无电解电容的LED驱动方案.docx

无电解电容的LED驱动方案LED灯珠作为一个半导体器件，其寿命长达50,000小时以上而LED照明驱动方案中普遍用到电解电容（ElectrolyticCapacitor），其寿命则仅为5,000~10,000小时，虽然一些品牌的电容可以获得更长的寿命时间，如国巨电容这样电解电容的短寿命与LED灯珠的长寿命之间有一个巨大的差距，减弱了LED的优势 因而无电解电容LED驱动解决方案就有很大的吸引力图1为基于MT7920的无电解电容LED驱动解决方案 图1 基于MT7920的隔离LED驱动方案 该方案中，在全桥堆之后，用容值较小的CBB高压陶瓷电容或薄膜电容取代了高压电解电容，去掉了电解电容，同时也提高了功率因子（PFC）而输出电容C8和C9可以用陶瓷电容替代电解电容从而实现了完全无电解电容 当输出电容C8、C9采纳470uF电解电容，驱动6颗LED时，测量结果如下： 输入电压Vin=220VAC，输入功率Pin=7.54W 输出电压Vo=19.33V（万用表读数） 输出电流Io=327mA（万用表读数） 输出功率Po=Vo*Io=6.32W 效率η=6.32/7.54=83.8% 采纳电解电容时的输出电压，电流的波形如图2所示。

从波形图上可以看出，输出电压、电流均存在肯定的纹波这在单级PFC恒流驱动方案中不行避开的，加大输出电容C8、C9，可以进一步减小输出纹波同时我们留意到示波器上电流、电压的平均值与万用表的读数基本相同也即是万用表所测量到的直流电压、电流值为平均值 图2 输出采纳电解电容（470uFX2）时的电流、电压波形 （Ch1=蓝色：输出电压；Ch4=绿色：输出电流；数学运算=红色：Ch1*Ch4） 进一步，在示波器上，用输出电压与输出电流相乘所得的瞬时功率曲线的平均值6.34W也基本与用平均电压与平均电流相乘所计算的功率相同 当输出电容C8、C9采纳22uF陶瓷电容，驱动6颗LED时，测量结果如下： 输入电压Vin=220VAC，输入功率Pin=8.10W 输出电压Vo=19.07V（万用表读数） 输出电流Io=334mA（万用表读数） 输出功率Po=Vo*Io=6.37W 效率η=6.37/8.10=78.6% 采纳陶瓷电容时输出电压、电流的波形如图3所示 图3 输出采纳陶瓷电容（22uFX2）时的电流、电压波形 （Ch1=蓝色：输出电压；Ch4=绿色：输出电流；数学运算=红色：Ch1*Ch4） 与用电解电容时相比，输入功率增加了约0.56W（8.10W–7.54W），而输出功率按万用表读数计算基本不变（6.37Wvs.6.32W），从而导致效率降低了5%。

状况真的如此吗？0.5W的功率跑哪里去了？ 在图3中，用输出电压与输出电流相乘所得的瞬时功率曲线的平均值为6.86W，而不是用平均电压与平均电流计算得到的6.37W，二者相差0.49W，正好补上了输入端增加的0.56W新的效率应当是η=6.37/8.10=84.7%因此效率是没有下降的 为什么在无电解电容（采纳陶瓷电容）方案中，输出功率的计算会有如此的不同？缘由在于陶瓷电容的容值较小，导致输出电流的纹波巨大，电流的值甚至已经触底为零值了 此时，输出电流的纹波已经大于其直流平均值了，也即是输出电流已经是一个沟通电流了 再采纳平均电流来计算输出功率就不合适了正确的输出功率计算方法是： Po=Vo_rms*Io_rms*PF 式中Vo_rms和Io_rms分别为输出电压和电流的均方根值，PF为功率因子图4是输出为陶瓷电容时，输出电压及电流的波形及均方根值与图3比较，我们可以发觉，对于沟通电流来说，平均值与均方根值不再相等了 但是功率因子PF不太简单测量，用上述的公式在操作上有肯定的难度，我们用瞬时功率（瞬时电压乘以瞬时电流）的平均值来计算输出功率就比较简单了，这个操作可以在示波器上很简单实现。

在用电解电容的方案中，由于电解电容的容值比较大，输出电流的直流值远大于纹波值，其平均值与均方根值基本相等，用平均电流来计算输出功率就不会引入太大的误差 图4 输出采纳陶瓷电容（22uFX2）时的电流、电压波形 （Ch1=蓝色：输出电压；Ch4=绿色：输出电流；数学运算=红色：Ch1*Ch4） 7Word版本。