- 探討電子市場的無電解電容驅動技術方案
- 非隔離PFC降壓無電解電容LED驅動器FL7701
- 無電解電容的LED驅動器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.freschetta.cn/art/artinfo/id/80016163
【class2】：名家講解最新LED調光技術方案
http://www.freschetta.cn/art/artinfo/id/80016290
【class4】:隔離式LED驅動電源方案的新探索
http://www.freschetta.cn/art/artinfo/id/80016429
曾經有人為LED一個生動的比喻：如果把LED燈具比作一個“人”，那么LED驅動電路就是整個LED燈具的“心臟”。這顆“心臟”不僅為LED燈具輸送能量，并且對LED燈具質量的影響至關重要。眾所周知，如果需要制作長壽命的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，我們稱之為“無電解電容的驅動方案”，無電解電容的驅動方案將會是LED驅動未來的發展趨勢和方向。
為什么一定要用電解電容呢？這是因為LED是直流電流驅動元件，當AC電源接通時，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，但此時的電解電容會因周圍的溫度及自身的發熱而上升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.freschetta.cn/art/artinfo/id/80013609
那又為什么要強調無電解電容呢？我們知道LED的工作壽命高達4萬小時，而電解電容的壽命只有幾千小時，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決定的，如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅動電源的壽命與LED的壽命就很不匹配，也就很難發揮出LED照明的長工作壽命優勢。這也是為什么最近業界一直在積極開發無電解電容的LED照明驅動電源的主要原因。
據了解，目前不少廠商紛紛推出無電解電容的LED照明方案，本文主要講解飛兆半導體、上海得倍電子、TDK、村田等的無電解電容方案驅動電源產品。
飛兆新推智能非隔離PFC降壓無電解電容LED驅動器FL7701
在談到影響LED燈具壽命問題，飛兆半導體技術行銷部經理錢家法表示，LED燈具壽命主由它的驅動器決定，而驅動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5千小時左右，如果把這個問題解決了，驅動器的壽命也相應解決了。還有一個影響因素就是LED燈具整體電路設計是否在可控的范圍。每個零件有它的適用范圍，每個細節調節也十分重要，電路內部結構更需優化得好，并保證其可靠性。舉個例子來說，LED燈打開的瞬間，亮一下就亮度就立刻降下來，其實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驅動器FL7701本身具備軟啟動功能，可提高系統的可靠性并優化電路里部的設計，幫助客戶提供產品性能并降低成本。采用這塊驅動無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，滿足節能能法規并簡化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燈具的壽命問題及可靠性問題。
智能非隔離PFC降壓LED驅動器FL7701解決方案
FL7701智能非隔離型PFC降壓LED驅動器（實物圖）
芯凱電子科技（上海）有限公司總經理劉宏與飛兆半導體技術行銷部經理錢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驅動電路是采用無電解電容驅動方案還是電解電容驅動方案。目前說，無電解電容驅動器在設計過程，技術需求比較高，過程比較復雜，他們工程師也有在這個領域上努力。鑒于市場有各種不同類型的需求（低端和高端），也不能說無電解電容方案最終會取代電解電容方案，至少目前是不能，所以芯凱電子根據各種客戶的需求，不論是電解電容方案的驅動器還是無電解電容方案的驅動器他們都會有供應。
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上海得倍電子新推無電解電容的LED驅動器D7160
LED照明作為綠色、節能、環保的新光源，已無可置疑地被越來越多的人認可。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，這些模式無論千變萬化都脫離不了整流濾波電容的困惑。
針對于無電解電容方案的LED驅動器的開發，上海得倍電子也推出了一款D7160 是無電解電容的LED驅動IC。它無需電解電容，節省體積，可使印刷電路板面積縮小至原來的40%，提高整個LED燈具壽命，壽命可達10萬小時以上，綠色環保，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（過溫、欠壓閉鎖、過壓、過流），兼顧功率因數和輸出紋波，內部具有一個30K--130K的壓控振蕩器，使得線路更加穩定，效率更高并可以廣泛應用于照明LED、射燈和日光燈之中。
D7160無電解電容AC/DC LED驅動器
MLCC替代LED電源中電解電容的可行性探究
前面已經提到過，采用無電解電容方案的驅動器盡管能解決了LED照明燈具壽命的問題，但由于缺少了電解電容而帶來的高紋波電流而導致的低頻閃爍開始越來越被人注意，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照明的壽命問題或是閃爍問題嗎？
