LED驅動(dòng)電路專(zhuān)用電解電容器詳解

前言

LED是一種壽命極長(cháng)的電光源，使用壽命可以達到10萬(wàn)小時(shí)(約140個(gè)月，或者說(shuō)連續使用11年半!)，一般的熒光燈的壽命一般應用不會(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驅動(dòng)電路的可靠性不高，驅動(dòng)性能不好。拋開(kāi)驅動(dòng)性能不好的因素，LED燈壽命短的根本原因就是驅動(dòng)電路中的電子原件壽命遠遠低于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驅動(dòng)電路中，特別是交流市電驅動(dòng)LED燈時(shí)，LED驅動(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)維持電路的穩定性和輸出電流的平滑。

最經(jīng)濟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!繼續降低到75℃，壽命也不會(huì )超過(guò)兩年。

相對于10萬(wàn)小時(shí)壽命和半永久壽命的半導體器件和無(wú)源元件來(lái)說(shuō)，鋁電解電容器是導致LED驅動(dòng)電路壽命達不到要求的關(guān)鍵元件。

解決問(wèn)題的方法

無(wú)電解電容器的LED驅動(dòng)技術(shù)

如果用十年前的鋁解電容器技術(shù)的觀(guān)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驅動(dòng)電路的性能下降，間接的導致LED壽命的嚴重不足。

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 )導致LED輸出電壓紋波的增加。如果LED工作在滿(mǎn)功率狀態(tài)，就可能出現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)對應的正向電壓約為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，對于0.7A的大功率LED，這絕對是一個(gè)過(guò)功率。最終結果會(huì )導致壽命的縮短。

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 )導致如50Hz電感鎮流器驅動(dòng)熒光燈那樣的閃爍，甚至會(huì )更嚴重。

市電整流濾波電容器的問(wèn)題

無(wú)鋁電解電容器LED驅動(dòng)始終避免不了的問(wèn)題是：平滑電源側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 )輸得整流輸出電壓紋波電壓變大，特別是像PI的產(chǎn)品，當電容量低于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LED驅動(dòng)的影響

如果LED驅動(dòng)電路是反激式變換器，為了實(shí)現穩定，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驅動(dòng)壽命的最簡(jiǎn)捷、最經(jīng)濟的方法

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