- 探討電子市場(chǎng)的無(wú)電解電容驅動(dòng)技術(shù)方案
- 非隔離PFC降壓無(wú)電解電容LED驅動(dòng)器FL7701
- 無(wú)電解電容的LED驅動(dòng)器D7160
- MLCC替代LED電源中電解電容的可行性探究
【class1】：LED照明設計基礎全攻略
http://www.zzmyjiv.cn/art/artinfo/id/80016163
【class2】：名家講解最新LED調光技術(shù)方案
http://www.zzmyjiv.cn/art/artinfo/id/80016290
【class4】:隔離式LED驅動(dòng)電源方案的新探索
http://www.zzmyjiv.cn/art/artinfo/id/80016429
曾經(jīng)有人為L(cháng)ED一個(gè)生動(dòng)的比喻：如果把LED燈具比作一個(gè)“人”，那么LED驅動(dòng)電路就是整個(gè)LED燈具的“心臟”。這顆“心臟”不僅為L(cháng)ED燈具輸送能量，并且對LED燈具質(zhì)量的影響至關(guān)重要。眾所周知，如果需要制作長(cháng)壽命的LED燈具，就盡量不要使用電解電容，那么不采用電解電容方案的驅動(dòng)，我們稱(chēng)之為“無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案”，無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案將會(huì )是LED驅動(dòng)未來(lái)的發(fā)展趨勢和方向。
為什么一定要用電解電容呢？這是因為L(cháng)ED是直流電流驅動(dòng)元件，當AC電源接通時(shí)，一般是使用整流元件和平滑回路的直流穩定化電源，該平滑回路中必需要的用到電解電容，但此時(shí)的電解電容會(huì )因周?chē)臏囟燃白陨淼陌l(fā)熱而上升10℃，而導致壽命減半，所以電解電容阻礙了LED照明器具的壽命。
延伸閱讀：影響電解電容壽命的因素http://www.zzmyjiv.cn/art/artinfo/id/80013609
那又為什么要強調無(wú)電解電容呢？我們知道LED的工作壽命高達4萬(wàn)小時(shí)，而電解電容的壽命只有幾千小時(shí)，由于系統的壽命是由電源組件中使用的電解電容的壽命來(lái)決定的，如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅動(dòng)電源的壽命與LED的壽命就很不匹配，也就很難發(fā)揮出LED照明的長(cháng)工作壽命優(yōu)勢。這也是為什么最近業(yè)界一直在積極開(kāi)發(fā)無(wú)電解電容的LED照明驅動(dòng)電源的主要原因。
據了解，目前不少廠(chǎng)商紛紛推出無(wú)電解電容的LED照明方案，本文主要講解飛兆半導體、上海得倍電子、TDK、村田等的無(wú)電解電容方案驅動(dòng)電源產(chǎn)品。
飛兆新推智能非隔離PFC降壓無(wú)電解電容LED驅動(dòng)器FL7701
在談到影響LED燈具壽命問(wèn)題，飛兆半導體技術(shù)行銷(xiāo)部經(jīng)理錢(qián)家法表示，LED燈具壽命主由它的驅動(dòng)器決定，而驅動(dòng)器的壽命取決于其內部的電解電容的壽命，電解電容電容壽命只有5千小時(shí)左右，如果把這個(gè)問(wèn)題解決了，驅動(dòng)器的壽命也相應解決了。還有一個(gè)影響因素就是LED燈具整體電路設計是否在可控的范圍。每個(gè)零件有它的適用范圍，每個(gè)細節調節也十分重要，電路內部結構更需優(yōu)化得好，并保證其可靠性。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，LED燈打開(kāi)的瞬間，亮一下就亮度就立刻降下來(lái)，其實(shí)是可靠性不高的表現。此次飛兆推出的智能非隔離PFC降壓LED驅動(dòng)器FL7701本身具備軟啟動(dòng)功能，可提高系統的可靠性并優(yōu)化電路里部的設計，幫助客戶(hù)提供產(chǎn)品性能并降低成本。采用這塊驅動(dòng)無(wú)需電解電容器用于輸入、輸出和IC VDD,可替代大體積變壓器，由此讓其性能最大化，滿(mǎn)足節能能法規并簡(jiǎn)化LED設計，效率也達到85%以上。對于較小的照明燈尺寸，最大限度減少BOM。這也很好地解決LED燈具的壽命問(wèn)題及可靠性問(wèn)題。
智能非隔離PFC降壓LED驅動(dòng)器FL7701解決方案
FL7701智能非隔離型PFC降壓LED驅動(dòng)器（實(shí)物圖）
