LED驅(qū)動(dòng)電路專用電解電容器詳解

前言

LED是一種壽命極長(zhǎng)的電光源，使用壽命可以達(dá)到10萬(wàn)小時(shí)(約140個(gè)月，或者說(shuō)連續(xù)使用11年半!)，一般的熒光燈的壽命一般應(yīng)用不會(huì)超過(guò)1萬(wàn)小時(shí)。LED的另一個(gè)特點(diǎn)是光效高，實(shí)用化的大功率LED的光效已經(jīng)超過(guò)T8熒光燈管。實(shí)際的LED燈的實(shí)際壽命并不高。在實(shí)際應(yīng)用中，LED燈的實(shí)際使用壽命并不高，甚至有的不到一年就損壞了。

是什么原因造成LED等的過(guò)早損壞?原因在于LED驅(qū)動(dòng)電路的可靠性不高，驅(qū)動(dòng)性能不好。拋開(kāi)驅(qū)動(dòng)性能不好的因素，LED燈壽命短的根本原因就是驅(qū)動(dòng)電路中的電子原件壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED的壽命。是哪個(gè)元件的壽命最短?電解電容器!

電解電容器的壽命

在LED驅(qū)動(dòng)電路中，特別是交流市電驅(qū)動(dòng)LED燈時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電路必須要有輸入整流濾波電路和輸出整流濾波電路。輸入整流濾波電路需要相對(duì)和大的電容量才能將整流輸出電壓平滑到允許范圍。輸出整流濾波電路也需要足夠的電容量來(lái)維持電路的穩(wěn)定性和輸出電流的平滑。

最經(jīng)濟(jì)的大電容量電容器唯電解電容器是最佳選擇。電解電容器最大的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好，而最大的弱點(diǎn)是壽命短。

10年前的鋁電解電容器一般為105℃/200小時(shí)。這就是說(shuō)在105℃的溫度條件下的使用壽命只有84天!即使降低到85℃，使用壽命也僅僅為332天，還不到一年!繼續(xù)降低到75℃，壽命也不會(huì)超過(guò)兩年。

相對(duì)于10萬(wàn)小時(shí)壽命和半永久壽命的半導(dǎo)體器件和無(wú)源元件來(lái)說(shuō)，鋁電解電容器是導(dǎo)致LED驅(qū)動(dòng)電路壽命達(dá)不到要求的關(guān)鍵元件。

解決問(wèn)題的方法

無(wú)電解電容器的LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)

如果用十年前的鋁解電容器技術(shù)的觀點(diǎn)看，鋁電解電容器是無(wú)法勝任LED等壽命的。解決方法一般為無(wú)鋁電解電容器技術(shù)，這就是前些年風(fēng)行的五鋁電解電容器LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的根本原因。但是不能不是的問(wèn)題是，采用無(wú)鋁電解電容器的后果是LED驅(qū)動(dòng)電路的性能下降，間接的導(dǎo)致LED壽命的嚴(yán)重不足。

無(wú)電解電容器方案存在的問(wèn)題

首先，無(wú)電解電容器方案使得市電整流輸出電壓紋波加大，如果不加以處理就會(huì)導(dǎo)致LED輸出電壓紋波的增加。如果LED工作在滿功率狀態(tài)，就可能出現(xiàn)市電頻率下的周期性過(guò)電流(或過(guò)功率)

圖中可以看到，大功率LED工作電流在0.7A時(shí)對(duì)應(yīng)的正向電壓約為3.4V，如果LED端電壓波動(dòng)0.2V，流過(guò)LED的電流將超過(guò)0.95A，對(duì)于0.7A的大功率LED，這絕對(duì)是一個(gè)過(guò)功率。最終結(jié)果會(huì)導(dǎo)致壽命的縮短。

如果工作電流選擇最大額定電流的一半時(shí)，盡管不會(huì)出現(xiàn)過(guò)功率，但是會(huì)引起損耗的加大，而且會(huì)產(chǎn)生比較大的LED電流變化，會(huì)導(dǎo)致如50Hz電感鎮(zhèn)流器驅(qū)動(dòng)熒光燈那樣的閃爍，甚至?xí)鼑?yán)重。

市電整流濾波電容器的問(wèn)題

無(wú)鋁電解電容器LED驅(qū)動(dòng)始終避免不了的問(wèn)題是：平滑電源側(cè)整流輸出電壓需要足夠的電容量，而采用薄膜電容器會(huì)明顯增加成本，增加體積，不得已而選擇低電容量，這又會(huì)輸?shù)谜鬏敵鲭妷杭y波電壓變大，特別是像PI的產(chǎn)品，當(dāng)電容量低于1μF/W就會(huì)在變換器輸出產(chǎn)生比較高幅值的紋波電壓，會(huì)使得LED閃爍。

輸除整流濾波電容器的電容量選擇過(guò)低可能會(huì)產(chǎn)生反激式變換器的自激，因此不希望輸出整流濾波電容器過(guò)低的電容量，但是非鋁電解電容器的價(jià)格又太高。

輸出整流濾波電容量對(duì)LED驅(qū)動(dòng)的影響

如果LED驅(qū)動(dòng)電路是反激式變換器，為了實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，需要足夠的電容量。如果電容量不夠會(huì)引起電路的寄生振蕩，使得LED嚴(yán)重閃爍。

控制IC電源旁路電容器的影響

控制IC電源旁路電容器不僅需要足夠的電容量，還要具有良好的電源旁路性能，如果電容量過(guò)小就會(huì)引起控制IC電源電壓的波動(dòng)，從而引起輸出電壓的波動(dòng)，導(dǎo)致LED的閃爍。

一、改進(jìn)電解電容器的性能和壽命是解決LED驅(qū)動(dòng)壽命的最簡(jiǎn)捷、最經(jīng)濟(jì)的方法

從成本和壽命兩方面綜合考慮，如果能做出長(zhǎng)壽命電解電容器，使得電解電容器的