電源設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)集——談電源模式及電解電容壽命

DCM斷續(xù)模式：電流從零開(kāi)始上升的三角波。

CCM連續(xù)模式：電流從某一非零值上升的側(cè)梯形波。

DCM模式:負(fù)載小時(shí)初次級(jí)兩側(cè)電流分別為上升三角和下降三角波，如果是開(kāi)關(guān)頻率固定的它激式電源，次級(jí)將磁能釋放完畢時(shí)開(kāi)關(guān)管還未導(dǎo)通，這時(shí)初次級(jí)開(kāi)關(guān)器件均關(guān)斷，線圈與寄生電容產(chǎn)生衰減振蕩，線圈兩端電壓低于輸出電壓，次級(jí)二極管關(guān)斷，初次級(jí)均關(guān)斷時(shí)線圈的振蕩衰減較慢，雖然此時(shí)電壓較高，但電流微小，直到開(kāi)關(guān)管再次導(dǎo)通，如此循環(huán)下去。由于參與振蕩的是線圈電感，不單是漏感，所以振蕩頻率較低(比開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間的尖峰振蕩頻率低很多，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間的尖峰是漏感與分布電容產(chǎn)生的高頻衰減振蕩)。如果是自激式電源，次級(jí)磁能釋放完畢后馬上轉(zhuǎn)入開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段，沒(méi)有兩側(cè)均關(guān)斷的衰減振蕩過(guò)程。

CCM模式:如果是開(kāi)關(guān)頻率固定的它激式電源，負(fù)載較大時(shí)，穩(wěn)壓控制要保持輸出電壓不變，占空比加大，同時(shí)負(fù)載電流也較大，開(kāi)關(guān)管關(guān)斷后，次級(jí)二極管通過(guò)的電流較大，因輸出電壓不變，輸出電流下降的坡度不變，會(huì)出現(xiàn)輸出電流還未下降到0時(shí)，開(kāi)關(guān)管再次導(dǎo)通，即線圈磁能未釋放完畢激磁電流未復(fù)位到0，開(kāi)關(guān)管電流在這個(gè)激磁電流的基礎(chǔ)上再開(kāi)始上升，因電源電壓不變，開(kāi)關(guān)管電流上升的坡度不變。即初級(jí)電流上升和次級(jí)電流下降的坡度不變，但初級(jí)電流上升的起點(diǎn)和終點(diǎn)均抬高，后級(jí)下降的起點(diǎn)和終點(diǎn)也均抬高。這樣初級(jí)的輸入能量加大，次級(jí)的輸出能量加大。沒(méi)有初次級(jí)均關(guān)斷的衰減振蕩過(guò)程(即沒(méi)有8樓所示波形后部的振蕩波部分)。如果是自激式開(kāi)關(guān)電源，磁能釋放完畢后立即轉(zhuǎn)向開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通階段，激磁電流復(fù)位到0。也就是說(shuō)自激式開(kāi)關(guān)電源不會(huì)工作在CCM模式。

0.15 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的3次諧波引起的干擾。

0.2 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的4次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干擾，所以這部分較強(qiáng)。

0.25 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的5次諧波引起的干擾；

0.35 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的7次諧波引起的干擾；

0.39 MHz處產(chǎn)生的振蕩是開(kāi)關(guān)頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾；

1.31MHz處產(chǎn)生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾；

3.3 MHz處產(chǎn)生的振蕩是Mosfet 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾；

開(kāi)關(guān)管、整流二極管的振蕩會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的干擾。

電解電容壽命分析：

以下均為眾多LED電源制造商找到的長(zhǎng)壽命的理由，本文做簡(jiǎn)要說(shuō)明。

我們說(shuō)一個(gè)電解的額定壽命多少小時(shí)，都是在其額定參數(shù)相同的工作環(huán)境下的實(shí)際壽命。同時(shí)也是設(shè)計(jì)壽命。

主要影響電解電容壽命的因素有以下幾點(diǎn)：環(huán)境溫度、電壓、紋波電流、頻率。

1、頻率：首先請(qǐng)斷定使用的電解電容為高頻電解電容，保證在頻率一項(xiàng)不影響您電源的實(shí)際工作頻率。

2、紋波電流：這個(gè)參數(shù)在電解規(guī)格書(shū)里可以查到額定的紋波電流，按照電源本身的紋波電流來(lái)選用合適的電解。

以上2項(xiàng)要考慮參數(shù)的余量，一般按照1.5倍計(jì)算足以。

下面是影響壽命的主要參數(shù)：

3、環(huán)境溫度：按照目前最普遍的電容壽命估算方法，實(shí)際工作溫度比電容額定溫度低10度，壽命增加1倍的理論。額定溫度105度，而實(shí)測(cè)溫度為65度105-65=40度 也就增加4倍。我們選用額定1萬(wàn)小時(shí)的電解電容，即95度時(shí)2萬(wàn)小時(shí)，85度時(shí)4萬(wàn)小時(shí)，75度時(shí)8萬(wàn)小時(shí)，65度時(shí)16萬(wàn)小時(shí)，這16萬(wàn)小時(shí)暫時(shí)先記在這里。

4、工作電壓：我們選用的電解額定為63V，實(shí)際工作37.2V，我們可以肯定壽命比額定要長(zhǎng)，至于長(zhǎng)了多少，我們先不管。

再分析一下電解電容的性能衰減特性：

我們說(shuō)的一個(gè)電解電容的壽命結(jié)束了，其實(shí)并不是所有功能全部失效，而是開(kāi)始衰減，直到滿足不了電解在電路中所起到的作用。那么我們就要看電解在實(shí)際電路中所起到的作用，我先說(shuō)2種用途，一是在PFC電路中，另外一個(gè)是在電源輸出端做濾波使用，當(dāng)電解性能衰減時(shí)，PF值會(huì)降低，但是即使降低到0.5(不加PFC電路)，電源也是一樣在工作，輸出電流和電壓絲毫不會(huì)受到影響。而做在輸出端作為處理紋波的情況也是一樣，只是輸出紋波不斷增大而已，而這個(gè)紋波對(duì)LED的確有很大影響，但是絕對(duì)不會(huì)立刻使LED失效。

所以，綜上說(shuō)述，我們做電源的要做到以下兩點(diǎn)：

1、選用正品知名品牌的電解電容；

2、設(shè)計(jì)電路時(shí)，充分考慮實(shí)際工作參數(shù)與電解參數(shù)的余量。