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无电解电容技术才是LED防爆灯长寿的良药

来源:新黎明科创控股有限公司更新日期:2017-7-10

为什么说无电解电容技术才是LED防爆灯长寿的良药呢?因为目前普通LED照明驱动电源的工作寿命取决于AC转DC时平滑电路必须采用的电解电容。因为LED是直流电流驱动元件,当AC电源接通时,一般是使用整流元件和平滑回路的直流稳定化电源,该平滑回路中必要的电解电容会因周围的温度及自身的发热而上升10℃,而导致电解电容的寿命减半,只有几千小时,但我们知道LED光源的寿命却有4万小时,所以电解电容阻碍了LED照明器具的寿命。如果不想法拿掉电解电容,那么LED照明驱动电源的寿命与LED的寿命就很不匹配,也就很难发挥出LED照明的长工作寿命优势。这也是为什么最近业界一直在积极开发无电解电容的LED照明驱动电源的主要原因。由于拿掉电解电容以后功率因数也就可以得到改善。所以各式各样的无电解电容的恒流源就吸引很多人的关注。

1、目前无电解的驱动有两种类型。一种是传统的BUCK电路方案,没有电解电容,但是用其他类型的电容来取代电解,比如CBB等。另外一种是纯交流IC驱动的,只有一个或几个IC,其他基本上没什么元件了。

2、BUCK的方案,虽然没有电解,但性能上还是有很大差异,容易设计不好,容易坏。

3、交流IC的方案,现在很多在推,但是还没有全面推广,主要是安全问题和频闪问题。

那么无电解电容技术又有哪些利与弊呢?

一.无电解电容的简单方法

去掉电解电容是很容易的事,而且它也是可以工作的。

 

图1、最简单的无电解电容电路

然而这种电路的寿命更短,因为它没有采用恒流的措施所以当输入电压升高或温度升高时,电流就会很快升高,以致很快就会烧毁LED。加电阻限流虽然可以解决一些问题,但是其效率只有52%-73%。是完全无法接受的。

所以必须加以恒流,那怕是最简单的恒流二极管。

 

图2、加上恒流二极管的无电解电容电路和电流波形图

然而这个电路也是无法工作的。因为输入是半个正弦波,在低电压时LED是不能启动,虽然电压升高到一定程度时,它可以恒流,这时候电流的波形接近一个矩形波,所以它的功率因数也不能令人满意,因为只有当电流波形和电压波形一样时,功率因数才能等于1。那么能不能开发出一种电路使得它的电流波形尽可能接近于电压波形呢?

二.ExClara的EXC100解决方案

美国硅谷的ExClara公司提出了一种方案可以接近地解决这个问题。因为采用恒流二极管以后,电流只能是平的,所以也就只能用阶梯波来接近正弦波。

 

 

图3、用矩形波来近似正弦波和实测图

这个看起来很简单的事,真要实现可是一件很复杂的事。为了得到这样的电流波形,就必须依次接通具有不同恒流值的LED串。其EXC100芯片具体框图如图四所示。

 

图4、EXC100的连接框图

它首先要测量输入电压,等到输入电压达到一定值以后,开始接通第一串恒流于比较低值的LED;到达更高一些的电压以后就开始在第一串后面再接上第二串LED并恒流于更高的电流;最后等到电压更高以后,再接通第三串LED并恒流于更高值的电流。所以它的内部结构是很复杂的。

后来美国的Supertex公司也开发了一个可接通4串LED的CL8801。采用4串以后PF可以达到0.98,谐波失真也可以小于20%。它的框图如图五所示。

 

 

图5、CL8801的框图

其实这里面还没有画出测量输入电压的电路,这个电路测量输入电压并将其和几个设定好了的四个值逐一比较,并依次接通开关1、2、3、4。而这些开关都必须是耐高压的MOS管。所以整个芯片都必须采用高压工艺来制作。其成本是很高的。EXC100的售价约为10元人民币。

台湾的AIC公司也做了类似的产品。

 

 

还有韩国、日本等很多公司也都有类似的产品,看来这种产品好像很受欢迎,就是成本比较高。

用IC代替电解电容,寿命是原来LED驱动器的10倍,寿命可达4万小时以上,可完全与LED灯的寿命相匹配,而且此方案设计简单,体积小,只有原来LED驱动器面积的百分之四十,此方案主要应用于家用低功率照明中,适用范围是3W~20W。


缺点:无电解电容输出纹波很大,且效率不高,pf不高。


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