正如本文开头所说的,虽然BUCK电路在单颗LED-MR16灯杯中的应用可以做到很好的恒流。但在多颗串联的应用中就成了问题。主要是因为以下几个原因(结合图1和图2来说明):
1.在输出功做到3*1W时,恒流电路中的储能电容CE1就需要最大的容量。比如:3颗LED正向电压为3*3.3=9.9V,电子变压器输出峰值电压约为(12V-1V(整流桥压降))*1.414=15.5V,在100Hz的周期内需要滤波电容CE1给输出提供能量的时间最长约为td=8mS。就算Buck电路工作于90%的占空比9.9 *1.1=10.9V,忽略采样电压(100mV)、开关管和电感引起的压降,那么在8mS的时间内ΔVCE只有15.5-10.9=4.6V。在输出电流为Iout=350mA时,电容的放电平均电流为Icd=Pout/Vin/Eff =3/12/0.9=280mA, 则CE1的容量就需要:
由此可看出在3*1W的应用中需要一个大于487(uF)的电容才能使Buck电路正常工作,这么大容量的电容放在体积要求很苛刻的MR16灯杯中是不可能的。
2.另外,市场上很多的电子变压器都带有输出短路保护功能。实验证明,大多数带有输出短路保护功能的电子变压器,在输出电容(CE1)加大到500uF左右时,就会被电子变压器误认为输出短路而使电子变压器出现保护不工作
由此可说明Buck电路用于 3*1W 的LED-MR16不是很合适。那有没有一些好的办法,在牺牲一定的恒流精度,也不用这么大的电解电容(CE1)来实现驱动3颗1W的LED呢?针对这种情况,目前市面上出现的一些方案,比如Cuk方案,如图8。我们以市场上买来的一款Cuk作对比测试,数据仅供参考。
图9 输出电流随输入电压变化曲线图
图10 输出电流的变化率随输入电压变化曲线图
图11 系统效率随输入电压变化的曲线图
从图9中可以看出,在输入电压为7V以下时,电路基本不工作,且LED灯出现闪烁现象。在7V到17V的区间内输出电流变化有230mA,达到输出电流的65%。图10可以很清楚的看出输出电流的变化率与输入电压的变化关系。另外其系统效率也不是很好,温升比较厉害,如图11。
针对Cuk电路存在以上的问题,上海晶丰明源半导体(BPSemi)利用BP1361开发出了针对3颗1W串联,性能更为优越的B2(Buck-Boost)方案。图12是其应用原理图。
图12 B2(Buck-Boost)原理图
从图12中可以看出,由B2构成的3颗1W串联方案,其电路更为简单。只需用很少的外围元件,同之前的Buck电路中应用的元件基本一样(采用电阻由0.3欧姆换成0.15欧姆,输出并联一个电容)。更重要的是没有Cuk电路里面那个复杂的电感。