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固态电容在LED电源电路中的应用分析

作为新四代绿色照明光源,LED具有体积小、安全、寿命长、电光转换效率高、响应速度快、节能、环保等优越的特性。随着LED照明产业的发展,LED照明将会取代传统的白炽灯、卤钨灯和荧光灯成为21世纪的新一代光源,未来市场巨大。 超长的使用寿命和节能是LED照明最大的特点,但在实际的应用中,LED灯的寿命却由于各种因素引起早期的失效,其中驱动电源的寿命直接影响到LED灯的寿命。作为LED灯驱动电源,其工作条件和使用要求不同于传统的节能灯及普通的开关电源,LED灯对驱动电源的要求主要体现在以下几个方面:

1)对于LED内置驱动电源,工作温度可达到95℃以上,要求驱动电源能够在高温环境下稳定的工作;

2LED的超长寿命特点,要求驱动电源也要具备长期可靠的使用寿命;

3LED驱动电源以恒流为主,为降低LED温升及频闪,要求电源提供高频稳定的直流电流;

4)户外LED灯除以上要求外,还需要电源具备低温启动的特性,要求在-55℃以下能够正常启动;

5)随着LED产业的发展,LED电源追求轻薄的特点,要求电路的小型化、扁平化。

要达到高可靠长寿命的LED驱动电源,对于电子元器件直接的要求便是:要求电子元器件具备耐高温、长寿命、高频低阻抗、优异的温度特性及较小的体积。

如何解决LED驱动电源的寿命和特性短板就必须从元器件性能着手。

作为无源元件,传统的铝电解电容器以电解液作为离子导电,液体在低温下的导电能力较弱,直接的表现就是其等效串联电阻,即ESR特别大,而在高温下又会加速消耗和挥发,造成电容器容量的衰减及损耗的上升。依靠电解液离子作为导电机理决定了传统铝电解电容器先天的不足,但温度特性及频率特性相对较差,以及寿命相对比较短。

如何彻底解决电解电容器对LED驱动电源以及LED整灯寿命和特性造成的影响?采用导电聚合物固体电解质铝电解电容器(以下简称固态电容)可以彻底解决。固态电容是依靠固体导电聚合物作为电解质导电,其导电的机理是依靠电子进行导电,导电性更优、综合性能优越,而且不会有电解质漏出,对电路其它元件可以起到保护作用。

通过测试和试验数据对比,固态电容具有传统液态铝电解电容器无法媲美的优点,固态电容的主要性能如下:

1)耐高温、超长和使用寿命:由于固态电容采用固体电解质作为导电体,固体电解质没有挥发性,在使用时不容易消耗,固态电容的寿命计算公式为L=L0×10[T0-Tx/20]:即使用温度每降低20℃,固态电容寿命增长10倍。若取CN 150uF/35V 10×12固态电容,在125℃高温负荷寿命试验取3294h的数据,容量衰减仅7%,推算该产品在105℃使用32940h容量衰减率也极低,而液态电容同规格寿命通常在10000h以内。

2)固态电容具备优异的频率特性,固态电容从120Hz~100kHz容量变化率极小,大幅提升电容高频下的滤波效果,同时使用固态电容可实现用原液态电容1/3甚至更低的容量替代,为电路实现小型化奠定基础。

3)固态电容具有良好的低温特性,工作温度-55~125℃,即使在-65℃下固态电容仍保持75%以上容量,ESRZ值变化率极低,彻底解决LED低温启动问题。

4)固态电容具有超低的ESR特性,其ESR通常在几毫欧至几十毫欧之间,能耐电路更大的纹波电流,可大幅提升滤波效果,以获得恒定的电流输出。

 

 固态电容在高端LED驱动电源电子电路中的应用分析:

        
 

上图是常规大功率LED驱动电源电路:其中:

1)图中的CZ为输入平滑滤波电容,随着IC不断向高电压升级,大部分中小功率LED驱动电源输入部分已不使用滤波电容,即使用滤波电容,通常也是250~500V工作电压的电解电容,由于高压电解电容器的电解液本身是不含水的,所以相对比较容易做到较长寿命。此处可以用100~200V的固态电容来彻底解决。

  (2)图中CX电容用于IC供电。这个位置电解电容器的特点是:CX 电容容量及耐压不需要多大,但担负着IC供电驱动的作用,一旦容量不足或失效,将引起IC无法启动,从而导致整个电路无输出。值得注意的是该电容通常安装于 IC 及变压器、三极管等主要发热源的旁边,通过测试发现该电容所处温度较电路板其它部位会高出10度左右,同比会降低电容近一倍的使用寿命,而且低电压小尺寸的铝电解电容本身寿命也做的不会很长,这就与LED驱动电源其它元件寿命极不匹配,严重制约了LED灯的寿命。因此如此处使用固态电容非常关键,将大幅提升LED驱动电源的使用寿命。

3)图中CY属于输出平滑滤波输出电容:为获得稳定的输出电流,工程师在设计输出滤波电容所选择的电容容量特别大,输出电容也必须具备高频下的等效串联电阻即ESR要特别低,以减少电解电容的发热,同时达到良好的滤波效果。而固态电容具有高频低阻的重要特性,此处如用固态电容,将对提升整个LED驱动电源的性能起到画龙点睛、事半功倍的效果。

| 发布时间:2014.07.24    来源:    查看次数:1252
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