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                            LED照明的無電解電容驅動電源方案

                            2020-12-09

                            LED作為高效節能的光源,已經被廣泛的應用在照明領域的各個方面。用LED光源取代傳統光源已經成為必然趨勢。LED光源的工作壽命長,也是其優勢所在。研究資料顯示,在LED驅動電源故障中,以電解電容失效故障最為普遍,電解電容的壽命通常為5000h/105,其一直以來都是電源產品壽命的瓶頸,LED驅動電源也不例外,當其同時與LED進行匹配使用時,LED驅動電源的壽命問題就更加突出。這一問題產生的主要原因在于,LED光源工作過程中發熱效應,使得LED驅動電源中的器件環境溫度也相對較高,通常會有85-105,縮短電解電容壽命。如果使用壽命較長的電解電容其成本也會隨之上升。在保證成本的前提下,電源的壽命必須與LED光源壽命匹配,使其不再成為LED照明系統的瓶頸因素,因此解決電解電容的缺陷,使LED驅動電源長時間可靠工作,是現在的當務之急。1LED照明的無電解電容電源驅動方案1.1LED照明的幾種無電解電容電源驅動方案的比較首先直接使用高質量的電解電容方案無法推廣,雖然現在已經出現了10000h/105的電解電容,但目前高壽命的電解電容成本很高,使用還不普及,5000h/105短壽命的電解電容仍占據著主要市場。在實際中,為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化,所以在電源的輸出端及負載的電源輸入端一般接有數十至數百微法地電解電容。電解電容器特點一:單位體積的電容量非常大,是一般電容的幾倍甚至幾十倍。特點二:價格比其它種類具有壓倒性優勢。直接替換電解電容系統成本將增加、體積龐大,甚至不能穩定工作。在LED電源中使用和電解電容同樣體積和成本的非電解電容,使其穩定工作,是無電解電容LED驅動電源的設計目標,這也對電源的系統設計和控制方法提出了更高的要求。為了實現這一目標,近年來提出了一些控制方法。在傳統AC/DC+DC/DC兩級式的LED驅動電源中,儲能電容容值的表達式為:(1)其中E是一個周期內儲能電容儲存的最大能量,如圖1中陰影部分面積;Vc_ripple是儲能電容的最大電壓紋波值(最大值與平均值之差);Vc_avg是儲能電容電壓的平均值。從公式(1)可以看出,對于減小儲能電容容值,從儲能電容的脈動功率的角度考慮,目前主要有以下三種方案:(1)直接用薄膜電容替代電解電容的方案,這樣由于容值減小,而電路中沒有添加其他的措施,輸入、輸出功率的差值引起的電壓脈動會顯著增加。其功率因數變差,無法滿足高品質功率因數的要求。(2)根據LED可以用脈動電流驅動的特性,容許脈動功率以脈動電流的形式出現在輸出端方案,在輸入側注入電流諧波,減小了輸入功率脈動幅值,一定程度上降低了儲能電容兩端的電壓脈動,但仍偏高,且隨著諧波抑制標準的苛刻,因此該方案所產生的效果減弱。(3)采用輸出電流與輸入功率成正比的概念,減小了儲能電容的處理功率,但是,由于輸出電流峰均比大,帶來了LED器件不可靠的問題。從上述三種用薄膜電容替代電解電容的方案中,我們可以了解到,它們各有優勢,也各有缺陷,都不是一種最佳的技術路徑。本文所闡述的就是尋求一種用薄膜電容替代電解電容的最佳方式,來達到LED照明驅動電源整體最佳的效果。1.2通過控制增加輸出電流脈動,減少電路對儲能電容容量需求的方案通過控制增加輸出電流脈動的方法減小電路中對電容容量的需求,從而可以用普通薄膜電容代替電解電容,其技術路線為:假設LED消耗的功率與輸入功率成正比但是不完全相等,盡管還需要使用儲能電容來平衡功率脈動,但是所需要的電容容值會大大減小,就可以實現在維持相近的體積和成本的前提下,選用薄膜電容取代電解電容,延長驅動電源的壽命。

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