茅於海:全麵剖析無電解電容線性恒流源的利弊【上】
發布時間:2014-10-03 責任編輯:sherryyu
【導讀】LED是(shi)一(yi)種(zhong)直(zhi)流(liu)器(qi)件(jian),最(zui)好(hao)是(shi)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)供(gong)電(dian)。而(er)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)也(ye)就(jiu)是(shi)能(neng)夠(gou)利(li)用(yong)它(ta)的(de)儲(chu)能(neng)效(xiao)應(ying)來(lai)把(ba)半(ban)個(ge)正(zheng)弦(xian)波(bo)變(bian)成(cheng)接(jie)近(jin)直(zhi)流(liu)的(de)最(zui)好(hao)手(shou)段(duan)。隻(zhi)要(yao)用(yong)上(shang)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong),那(na)麼(me)以(yi)上(shang)的(de)問(wen)題(ti)就(jiu)都(dou)不(bu)存(cun)在(zai)。至(zhi)於(yu)功(gong)率(lv)因(yin)數(shu)本(ben)來(lai)就(jiu)不(bu)是(shi)什(shen)麼(me)問(wen)題(ti)。這(zhe)裏(li)茅(mao)於(yu)海(hai)專(zhuan)家(jia)為(wei)大(da)家(jia)全(quan)麵(mian)剖(pou)析(xi)無(wu)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)線(xian)性(xing)恒(heng)流(liu)源(yuan)的(de)利(li)弊(bi)。
2012年是LED大規模進入室內和家庭照明的第一年,也是民用LED開始的第一年。作為民用產品對產品的性能、價格、可靠性提出了更為嚴格的要求。一方麵要求LED的發光效率不斷提高、價格不斷降低。另一方麵,對於LED的恒流驅動源也提出了很多要求。在一般人的心目裏,LED本ben身shen的de壽shou命ming已yi經jing是shi非fei常chang高gao了le,但dan是shi實shi際ji的de壽shou命ming卻que是shi非fei常chang低di,往wang往wang是shi由you於yu電dian源yuan壽shou命ming低di而er引yin起qi。而er電dian源yuan的de壽shou命ming往wang往wang取qu決jue於yu電dian解jie電dian容rong的de壽shou命ming。因yin為wei通tong常chang認ren為wei電dian解jie電dian容rong的de壽shou命ming是shi很hen低di的de。假jia如ru恒heng流liu源yuan根gen本ben就jiu沒mei有you電dian解jie電dian容rong,那na麼me它ta的de壽shou命ming就jiu一yi定ding可ke以yi很hen高gao了le。更geng何he況kuang拿na掉diao電dian解jie電dian容rong以yi後hou功gong率lv因yin數shu也ye就jiu可ke以yi得de到dao改gai善shan。所suo以yi各ge式shi各ge樣yang的de無wu電dian解jie電dian容rong的de恒heng流liu源yuan就jiu吸xi引yin很hen多duo人ren的de關guan注zhu。
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。

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,但是其效率隻有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。

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shi不bu能neng啟qi動dong,雖sui然ran電dian壓ya升sheng高gao到dao一yi定ding程cheng度du時shi,它ta可ke以yi恒heng流liu,這zhe時shi候hou電dian流liu的de波bo形xing接jie近jin一yi個ge矩ju形xing波bo,所suo以yi它ta的de功gong率lv因yin數shu也ye不bu能neng令ling人ren滿man意yi,因yin為wei隻zhi有you當dang電dian流liu波bo形xing和he電dian壓ya波bo形xing一yi樣yang時shi,功gong率lv因yin數shu才cai能neng等deng於yu1。那麼能不能開發出一種電路使得它的電流波形盡可能接近於電壓波形呢?
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二.ExClara的EXC100解決方案
美國矽穀的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後,電流隻能是平的,所以也就隻能用階梯波來接近正弦波。

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,真要實現可是一件很複雜的事。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。

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後,開始接通第一串恒流於比較低值的LED;到達更高一些的電壓以後就開始在第一串後麵再接上第二串LED並恒流於更高的電流;最後等到電壓更高以後,再接通第三串LED並恒流於更高值的電流。所以它的內部結構是很複雜的。
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後來美國的Supertex公司也開發了一個可接通4串LED的CL8801。采用4串以後PF可以達到0.98,諧波失真也可以小於20%。它的框圖如圖五所示。
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圖五.CL8801的框圖
其實這裏麵還沒有畫出測量輸入電壓的電路,這個電路測量輸入電壓並將其和幾個設定好了的四個值逐一比較,並依次接通開關1、2、3、4。而這些開關都必須是耐高壓的MOS管。所以整個芯片都必須采用高壓工藝來製作。其成本是很高的。EXC100的售價約為10元人民幣。
台灣的AIC公司也做了類似的產品。

還有韓國、日本等很多公司也都有類似的產品,看來這種產品好像很受歡迎,就是成本比較高。
未完待續——————大家可以繼續關注下期的詳解。
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