芯凱電子科技（上海）有限公司總經(jīng)理劉宏與飛兆半導體技術(shù)行銷(xiāo)部經(jīng)理錢(qián)家法的想法也是不謀而合的，他也認為影響LED燈具壽命的就是LED驅動(dòng)電路是采用無(wú)電解電容驅動(dòng)方案還是電解電容驅動(dòng)方案。目前說(shuō)，無(wú)電解電容驅動(dòng)器在設計過(guò)程，技術(shù)需求比較高，過(guò)程比較復雜，他們工程師也有在這個(gè)領(lǐng)域上努力。鑒于市場(chǎng)有各種不同類(lèi)型的需求（低端和高端），也不能說(shuō)無(wú)電解電容方案最終會(huì )取代電解電容方案，至少目前是不能，所以芯凱電子根據各種客戶(hù)的需求，不論是電解電容方案的驅動(dòng)器還是無(wú)電解電容方案的驅動(dòng)器他們都會(huì )有供應。
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上海得倍電子新推無(wú)電解電容的LED驅動(dòng)器D7160
LED照明作為綠色、節能、環(huán)保的新光源，已無(wú)可置疑地被越來(lái)越多的人認可。LED照明的一項核心內容是AC/DC（CC）的轉換，現階段較成熟的AC/DC轉換都不可避免的采用了傳統的DC/DC降壓模式，這些模式無(wú)論千變萬(wàn)化都脫離不了整流濾波電容的困惑。
針對于無(wú)電解電容方案的LED驅動(dòng)器的開(kāi)發(fā)，上海得倍電子也推出了一款D7160 是無(wú)電解電容的LED驅動(dòng)IC。它無(wú)需電解電容，節省體積，可使印刷電路板面積縮小至原來(lái)的40%，提高整個(gè)LED燈具壽命，壽命可達10萬(wàn)小時(shí)以上，綠色環(huán)保，白光LED能耗是普通節能燈的1/4，內置抖頻減小EMI，內置各種保護（過(guò)溫、欠壓閉鎖、過(guò)壓、過(guò)流），兼顧功率因數和輸出紋波，內部具有一個(gè)30K--130K的壓控振蕩器，使得線(xiàn)路更加穩定，效率更高并可以廣泛應用于照明LED、射燈和日光燈之中。
D7160無(wú)電解電容AC/DC LED驅動(dòng)器
MLCC替代LED電源中電解電容的可行性探究
前面已經(jīng)提到過(guò)，采用無(wú)電解電容方案的驅動(dòng)器盡管能解決了LED照明燈具壽命的問(wèn)題，但由于缺少了電解電容而帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍開(kāi)始越來(lái)越被人注意，這也是目前采用電解電容或不采用電解電容的LED驅動(dòng)方案的矛盾。那么采用還有其它途徑既能解決LED照明的壽命問(wèn)題或是閃爍問(wèn)題嗎？
延伸閱讀：MLCC完全替代LED電源中電解電容的可行性分析http://www.zzmyjiv.cn/art/artinfo/id/80014240
日本注重LED燈具的壽命和舒適性，這里也曾經(jīng)有一個(gè)十分有趣的典故，LED燈具頻閃曾經(jīng)讓一名日本市政廳官員暈倒，于是引起媒體的一時(shí)轟動(dòng)，TDK技術(shù)專(zhuān)家將LED照明燈具里的MLCC替換為電解電容，并且做了頻閃測試。測試發(fā)現，用MLCC去替換電解電容時(shí)不能同等容量進(jìn)行替換。日本一些領(lǐng)先廠(chǎng)商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出全部使用MLCC的LED燈具，這種替換思路已經(jīng)在日本獲得廣泛認同。
日本村田制作所展示過(guò)無(wú)需電解電容器的LED照明用電源，該驅動(dòng)電源是面向Clear Sodick開(kāi)發(fā)的電源模塊，其輸入輸出電容器采用了該公司的多層陶瓷電容(MLCC)，可內置于直管型LED照明器具的管內。與采用鋁電解電容器時(shí)相比，除了可縮小產(chǎn)品尺寸外，還能延長(cháng)產(chǎn)品壽命。為了獲得恒定電流，采用了DSP微控制器，開(kāi)關(guān)頻率約為200kHz。輸出電容器采用了兩個(gè)約5μF的MLCC。輸入電壓支持AC100V以及200V兩種。
為了使LED照明獲得恒定電流，采用了DSP微控制器。開(kāi)關(guān)頻率約為200kHz。輸出電容器采用了兩個(gè)約5μF的MLCC。“一般情況下，該容量的 MLCC無(wú)法完全吸收脈動(dòng)電流，不過(guò)通過(guò)改進(jìn)DSP側的控制，不會(huì )感覺(jué)到照明器具的閃爍”（村田制作所）。主電路采用非絕緣升降壓型，沒(méi)有設置PFC（功 率因數改善）電路。外形尺寸為180mm×19.4mm×6.5mm。
參考展示Clear Sodick生產(chǎn)的直管型LED照明產(chǎn)品，管內內置了電源電路，相當于40W熒光燈的產(chǎn)品的耗電量為19W，LED元件數量為204個(gè)。
參考展示Clear Sodick生產(chǎn)的直管型LED照明產(chǎn)品的電路圖
