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1、长寿命长寿命LEDLED驱动电路专用电解驱动电路专用电解 电容器应用特性分析电容器应用特性分析陈永真陈永真 （中国电源学会常务理事）辽宁工业大学（中国电源学会常务理事）辽宁工业大学 1384168572913841685729（1 1）前言前言影响影响LEDLED驱动电路寿命的主要因素驱动电路寿命的主要因素: : 铝电解容器寿命铝电解容器寿命 LED LED 驱动电路的品质驱动电路的品质LEDLED是一种寿命极长的电光源是一种寿命极长的电光源 LEDLED是一种寿命极长的电光源，使用寿命可是一种寿命极长的电光源，使用寿命可 以达到以达到1010万小时（约万小时（约140140个月，或者说连续
2、个月，或者说连续 使用使用1111年半！），一般的荧光灯的寿命一年半！），一般的荧光灯的寿命一 般应用不会超过般应用不会超过1 1万小时。万小时。 LEDLED的另一个特点是光效高，实用化的大功的另一个特点是光效高，实用化的大功 率率LEDLED的光效已经超过的光效已经超过T8T8荧光灯管。荧光灯管。实际的实际的LEDLED灯的实际寿命并不高灯的实际寿命并不高 在实际应用中，在实际应用中，LEDLED灯的实际使用寿命并不灯的实际使用寿命并不 高，甚至有的不到一年就损坏了。高，甚至有的不到一年就损坏了。 是什么原因造成是什么原因造成LEDLED等的过早损坏？等的过早损坏？ 原因在于原因在于LED
3、LED驱动电路的可靠性不高，驱动驱动电路的可靠性不高，驱动 性能不好。性能不好。 抛开驱动性能不好的因素，抛开驱动性能不好的因素，LEDLED灯寿命短的灯寿命短的 根本原因就是驱动电路中的电子原件寿命根本原因就是驱动电路中的电子原件寿命 远远低于远远低于LEDLED的寿命。的寿命。 是哪个元件的寿命最短？电解电容器！是哪个元件的寿命最短？电解电容器！电解电容器的寿命电解电容器的寿命 在在LEDLED驱动电路中，特别是交流市电驱动驱动电路中，特别是交流市电驱动 LEDLED灯时，灯时，LEDLED驱动电路必须要有输入整流驱动电路必须要有输入整流 滤波电路和输出整流滤波电路。滤波电路和输出整流滤波
4、电路。 输入整流滤波电路需要相对和大的电容量输入整流滤波电路需要相对和大的电容量 才能将整流输出电压平滑到允许范围。才能将整流输出电压平滑到允许范围。 输出整流滤波电路也需要足够的电容量来输出整流滤波电路也需要足够的电容量来 维持电路的稳定性和输出电流的平滑。维持电路的稳定性和输出电流的平滑。 最经济的大电容量电容器唯电解电容器是最经济的大电容量电容器唯电解电容器是 最佳选择。最佳选择。电解电容器的寿命（续电解电容器的寿命（续2 2） 电解电容器最大的优点是经济性好，而最大的弱电解电容器最大的优点是经济性好，而最大的弱 点是寿命短。点是寿命短。 1010年前的铝电解电容器一般为年前的铝电解电容
5、器一般为105105/2000/2000小时。小时。 这就是说在这就是说在105105的温度条件下的使用寿命只有的温度条件下的使用寿命只有8484 天！即使降低到天！即使降低到8585，使用寿命也仅仅为，使用寿命也仅仅为332332天，天， 还不到一年！继续降低到还不到一年！继续降低到7575，寿命也不会超过，寿命也不会超过 两年。两年。 相对于相对于1010万小时寿命和半永久寿命的半导体器件万小时寿命和半永久寿命的半导体器件 和无源元件来说，铝电解电容器是导致和无源元件来说，铝电解电容器是导致LEDLED驱动电驱动电 路寿命达不到要求的关键元件。路寿命达不到要求的关键元件。解决问题的方法解决
