容C1 和双向触发二极管DIAC 构成了启动触发威廉希尔官方网站 。AC 正半波时，经过R1、C1 的延时，Q2 导通。电流由C2、C3 的中点经过绕组T4、T3、Q2 形成回路。此时T3 绕组上感应左负右正电压，T1 绕组感应上正下负电压，T2 绕组感应上负下正电压。这给Q1 的开通与Q2 的关断创造条件。当Q1 开通后，电流由Q1 经过T3、T4 流到C2 与C3 的中点。Q1、Q2 的开关频率即为电子变压器的工作频率。AC 负半波期间线路的工作原理类似。当电子变压器负载是卤素灯时，卤素灯是一种纯阻性负载，自激驱动变压器绕组有足够的励磁电流流过，可以保证Q1、Q2 能够正常地开关动作。
目前市面上常见MR16/AR111 LED 驱动电源是降压Buck 架构的（图2）。由于电子变压器的输出是一个工频交流脉络电压，为了保证输出端LED 电流连续，Buck 驱动威廉希尔官方网站 的整流桥后通常会放一颗大容量的储能电解电容。这就使得作为负载的LED 灯泡只在工频周期内极短的时间内从变压器取电流，而大部分时间是不从电子变压器取电流的。这样对前级的电子变压器而言，保证其内部自激振荡线路正常工作所需的最小电流在变压器工频周期的大部分时间是不能满足的。我们称电子变压器的这种工作状态为不稳定状态，输出LED 灯的闪烁现象与变压器此工作模态有很大关系。
既然降压拓扑架构的电容性输入特性会引起电子变压器的不稳定工作，我们希望一个好的MR16 LED 灯泡应该像卤素灯一样，表现出一个纯阻性的负载特性，让电子变压器可以稳定连续工作。图3 分别是Buck、Boost、Buck-Boost 的输入电流波形。不难发现，只有Boost 的输入电流为连续的，容易实现接近纯阻性的高PF 值。而Buck 与Buck-Boost 的输入电流在开关管TOFF 期间都会断续，前面分析我们知道，这段时间内电子变压器是停止工作的。
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