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.freschetta.cn/art/artinfo/id/80014240
日本注重LED燈具的壽命和舒適性，這里也曾經有一個十分有趣的典故，LED燈具頻閃曾經讓一名日本市政廳官員暈倒，于是引起媒體的一時轟動，TDK技術專家將LED照明燈具里的MLCC替換為電解電容，并且做了頻閃測試。測試發現，用MLCC去替換電解電容時不能同等容量進行替換。日本一些領先廠商已經開發出全部使用MLCC的LED燈具，這種替換思路已經在日本獲得廣泛認同。
日本村田制作所展示過無需電解電容器的LED照明用電源，該驅動電源是面向Clear Sodick開發的電源模塊，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相比，除了可縮小產品尺寸外，還能延長產品壽命。為了獲得恒定電流，采用了DSP微控制器，開關頻率約為200kHz。輸出電容器采用了兩個約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。開關頻率約為200kHz。輸出電容器采用了兩個約5μF的MLCC。“一般情況下，該容量的 MLCC無法完全吸收脈動電流，不過通過改進DSP側的控制，不會感覺到照明器具的閃爍”（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生產的直管型LED照明產品，管內內置了電源電路，相當于40W熒光燈的產品的耗電量為19W，LED元件數量為204個。
參考展示Clear Sodick生產的直管型LED照明產品的電路圖
據了解，一般情況下，該容量的MLCC無法完全吸收脈動電流，不過通過改進DSP側的控制，不會感覺到照明器具的閃爍。主電路采用非絕緣升降壓型，沒有設置PFC(功率因數改善)電路。外形尺寸為180mm×19.4mm×6.5mm。我們知道，電解電容有一個很大的特點，就是ESR值比較高。如果ESR比較高，會以發熱的形式損耗掉，所以電解電容自身發熱是比較嚴重的。另外，它的紋波電流比較高，同樣會引起自身發熱非常嚴重。ESR加上紋波電流，自身發熱達到一定程度會加速電解液揮發的速度，容量也會衰減，整個呈現惡性循環的趨勢。
MLCC跟電解電容一樣，也有它的缺點和優點。MLCC最主要的特點是壽命比較長，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有太大差異。但是，跟同等容量的電解電容相比，MLCC單價會比較高；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、 300萬。因此，MLCC應用于LED照明驅動設計的方案能否進一步的推廣或應用還有待觀望，不過這也不失為解決LED照明燈具壽命的的好途徑之一。
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無電解電容方案怎樣才能主導LED照明驅動市場？
有人認為，無電解電容的驅動方案是一個必然的發展趨勢。隨著時間的推移，市場上的一些帶有電解電容的驅動電源會有相繼失效的現象， LED是個節能環保產品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明產品中最高水平，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燈具工作時是一個加熱體，使燈具局部形成50—70度甚至85度的高溫區，會很快將電解電容的電解液烤蒸發，1000到3000小時時就很快失效。
與上面觀點恰恰相反的是，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；其次就是驅動電源對于電網波動的適應性及可靠性，例如雷擊，因為很多半導體的元件會因為OverStress而失效。電解電容會存在電解液干涸的可靠性問題，但是如果簡單地去除電解電容就會降低電源對電網波動的抗干擾能力，也會帶來因雷擊失效的風險，因此需要全面地評估產品的可靠性。
隨著電源需求的增加，如果不采用電解電容，LED驅動器的設計會變得非常昂貴。在低功率水平上，通過用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問題，而在高品質光源燈具上，電解電容是難以去除的。事實上，如果電解電容質量很好，可以達到105攝氏度的工作溫度和10000小時額定工作時間，就沒有必要將電解電容從LED驅動設計中去除。如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠遠超過10000小時，例如，在85度下，一個額定壽命為10000小時的元件可以運行40000小時。
另一方面，由無電解電容帶來的高紋波電流而導致的低頻閃爍開始越來越被人注意，有研究者認為，低于165Hz的頻閃即便是人眼不易覺察，但這已經對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波會也會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，但現階段在高品質光源燈具上是難以去除電解電容的。
因此，從目前的狀況來看盡管認為無電解電容LED照明是LED照明電源的發展大趨勢，但技術方面需要克服的問題很多(包括價格、閃爍、可靠性等問題)。解決了這些問題了，才能在消費市場上擊潰電解電容方案的LED驅動器，從真正意義上迎來無電解電容方案主導的LED照明驅動市場。
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