6、问题的方法 如果用十年前的铝解电容器技术的观点看如果用十年前的铝解电容器技术的观点看 ，铝电解电容器是无法胜任，铝电解电容器是无法胜任LEDLED等寿命的。等寿命的。 解决方法一般为无铝电解电容器技术，这解决方法一般为无铝电解电容器技术，这 就是前些年风行的无铝电解电容器就是前些年风行的无铝电解电容器LEDLED驱动驱动 技术的根本原因。但是不能忽视的问题是技术的根本原因。但是不能忽视的问题是 ，采用无铝电解电容器的后果是，采用无铝电解电容器的后果是LEDLED驱动电驱动电 路的性能下降，间接的导致路的性能下降，间接的导致LEDLED寿命的严重寿命的严重 不足。不足。无电解电容器方案存在的问题
7、无电解电容器方案存在的问题 首先，无电解电容器方案使得市电整流输首先，无电解电容器方案使得市电整流输 出电压纹波加大，如果不加以处理就会导出电压纹波加大，如果不加以处理就会导 致致LEDLED输出电压纹波的增加。如果输出电压纹波的增加。如果LEDLED工作工作 在满功率状态，就可能出现市电频率下的在满功率状态，就可能出现市电频率下的 周期性过电流（或过功率）周期性过电流（或过功率） 图中可以看到，大功率图中可以看到，大功率LEDLED工作电流在工作电流在0.7A0.7A时对时对 应的正向电压约为应的正向电压约为3.4V3.4V，如果，如果LEDLED端电压波动端电压波动 0.2V0.2V，流过
8、，流过LEDLED的电流将超过的电流将超过0.95A0.95A，对于，对于0.7A0.7A 的大功率的大功率LEDLED，这绝对是一个过功率。最终结果，这绝对是一个过功率。最终结果 会导致寿命的缩短。会导致寿命的缩短。 如果工作电流选择最大额定电流的一半时，尽管如果工作电流选择最大额定电流的一半时，尽管 不会出现过功率，但是会引起损耗的加大，而且不会出现过功率，但是会引起损耗的加大，而且 会产生比较大的会产生比较大的LEDLED电流变化，会导致如电流变化，会导致如50Hz50Hz电电 感镇流器驱动荧光灯那样的闪烁，甚至会更严重感镇流器驱动荧光灯那样的闪烁，甚至会更严重 。市电整流滤波电容器的问
9、题市电整流滤波电容器的问题 无铝电解电容器无铝电解电容器LEDLED驱动始终避免不了的问题是驱动始终避免不了的问题是 ：平滑电源侧整流输出电压需要足够的电容量，：平滑电源侧整流输出电压需要足够的电容量， 而采用薄膜电容器会明显增加成本，增加体积，而采用薄膜电容器会明显增加成本，增加体积， 不得已而选择低电容量，这又会输得整流输出电不得已而选择低电容量，这又会输得整流输出电 压纹波电压变大，特别是像压纹波电压变大，特别是像PIPI的产品，当电容量的产品，当电容量 低于低于1 1F/WF/W就会在就会在变换变换 器器输输出出产产生比生比较较高幅高幅值值的的 纹纹波波电压电压 ，会使得，会使得LED
10、LED闪烁闪烁 。 输除整流滤波电容器的电容量选择过低可能会产输除整流滤波电容器的电容量选择过低可能会产 生反激式变换器的自激，因此不希望输出整流滤生反激式变换器的自激，因此不希望输出整流滤 波电容器过低的电容量，但是非铝电解电容器的波电容器过低的电容量，但是非铝电解电容器的 价格又太高。价格又太高。输出整流滤波电容量对输出整流滤波电容量对LEDLED驱动的驱动的 影响影响 如果如果LEDLED驱动电路是反激式变换器，为了实驱动电路是反激式变换器，为了实 现稳定，需要足够的电容量。如果电容量现稳定，需要足够的电容量。如果电容量 不够会引起电路的寄生振荡，使得不够会引起电路的寄生振荡，使得LED
11、LED严重严重 闪烁。闪烁。控制控制ICIC电源旁路电容器的影响电源旁路电容器的影响 控制控制ICIC电源旁路电容器不仅需要足够的电电源旁路电容器不仅需要足够的电 容量，还要具有良好的电源旁路性能，如容量，还要具有良好的电源旁路性能，如 果电容量过小就会引起控制果电容量过小就会引起控制ICIC电源电压的电源电压的 波动，从而引起输出电压的波动，导致波动，从而引起输出电压的波动，导致LEDLED 的闪烁。的闪烁。一、改进电解电容器的性能和寿一、改进电解电容器的性能和寿 命是解决命是解决LEDLED驱动寿命的最简捷驱动寿命的最简捷 、最经济的方法、最经济的方法解决问题的思路、需要注意的解决问题的思
