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茅于海:全面剖析無電解電容線性恒流源的利弊【上】

發(fā)布時間:2014-10-03 責任編輯:sherryyu

【導(dǎo)讀】LED是一種直流器件,最好是采用直流供電。而電解電容也就是能夠利用它的儲能效應(yīng)來把半個正弦波變成接近直流的最好手段。只要用上電解電容,那么以上的問題就都不存在。至于功率因數(shù)本來就不是什么問題。這里茅于海專家為大家全面剖析無電解電容線性恒流源的利弊。
 
2012年是LED大規(guī)模進入室內(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、價格、可靠性提出了更為嚴格的要求。一方面要求LED的發(fā)光效率不斷提高、價格不斷降低。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。因為通常認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。
最簡.單的無電解電容電路
圖一最簡.單的無電解電容電路
 
然而這種電路的壽命更短,因為它沒有采用恒流的措施所以當輸入電壓升高或溫度升高時,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。
加上恒流二極管的無電解電容電路和電流波形圖
圖二.加上恒流二極管的無電解電容電路和電流波形圖
 
然而這個電路也是無法工作的。因為輸入是半個正弦波,在低電壓時LED是不能啟動,雖然電壓升高到一定程度時,它可以恒流,這時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,因為只有當電流波形和電壓波形一樣時,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?
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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。因為采用恒流二極管以后,電流只能是平的,所以也就只能用階梯波來接近正弦波。
矩形波來近似正弦波和實測圖
圖三.用矩形波來近似正弦波和實測圖
 
這個看起來很簡單的事,真要實現(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。
EXC100的連接框圖
圖四.EXC100的連接框圖
 
它首先要測量輸入電壓,等到輸入電壓達到一定值以后,開始接通第一串恒流于比較低值的LED;到達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。
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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可以達到0.98,諧波失真也可以小于20%。它的框圖如圖五所示。
5CL8801的框圖
圖五.CL8801的框圖
 
其實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。
 
未完待續(xù)——————大家可以繼續(xù)關(guān)注下期的詳解。
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