無電解電容線性恒流源的利弊

2012年是LED大規(guī)模進(jìn)入室內(nèi)和家庭照明的第一年，也是民用LED開始的第一年。作為民用產(chǎn)品對產(chǎn)品的性能、價(jià)格、可靠性提出了更為嚴(yán)格的要求。一方面要求LED的發(fā)光效率不斷提高、價(jià)格不斷降低。另一方面，對于LED的恒流驅(qū)動源也提出了很多要求。在一般人的心目里，LED本身的壽命已經(jīng)是非常高了，但是實(shí)際的壽命卻是非常低，往往是由于電源壽命低而引起。而電源的壽命往往取決于電解電容的壽命。因?yàn)橥ǔＵJ(rèn)為電解電容的壽命是很低的。假如恒流源根本就沒有電解電容，那么它的壽命就一定可以很高了。更何況拿掉電解電容以后功率因數(shù)也就可以得到改善。所以各式各樣的無電解電容的恒流源就吸引很多人的關(guān)注。

一、無電解電容的簡單方法

去掉電解電容是很容易的事，而且它也是可以工作的。

然而這種電路的壽命更短，因?yàn)樗鼪]有采用恒流的措施所以當(dāng)輸入電壓升高或溫度升高時(shí)，電流就會很快升高，以致很快就會燒毀LED。加電阻限流雖然可以解決一些問題，但是其效率只有52%-73%。是完全無法接受的。

所以必須加以恒流，那怕是最簡單的恒流二極管。

然而這個電路也是無法工作的。因?yàn)檩斎胧前雮€正弦波，在低電壓時(shí)LED是不能啟動，雖然電壓升高到一定程度時(shí)，它可以恒流，這時(shí)候電流的波形接近一個矩形波，所以它的功率因數(shù)也不能令人滿意，因?yàn)橹挥挟?dāng)電流波形和電壓波形一樣時(shí)，功率因數(shù)才能等于1。那么能不能開發(fā)出一種電路使得它的電流波形盡可能接近于電壓波形呢?

二、ExClara的EXC100解決方案

美國硅谷的ExClara公司提出了一種方案可以接近地解決這個問題。因?yàn)椴捎煤懔鞫O管以后，電流只能是平的，所以也就只能用階梯波來接近正弦波。

這個看起來很簡單的事，真要實(shí)現(xiàn)可是一件很復(fù)雜的事。為了得到這樣的電流波形，就必須依次接通具有不同恒流值的LED串。其EXC100芯片具體框圖如圖四所示。

它首先要測量輸入電壓，等到輸入電壓達(dá)到一定值以后，開始接通第一串恒流于比較低值的LED;到達(dá)更高一些的電壓以后就開始在第一串后面再接上第二串LED并恒流于更高的電流;最后等到電壓更高以后，再接通第三串LED并恒流于更高值的電流。所以它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是很復(fù)雜的。

后來美國的Supertex公司也開發(fā)了一個可接通4串LED的CL8801。采用4串以后PF可以達(dá)到0.98，諧波失真也可以小于20%。它的框圖如圖五所示。

其實(shí)這里面還沒有畫出測量輸入電壓的電路，這個電路測量輸入電壓并將其和幾個設(shè)定好了的四個值逐一比較，并依次接通開關(guān)1、2、3、4。而這些開關(guān)都必須是耐高壓的MOS管。所以整個芯片都必須采用高壓工藝來制作。其成本是很高的。EXC100的售價(jià)約為10元人民幣。

臺灣的AIC公司也做了類似的產(chǎn)品。

還有韓國、日本等很多公司也都有類似的產(chǎn)品，看來這種產(chǎn)品好像很受歡迎，就是成本比較高。

三、晶豐的BP5801

為了降低成本，最簡單的辦法就是把內(nèi)部的高壓MOS開關(guān)管拿到外面，用分立元件實(shí)現(xiàn)。晶豐的BP5108就是采用這種方法(圖六)。

在220V時(shí)，當(dāng)整流后電壓升到104.7V時(shí)，第一串40顆LED開始導(dǎo)通(其電壓為134V);當(dāng)電壓再增加34.89V時(shí)，第二串23顆LED開始和第一串LED串聯(lián)并導(dǎo)通(其電壓為76V);當(dāng)電壓再增加25.21V時(shí)，第三串23顆LED再串入并導(dǎo)通(其電壓為76V)，最后三串LED都以30.8mA的最大電流導(dǎo)通(額定電流為20mA)。因?yàn)檫@時(shí)候電流的波形比較接近正弦波，而且和電壓波形同相，所以功率因數(shù)可以高達(dá)0.968，效率也可以有90.6%。

其詳細(xì)的電路圖如圖七所示。圖中前面三個(兩個保護(hù)，一個整流橋)是公有的，一個電感和一個電容是為了降低電磁干擾EMI所需的濾波器，因?yàn)檫@個本來是線性恒流源變成開關(guān)型了。再加上后面11個電阻，三個電容和三個MOS管，一共22個元器件，而且MOS管需要采用2N60，也是體積大價(jià)錢貴的器件。

四、無電解電容線性恒流源的得失

這種無電解電容線性恒流源值所以要去掉電解電容是因?yàn)閮蓚€原因：

1.電解電容壽命短其實(shí)這是一般人的誤解。當(dāng)然這種誤解也是從大量的實(shí)例中得到的。其主要原因是中國市場上充斥著大量的劣質(zhì)電解電容，這些電解電容的確壽命很短。但這并不意味著凡是電解電容其壽命就一定短。

電解電容有兩種，一種是液態(tài)電解質(zhì)的，另一種是固態(tài)電解質(zhì)的。液態(tài)電解電容壽命比較短，那是因?yàn)橐后w會干枯的原因。所以新的長壽命電解電容就采用固態(tài)電解質(zhì)。而固態(tài)電解電容的壽命據(jù)稱可以達(dá)到23年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了LED的壽命。但是固態(tài)電解電容的價(jià)錢比較貴。