12、路、需要注意的 问题与技术关键问题与技术关键长寿命电解电容器是长寿命电解电容器是LEDLED驱动电路驱动电路 的最好选择的最好选择 从成本和寿命综合考虑，如果能做出长寿从成本和寿命综合考虑，如果能做出长寿 命电解电容器，使得电解电容器的寿命与命电解电容器，使得电解电容器的寿命与 LEDLED寿命基本相同，电解电容器这块寿命基本相同，电解电容器这块LEDLED驱驱 动中短板就可以很好的解决。动中短板就可以很好的解决。低压电解电容器是问题的关键低压电解电容器是问题的关键 相对而言低压电解电容器获得相对而言低压电解电容器获得10510511万小万小 时的寿命要比时的寿命要比10510511万小时寿命
13、的高压电万小时寿命的高压电 解电容器难得多。最主要的原因是低压电解电容器难得多。最主要的原因是低压电 解电容器需要极低的解电容器需要极低的ESRESR，而极低的，而极低的ESRESR需需 要大幅度提高电解液的导电率，而大幅度要大幅度提高电解液的导电率，而大幅度 提高电解液电导率的最简单的办法就是提提高电解液电导率的最简单的办法就是提 高电解液的含水量。所带来的问题就是水高电解液的含水量。所带来的问题就是水 合反应的过早出现而导致电解电容器的早合反应的过早出现而导致电解电容器的早 期失效。期失效。国外超长寿命铝电解电容器的水平国外超长寿命铝电解电容器的水平 在在LEDLED驱动工程师研究无铝电解
14、电容器驱动工程师研究无铝电解电容器LEDLED驱动技术的同驱动技术的同 时。随着铝电解电容器材料和制造技术的提高，铝电解电时。随着铝电解电容器材料和制造技术的提高，铝电解电 容器制造商在努力克服铝电解电容器寿命的问题。容器制造商在努力克服铝电解电容器寿命的问题。 铝电解电容器在铝电解电容器在105105温度下率先突破温度下率先突破1 1万小时的铝电解电万小时的铝电解电 容器制造商是容器制造商是RUBYCONRUBYCON。 最难突破的难点是低压铝电解电容器，原因是低压铝电解最难突破的难点是低压铝电解电容器，原因是低压铝电解 电容器需要很低甚至极低的电容器需要很低甚至极低的ESRESR，而要想获
15、得极低的，而要想获得极低的ESRESR， 通常的技术就是提高电解液的含水量，所带来的问题就是通常的技术就是提高电解液的含水量，所带来的问题就是 因因“水合反应水合反应”而导致铝电解电容器的早期失效，违背了而导致铝电解电容器的早期失效，违背了 超长寿命的技术要求。超长寿命的技术要求。 RUBYCONRUBYCON对这个问题非常重视，在不断的探索后推出了比对这个问题非常重视，在不断的探索后推出了比 较低含水率电解液的较低含水率电解液的105/1105/1万小时寿命的低压铝电解电万小时寿命的低压铝电解电 容器。容器。国外及超长寿命铝电解电容器的水平国外及超长寿命铝电解电容器的水平 105105万小时
16、级的万小时级的低压铝电解电容器有低压铝电解电容器有 RUBYCONRUBYCON的的ZLH ZLH 系列，这是一款高含水系列，这是一款高含水 率的铝电解电容器，需要控制一直率的铝电解电容器，需要控制一直“ “水合反水合反 应应” ”难度很大，因此现在难度很大，因此现在RUBYCONRUBYCON建议采建议采 用相对低一些含水量的用相对低一些含水量的XYJXYJ系列替代系列替代ZLHZLH系系 列。列。我国高压铝电解电容器现状我国高压铝电解电容器现状 经过多年的节能灯用高压铝电解电容器应用实践经过多年的节能灯用高压铝电解电容器应用实践 和改进，国内高压铝电解电容器的寿命已经得到和改进，国内高压铝电解电容器的寿命已经得到 和大提高，很多铝电解电容器制造商已经可以制和大提高，很多铝电解电容器制造商已经可以制 造出造出1
