固態(tài)高分子電容器應(yīng)用于LED照明淺析

　一、前言

　　隨著國(guó)家提倡“推進(jìn)節(jié)能減排和生態(tài)環(huán)境保護(hù)”的環(huán)保觀念和《集成電路產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》等一系列拉動(dòng)LED內(nèi)需的具體舉措集中展開，中國(guó)的LED產(chǎn)業(yè)必然進(jìn)入行業(yè)格局重整和競(jìng)爭(zhēng)模式轉(zhuǎn)變的新階段，其中LED照明以其節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)成為取代傳統(tǒng)燈具的原動(dòng)力。與傳統(tǒng)的燈具光源相比，LED照明具有低工作電壓、高效能及定向光等優(yōu)點(diǎn)。一般而言，LED本身具有超過(guò)50,000小時(shí)的壽命(白熾燈壽命僅1,000小時(shí))，而其電源模塊的設(shè)計(jì)則關(guān)系到整體照明設(shè)備的轉(zhuǎn)換效能及使用壽命。

　　LED照明設(shè)備是集合電源轉(zhuǎn)換、電子控制器件、光學(xué)器件及散熱管理等各方面技術(shù)的綜合解決方案, 整體電源模塊皆是以固態(tài)元器件組合而成, 其關(guān)鍵零件就是--濾波電容器。目前大多數(shù)廠家因關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題仍大量使用液態(tài)電解電容, 但電解電容的熱穩(wěn)定性則造成潛在的LED燈的壽命問(wèn)題。①據(jù)統(tǒng)計(jì)，造成LED路燈失效故障的原因歸結(jié)下來(lái)主要為：LED燈芯片質(zhì)量問(wèn)題(約占10%)，芯片工藝不成熟(早期較普遍)，LED芯片熱設(shè)計(jì)不當(dāng)(光輸出降至初始值70%)，線路和結(jié)構(gòu)問(wèn)題(約占20%)，驅(qū)動(dòng)電源品質(zhì)問(wèn)題等五大源頭，其中占70%失效比例的驅(qū)動(dòng)電源又以輸出端的濾波用電容器為主要短板原件。

　　絕大部分工業(yè)及商業(yè)電源工作在50％－80％脈沖式負(fù)載，而LED驅(qū)動(dòng)電源長(zhǎng)期工作在100％恒定負(fù)載，傳統(tǒng)電源工作環(huán)境溫度一般在25－35℃，LED驅(qū)動(dòng)電源工作的環(huán)境溫度高達(dá)50－60℃，電解電容工作溫度差為45－55℃，LED照明使用電解電容將導(dǎo)致電源壽命縮短幾十倍！

　　二、LED照明散熱問(wèn)題解決方案探討

　　經(jīng)歷過(guò)幾年前電腦主板在網(wǎng)吧產(chǎn)業(yè)電容爆漿風(fēng)波的人也許至今還心有余悸。后來(lái)，隨著中央處理器(CPU)功能、運(yùn)算頻率加快及晶體管數(shù)目不斷的增加，為求系統(tǒng)穩(wěn)定，英特爾(Intel)在2005年針對(duì)其推出的775PinCPU，強(qiáng)力建議將導(dǎo)電高分子鋁固態(tài)電容器(以下簡(jiǎn)稱：固態(tài)電容)取代傳統(tǒng)液態(tài)電解電容(以下簡(jiǎn)稱：電解電容)，使得固態(tài)電容器一夕間爆紅。

圖1摘自《泡泡網(wǎng)》圖2摘自《泡泡網(wǎng)》


　　網(wǎng)吧產(chǎn)業(yè)電腦主板爆漿，主要是因?yàn)橹靼逶陂L(zhǎng)時(shí)間密閉環(huán)境下工作(與LED電源模組工作環(huán)境相似)，導(dǎo)致電解電容濾波和穩(wěn)壓功能降低，電容器溫度攀升而至電容內(nèi)部的電解液因受熱造成內(nèi)壓上升，輕者，電解液順著電容器的防爆孔泄壓，導(dǎo)致電容器失效。重者，用到了假固態(tài)電容，因沒(méi)有防爆孔的設(shè)計(jì)，在遇到高溫的情況下，電解電容會(huì)爆炸！試想一個(gè)LED路燈在我國(guó)北京等地，暑天溫度達(dá)40℃左右時(shí)，電解電容又在一個(gè)密閉的環(huán)境下，環(huán)境升溫、燈具升溫、電源升溫導(dǎo)致LED燈內(nèi)部溫度不斷升高，則將引起電容爆漿(參看圖三)。另外在惡劣環(huán)境中，如黑龍江冬天零下30-40℃的環(huán)境下是否還能正常工作？