據了解，一般情況下，該容量的MLCC無(wú)法完全吸收脈動(dòng)電流，不過(guò)通過(guò)改進(jìn)DSP側的控制，不會(huì )感覺(jué)到照明器具的閃爍。主電路采用非絕緣升降壓型，沒(méi)有設置PFC(功率因數改善)電路。外形尺寸為180mm×19.4mm×6.5mm。我們知道，電解電容有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是ESR值比較高。如果ESR比較高，會(huì )以發(fā)熱的形式損耗掉，所以電解電容自身發(fā)熱是比較嚴重的。另外，它的紋波電流比較高，同樣會(huì )引起自身發(fā)熱非常嚴重。ESR加上紋波電流，自身發(fā)熱達到一定程度會(huì )加速電解液揮發(fā)的速度，容量也會(huì )衰減，整個(gè)呈現惡性循環(huán)的趨勢。
MLCC跟電解電容一樣，也有它的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。MLCC最主要的特點(diǎn)是壽命比較長(cháng)，另外它在高溫和低溫下的表現非常一致，它的特性在高溫和低溫下面不會(huì )有太大差異。但是，跟同等容量的電解電容相比，MLCC單價(jià)會(huì )比較高；MLCC有偏壓的特性，它的容量跟施加的電壓呈衰減的趨勢；MLCC的容量范圍比較小，MLCC不可能像電解電容那樣隨隨便便就可以做到200萬(wàn)、 300萬(wàn)。因此，MLCC應用于LED照明驅動(dòng)設計的方案能否進(jìn)一步的推廣或應用還有待觀(guān)望，不過(guò)這也不失為解決LED照明燈具壽命的的好途徑之一。
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無(wú)電解電容方案怎樣才能主導LED照明驅動(dòng)市場(chǎng)？
有人認為，無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。隨著(zhù)時(shí)間的推移，市場(chǎng)上的一些帶有電解電容的驅動(dòng)電源會(huì )有相繼失效的現象， LED是個(gè)節能環(huán)保產(chǎn)品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明產(chǎn)品中最高水平，但仍有60%左右的電能不能轉換為光能而轉換為熱能。所有 LED燈具工作時(shí)是一個(gè)加熱體，使燈具局部形成50—70度甚至85度的高溫區，會(huì )很快將電解電容的電解液烤蒸發(fā)，1000到3000小時(shí)時(shí)就很快失效。
與上面觀(guān)點(diǎn)恰恰相反的是，對于LED電源，人們擔心最多的就是某些元件的自然老化，例如電解電容，因為它的工作溫度很高；其次就是驅動(dòng)電源對于電網(wǎng)波動(dòng)的適應性及可靠性，例如雷擊，因為很多半導體的元件會(huì )因為OverStress而失效。電解電容會(huì )存在電解液干涸的可靠性問(wèn)題，但是如果簡(jiǎn)單地去除電解電容就會(huì )降低電源對電網(wǎng)波動(dòng)的抗干擾能力，也會(huì )帶來(lái)因雷擊失效的風(fēng)險，因此需要全面地評估產(chǎn)品的可靠性。
隨著(zhù)電源需求的增加，如果不采用電解電容，LED驅動(dòng)器的設計會(huì )變得非常昂貴。在低功率水平上，通過(guò)用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問(wèn)題，而在高品質(zhì)光源燈具上，電解電容是難以去除的。事實(shí)上，如果電解電容質(zhì)量很好，可以達到105攝氏度的工作溫度和10000小時(shí)額定工作時(shí)間，就沒(méi)有必要將電解電容從LED驅動(dòng)設計中去除。如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠遠超過(guò)10000小時(shí)，例如，在85度下，一個(gè)額定壽命為10000小時(shí)的元件可以運行40000小時(shí)。
另一方面，由無(wú)電解電容帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍開(kāi)始越來(lái)越被人注意，有研究者認為，低于165Hz的頻閃即便是人眼不易覺(jué)察，但這已經(jīng)對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波會(huì )也會(huì )被導致一些數碼像機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。所以有人指出，市場(chǎng)很渴望能有既能解決電容壽命又能保持穩定性及可靠 的新方案，但現階段在高品質(zhì)光源燈具上是難以去除電解電容的。
因此，從目前的狀況來(lái)看盡管認為無(wú)電解電容LED照明是LED照明電源的發(fā)展大趨勢，但技術(shù)方面需要克服的問(wèn)題很多(包括價(jià)格、閃爍、可靠性等問(wèn)題)。解決了這些問(wèn)題了，才能在消費市場(chǎng)上擊潰電解電容方案的LED驅動(dòng)器，從真正意義上迎來(lái)無(wú)電解電容方案主導的LED照明驅動(dòng)市場(chǎng)。
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