浅谈无需电解电容的LED照明驱动电源解决方案

　　市场上的LED照明驱动电源通常分为二级架构和架构，架构指的是直接从220V市电转换出LED发光所需的直流电压和恒定电流，结构比较简单，BOM成本也较低，目前较受市场欢迎。LED（LightingEmittingDiode）照明即是发光二极管照明，是一种半导体固体发光器件。它是利用固体半导体芯片作为发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。LED照明产品就是利用LED作为光源制造出来的照明器具。LED是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。

　　为什么要强调无电解电容呢？这是因为目前普通LED照明驱动电源的工作寿命取决于AC转DC时平滑电路必须采用的电解电容。我们知道LED的工作寿命高达4万小时，而电解电容的寿命只有几千小时，由于系统的寿命是由电源组件中使用的电解电容的寿命来决定的，如果不想法拿掉电解电容，那么LED照明驱动电源的寿命与LED的寿命就很不匹配，也就很难发挥出LED照明的长工作寿命优势。

　　那么为什么一定要用电解电容呢？这是因为LED是直流电流驱动元件，当AC电源接通时，一般是使用整流元件和平滑回路的直流稳定化电源，该平滑回路中必要的电解电容会因周围的温度及自身的发热而上升10℃，而导致寿命减半，所以电解电容阻碍了LED照明器具的寿命。

　　LED的亮度是跟LED的发光角度有必然关系的，LED的角度越小它的亮度越高，没有什么超亮不超亮的，那是骗小孩的，如果是质量好的LED不管是哪家LED厂家生产的大家的亮度都差不多的，只是生产工艺不一样，使用寿命略有不同，因为大家用的都是那几家国外的LED芯片。如果是5MM的LED180度角的白光的亮度只有几百MCD,如果是15度角的亮度就要去到一万多两万MCD的亮度了，亮度相差好几十倍了，如果是用于照明用的，在户外是用大功率的LED了，亮度就更高了，单个功率有1W,3W,5W,还有的是用多个大功率组合成一个大功率的LED,功率去到几百都有色温和亮度没关系，而亮度和流明值有关

　　创意电子基于日本Takion公司TK5401芯片，用IC代替电解电容，寿命是原来LED驱动器的10倍，寿命可达4万小时以上，可完全与LED灯的寿命相匹配，而且此方案设计简单，体积小，只有原来LED驱动器面积的百分之四十，此方案主要应用于家用低功率照明中，适用范围是3W～20W。

　　TK5401封装内置了高电压功率MOS管及控制电路，因去除电解电容可实现小型化，低成本，并且实现了LED灯的长寿命和高效能。

　　TK5401主要特性：内置高电压功率MOS管（650V/1.9Ω）；内置启动电路，支持低功率；支持通用的交流输入电压（AC 85-265V）；过压保护/热截断电路；可调整的过流保护。

　　PWM控制功率MOS管工作在平均67KHz的振荡频率，为保证输出恒定的LED输出电流而内置了标准的参考电压（0.3V），从而实现了反馈控制。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变，这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM控制技术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。

　　西安明泰半导体公司虽在今年年初刚成立，但已颇具实力，在近期举办的IIC-CHINA秋季展西安站上，明泰展出了20W和120W无电解电容的LED照明驱动电源，效率分别达到惊人的90％和95％，分别针对室内照明和路灯照明市场。这两款产品都是采用他们自己开发的LED驱动器、MOSFET和肖特基二极管实现，其中120W LED照明驱动电源还配有完备的短路、开路保护功能，并通过EMC测试。

　　据了解，120W LED照明驱动电源还集成了电力线载波通信功能，它允许远程打开和关闭照明电源。下一步还将根据市场节电需求开发出可调光的室内照明和路灯照明方案。

　　东莞汇洪电子是一家从事设计、开发和营销固态照明（SSL）系统解决方案和产品的供应商，主要面向住宅及商业室内普通LED照明市场。

　　汇洪电子提供的方案在平滑回路中无需使用电解电容，使用寿命超过4万小时，效率为85％±5％（4W输出功率时），功率因数为90％，输出功率从4W到20W。主要功能：输入欠压保护，输入过压保护，MOSFET过载保护，过热保护等。

　　日本村田制作所在7月21日举行的“TECHNO FRONTIER 2010”上，展示了用于LED照明的数字电源电路。此次展示的是村田制作所面向Clear Sodick开发的电源模块。其输入输出电容器采用了该公司的多层陶瓷电容（MLCC），可内置于直管型LED照明器具的管内。与采用铝电解电容器时相比，除了可缩小产品尺寸外，还能延长产品寿命。为了获得恒定电流，采用了DSP微控制器，开关频率约为200kHz。输出电容器采用了两个约5μF的MLCC。输入电压支持AC100V以及200V两种。

　　据了解，一般情况下，该容量的MLCC无法完全吸收脉动电流，不过通过改进DSP侧的控制，不会感觉到照明器具的闪烁。主电路采用非绝缘升降压型，没有设置PFC（功率因数改善）电路。外形尺寸为180mm×19.4mm×6.5mm。