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MLCC完全替代LED电源中电解电容的可行性分析

双击自动滚屏 发布者:精密空调 发布时间:2016-02-26 08:52:08 阅读:次【字体:

日本注重LED灯具的寿命和舒适性。LED灯具频闪曾经让一名日本市政厅官员晕倒。TDK专家将LED照明灯具里的MLCC替换为电解电容,并且做了频闪测试。测试发现,用MLCC去替换电解电容时不能同等容量进行替换。日本一些领先厂商已经开发出全部使用MLCC的LED灯具,这种替换思路已经在日本获得广泛认同。

众所周知,日本今年发生了很多事情,大海啸和日本地震,引起日本主要电子供应厂商交货出现一些问题,另外一个是日本限电的因素,由于他们的产线不能按照预期去营运,所以日本厂商的电子货品出现一些交货期的隐患。另外一个因素是日币升值,间接引起日本电子元器件的价格偏高,所以在日本的电子元器件厂商成本管控方面压力非常大。

LED照明主要分为两大类:一是室内照明,一是室外照明。室内照明里有应用在公共场所或者产线上大型的照明,它的使用环境非常恶劣。这种使用环境也间接导致使有寿命的隐患。二是室外照明,比较典型的是路灯照明。路灯照明长期在外部温度下使用,特别是像北方温差比较大的情况下,LED照明会受比较大的温差影响,用在灯具里面的电解电容比较多。电解电容在高低温下,性能表现较差,间接影响了它的寿命。目前在LED照明行业里,寿命方面仍存在一些隐患性的问题,短时间出现故障的问题也没有得到彻底的解决。

以LED室内灯为例,由于在密封环境下使用,所以它在使用过程中会出现电子自身发热的现象,而且内部环境的温度也是非常高的。目前LED照明主流的电解电容在高温下的表现不是很好。从这个隐患来考虑,TDK建议用MLCC去替代电解电容解决使用寿命上存在的隐患问题。TDK从1971开始生产MLCC,在日本本土有4间主工厂,主要做陶瓷电解电容核心的工序。TDK在日系的元器件厂商当中,是唯一一家把前工序放在日本本土的企业,说明TDK在品质管控方面的要求也非常高。

电解电容与MLCC的特性比较

电解电容有一个很大的特点,就是ESR值比较高。如果ESR比较高,会以发热的形式损耗掉,所以电解电容自身发热是比较严重的。另外,它的纹波电流比较高,同样会引起自身发热非常严重。ESR加上纹波电流,自身发热达到一定程度会加速电解液挥发的速度,容量也会衰减,整个呈现恶性循环的趋势。

另外,助焊剂里面我们会使用卤素元素,也会间接引起电压的变化。MLCC跟电解电容一样,也有它的缺点和优点。MLCC最主要的特点是寿命比较长,另外它在高温和低温下的表现非常一致,它的特性在高温和低温下面不会有太大差异。

MLCC缺点:

1.跟同等容量的电解电容相比,MLCC单价会比较高;

2.MLCC有偏压的特性,它的容量跟施加的电压呈衰减的趋势,

3.MLCC的容量范围比较小,MLCC不可能像电解电容那样随随便便就可以做到200万、300万。

LED灯具频闪导致日本一位官员晕倒

日本业界目前发生比较普遍的现象是,人们长期在房间里面工作时容易感到疲劳,后来发现原因是频闪。如果电灯电力供应不足会出现频闪现象,大约小于30%时人们容易感到疲劳感。

目前LED照明比较流行,日本政府市政厅把普通的节能灯全部换成LED照明,后来发生一件事,一个政府官员在工作当中突然晕倒了,后来查明原因是跟LED频闪现象有关,LED频闪会让人引起疲劳感。为了解决这种现象,各个厂商也做了很多的努力,有一种回路叫PFC回路,像国内的厂商已经在用了,这个属于PFC回路的填谷回路。在第一次整流过后,在第一次平滑的阶段,如果电压下去,电流会有一个中断现象。如果有中断现象,就会出现频闪。

我们也是在实际的基础上做了一个这样的测试,把电解电容替换为MLCC来看一下它的频闪效果会不会得到很好的解决。首先粉红色的地方是输入的电压,黄色部分是填谷后电压的曲线,蓝色部分是在LED电流的一个表现。客户在原来的设计里面,在这里用了4.7uf的电解电容。大家可以看一下它的电流曲线,虽然它呈现出一种波形,但中间没有断,所以这种设计不会有闪频的现象。

我们也用MLCC做了一个替换来看一下它整体的表现。用MLCC替换电解电容的时候,像电压跟容量怎么选,也是大家一直在考虑的问题,所以我们也做了一个测试,就是用比4.7uf小一个型号2.2uf做测试。测试以后发现,黄色电压部分就会下去。下去的话,这边电流流过去就会出现中断的现象,这样会出现频闪。就是说用MLCC替代电解电容的时候,如果用小容量进行替换就不能解决闪频的现象。

我们接下来用大一点的容量,用10uf做试验。用10uf做了试验之后就是左下边的图,发现这种现象可以得到解决。从结果来看,这个试验可以证明按照这个用途去用的话,其实用MLCC去替换电解电容是完全可以的。从这张图上大家可以看到用MLCC去替换电解电容时就不能同等容量进行替换,你要选一个容量稍微大的MLCC才可以进行替换。如果大家做出口,如果往日本出口的话,日本是一个保证4万小时寿命的国家。如果你用电解电容的话,根本没办法满足他们灯泡要4万小时的要求,所以大家普遍会考虑用MLCC去做。特别是是像这种室内灯,电解电容本身体积就很大,如果是这种小基板的话,MLCC就非常有优势。

在日本,MLCC替换电解电容的思路已经铺开

现在在日本电解电容的寿命隐患也成为一个很大的问题,日本一些尖端的LED厂商也在开发全部用MLCC去做灯泡。日本某一个前端厂商,已经研发出这种电源,整个电源用的电容全部换成MLCC。(保密原因,图片不能展示,仅仅是思路介绍)。在日本这种思路已经完全铺开,像一些尖端的厂商已经在用MLCC去替换电解电容。

从三个方面考虑MLCC在LED照明领域的应用还是有可能性。接下来可能前端厂商走的这个路线比较多:从高寿命、小基板、薄型基板考虑,这种基板只有MLCC才可以贴上去。

在LED照明领域主要应用的MLCC分三类:一是中耐压产品,100V到630V的产品;二是高温对应产品,150度对应的;三是叠容(耐机械应力,耐热冲击16V-630V)。叠容是旁边用金属支架支撑的电容,它在高温下的性能非常高,在路灯上,比如交通灯、路灯应用的比较多一点。

关键词:ups电源报价/list-3-1.html


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