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薄膜电容器和LED照明
  • LED照明即是发光二极管照明,是一种半导体固体发光器件。LED的内在特征决定了它具有很多优点,诸如: 体积小、耗电量低、使用寿命长(在恰当的电流和电压下,使用寿命可达6万到10万小时,比传统光源寿命长10倍以上,几乎无需维护)、高亮度、低热量、环保、坚固耐用、多变幻等特点。
    因此LED照明的应用越来越广泛了,如显示屏;交通信号灯;汽车用灯包含汽车内部的仪表板、音响指示灯、开关的背光源、阅读灯和外部的刹车灯、尾灯、侧灯以及头灯等;LCD背光源;LED照明光源(如LED手电筒、LED夜灯、LED筒灯,LED天花灯,LED日光灯,LED光纤灯);LED装饰灯等等。随着LED照明应用的兴起,为薄膜电容器的应用打开了一个新的市场,下面简述一下薄膜电容器在LED照明驱动电源中的应用。
     
    一、LED与照明光源
     
    1、薄膜电容器与采用阻容降压驱动电源的LED照明光源
     
    采用电容降压电路是一种常见的小电流电源电路﹐由于其具有体积小﹑成本低﹑电流相对恒定等优点﹐配合后端简单的稳压和SCR恒流控制也是一个性价比非常高的解决方案,广泛应用于小功率LED的驱动电路中,如灯泡型LED灯、应急灯、夜光灯﹑按钮指示灯、LED手电筒等。
    该电路是直接采用电容作为限流分压元件,施加在分压电容器的电压是一个交流电压,根据后端驱动LED灯对电压和电流的要求不同,电容器上的压降差异会很大,LED驱动要求的电压越低,电容器上的分压越高,最大时电容器上的分压几乎达到了全部电源电压。电流可以根据电压和容抗关系计算。电容器的选择要根据电容器两端所承受的交流分压来定,电容器上的分压越高对电容器的性能和可靠性要求越高。所以阻容降压所用的薄膜电容器电压系列比较复杂,有250VDC,400VDC,630VDC等等,一般250VDC对应电容器两端分压低于160VAC, 400VDC对应电容器两端分压低于200VAC,630VDC对应电容器两端分压高于200VAC而低于250VAC。当薄膜电容器两端的电压高于200VAC时,对薄膜电容器的选择就要特别注意,一般要选择抗高压脉冲强、交流应用容量稳定性好的薄膜电容器。当薄膜电容器两端的电压高于275VAC时,最好选择两串设计的薄膜电容器做阻容分压用。
    由于这种应用的驱动电流主要取决于薄膜电容器的容量大小,因此薄膜电容器的容量稳定性非常重要,而且电容器直接连接交流电源输入,所以对于长寿命、可靠性要求高、特别是长期连接到电源的LED灯如LED应急灯等,所选择的薄膜电容器就要求耐高压脉冲、长期交流容量稳定好,必要时要求选择两串设计设计的薄膜电容器。同时,在电容器耐压选择方面也要兼顾不同地区的电源电压差别,如日本、欧洲、美国和英属地区的电源电压就有比较大的不同,所选择的电容器电压和容量都有差异,电源电压越高所选择的电容器性能要求越高。
     
    2、薄膜电容器与采用开关型驱动电路的LED照明光源
    由于开关型驱动具有更高的能效,恒流恒压性能好,对延长LED芯片的寿命有好处,因此在长寿命特别是20000小时以上的LED照明灯上广泛应用。中小功率非隔离型开关驱动电路在长寿命灯泡型LED灯上的应用非常广泛,而隔离型开关驱动电路在LED路灯等中大功率LED灯上被普遍采用。
    中小功率开关型LED驱动电路由于开关电源的存在,存在的电磁干扰问题,因此在交流电源输入端要使用一个薄膜电容器作EMI滤波用,该电容器最好选择X2电容器,当然为了降低成本可选择400VDC的直流电容器(对于100VAC或110VAC电源输入的也可选择250VDC直流电容器)。
    对于高可靠性的、中大功率的LED驱动电路一般采用隔离型开关电源,提高其安全性、能效比和延长寿命,像LED路灯因为其高效率及高可靠性要求而采用这种方案就比较广泛。该电路一般由EMI滤波回路、有源PFC回路、高频谐振回路和恒流恒压驱动回路等组成。EMI滤波回路需要用到X2和Y2薄膜电容器;PFC回路需要用到PFC滤波薄膜电容器,因为该场合有比较大的纹波电流,所以必须选择高频特性好的直流滤波薄膜电容器;高频谐振回路中所选用的谐振电容器必须是耐高频电压、能承受高频大电流的聚丙烯薄膜电容器。高频驱动回路中也有用到50V~100V的薄膜电容器来起到辅助高频滤波的作用,所选择的薄膜电容器必须是高频损耗一致性好的薄膜电容器系列,以减少失效率。
     
    二、薄膜电容器在LCD背光电源中应用
     
    在液晶电视的总能耗中,统计显示,背光所消耗的电能比例高达2/3。故液晶电视的另一项重要趋势是采用新技术来提升背光及面板能效,降低能耗。相于CCFL背光源,LED背光耗电量更小,不含汞,尺寸更易于配置为更均匀的背光,使用寿命更长,适合超薄液晶电视设计(电路板上高度低于8 mm,总高度低于12.5 mm),故LED背光在液晶电视应用越来越多,逐步取代CCFL背光。
    由于LCD本身有开关电源,所以LED背光电源的驱动通常只需要恒流恒压控制回路,薄膜电容器主要应用于LCD的开关电源中,包括EMI滤波电容器(X2,Y2)、PFC滤波薄膜电容器、谐振电容器等。有些解决方案中有DC/DC高频转换回路,必须用到薄膜电容器做直流支撑和高频滤波,所选择的薄膜电容器必须注意其高频特性。
     
    三、薄膜电容器和汽车用LED照明
     
    随着LED照明技术的成熟,LED照明不仅在汽车的刹车灯和装饰灯上应用,现在已经开始大量应用到日间行车灯,甚至有些豪华车型在前大灯也开始应用LED照明。这为薄膜电容器在汽车照明应用中除了HID氙灯以外又增加了新的应用场合,大功率的LED汽车照明需要DC/DC升压转换,同时为了小体积和高效率需要必须采用高频转换技术,这就需要高频特性好、可靠性高的薄膜电容器作DC滤波。
     
    随着LED照明技术的发展以及LED照明的普及,薄膜电容器在照明市场的应用揭开了新的篇章,产品的发展也朝着高可靠、长寿命、小体积和耐高温方向发展,以适应LED照明的需求。

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