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LED照明的无电解电容驱动电源方案

2020-12-09

LED作为高效节能的光源,已经被广泛的应用在照明领域的各个方面。用LED光源取代传统光源已经成为必然趋势。LED光源的工作寿命长,也是其优势所在。研究资料显示,在LED驱动电源故障中,以电解电容失效故障最为普遍,电解电容的寿命通常为5000h/105,其一直以来都是电源产品寿命的瓶颈,LED驱动电源也不例外,当其同时与LED进行匹配使用时,LED驱动电源的寿命问题就更加突出。这一问题产生的主要原因在于,LED光源工作过程中发热效应,使得LED驱动电源中的器件环境温度也相对较高,通常会有85-105,缩短电解电容寿命。如果使用寿命较长的电解电容其成本也会随之上升。在保证成本的前提下,电源的寿命必须与LED光源寿命匹配,使其不再成为LED照明系统的瓶颈因素,因此解决电解电容的缺陷,使LED驱动电源长时间可靠工作,是现在的当务之急。1LED照明的无电解电容电源驱动方案1.1LED照明的几种无电解电容电源驱动方案的比较首先直接使用高质量的电解电容方案无法推广,虽然现在已经出现了10000h/105的电解电容,但目前高寿命的电解电容成本很高,使用还不普及,5000h/105短寿命的电解电容仍占据着主要市场。在实际中,为了防止电路各部分供电电压因负载变化而产生变化,所以在电源的输出端及负载的电源输入端一般接有数十至数百微法地电解电容。电解电容器特点一:单位体积的电容量非常大,是一般电容的几倍甚至几十倍。特点二:价格比其它种类具有压倒性优势。直接替换电解电容系统成本将增加、体积庞大,甚至不能稳定工作。在LED电源中使用和电解电容同样体积和成本的非电解电容,使其稳定工作,是无电解电容LED驱动电源的设计目标,这也对电源的系统设计和控制方法提出了更高的要求。为了实现这一目标,近年来提出了一些控制方法。在传统AC/DC+DC/DC两级式的LED驱动电源中,储能电容容值的表达式为:(1)其中E是一个周期内储能电容储存的最大能量,如图1中阴影部分面积;Vc_ripple是储能电容的最大电压纹波值(最大值与平均值之差);Vc_avg是储能电容电压的平均值。从公式(1)可以看出,对于减小储能电容容值,从储能电容的脉动功率的角度考虑,目前主要有以下三种方案:(1)直接用薄膜电容替代电解电容的方案,这样由于容值减小,而电路中没有添加其他的措施,输入、输出功率的差值引起的电压脉动会显著增加。其功率因数变差,无法满足高品质功率因数的要求。(2)根据LED可以用脉动电流驱动的特性,容许脉动功率以脉动电流的形式出现在输出端方案,在输入侧注入电流谐波,减小了输入功率脉动幅值,一定程度上降低了储能电容两端的电压脉动,但仍偏高,且随着谐波抑制标准的苛刻,因此该方案所产生的效果减弱。(3)采用输出电流与输入功率成正比的概念,减小了储能电容的处理功率,但是,由于输出电流峰均比大,带来了LED器件不可靠的问题。从上述三种用薄膜电容替代电解电容的方案中,我们可以了解到,它们各有优势,也各有缺陷,都不是一种最佳的技术路径。本文所阐述的就是寻求一种用薄膜电容替代电解电容的最佳方式,来达到LED照明驱动电源整体最佳的效果。1.2通过控制增加输出电流脉动,减少电路对储能电容容量需求的方案通过控制增加输出电流脉动的方法减小电路中对电容容量的需求,从而可以用普通薄膜电容代替电解电容,其技术路线为:假设LED消耗的功率与输入功率成正比但是不完全相等,尽管还需要使用储能电容来平衡功率脉动,但是所需要的电容容值会大大减小,就可以实现在维持相近的体积和成本的前提下,选用薄膜电容取代电解电容,延长驱动电源的寿命。

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