如何正确选择AC/DC式LED驱动电源输出滤波电容器

输出滤波电容器在AC/DC式LED驱动电源中起着非常重要的作用,如何正确选择输出滤波电容器,是设计或制作驱动电源时需要解决的关键问题之一。

1.电解电容器的选择

铝电解电容器因成本低廉而在LED驱动电源中应用很广。选择铝电解电容器时需注意以下事项:

(1)LED驱动电源的开关频率一般为几十至几百千赫兹,输出滤波电容器应采用高频铝电解电容器,其自谐振频率可超过10MHz。

(2)铝电解电容器的使用寿命与纹波电流、环境温度等因素有关。纹波电流越大,环境温度越高,使用寿命就越短。通常环境温度降低10℃,使用寿命大约可延长一倍。用于高温环境下的AC/DC式LED驱动电源,可采用日本红宝石(Ruby-con)公司生产的-25~105℃铝电解电容器。

(3)铝电解电容器的极性不得接反。滤波电容的接地端应尽可能靠近二次侧返回端(地)。铝电解电容器应降额使用,一般情况下耐压值应为实际工作电压的1.5倍。

(4)尽管从理论上讲滤波电容器的容量越大越好,但实际上容量太大并不会显著改善滤波效果。这是因为漏电阻随容量而增大,等效串联电阻和等效串联电感也相应。

(5)由于等效串联电阻(REsR)的存在,电解电容器在充、放电过程中会产生功率损耗P2REsR(Ⅰ为电流有效值),引起铝电解电容器发热,使电源效率降低。REsR值与频率、温度和额定电压有关。应采用REsR尽量小的铝电解电容器。

2.实现无电解电容器的方法

铝电解电容器的使用寿命仅为几千小时,严重制约了LED灯具的工作寿命。因此,实现无电解电容器是LED驱动电源的一个发展方向。解决方法主要有以下两种。

(1)用固态电容器代替铝电解电容器。铝电解电容器是以电解液为电介质,受其性能所限制很难满足长寿命LED的要求。固态电容器( Solid Capacitors,全称为固态质电解电容)是用高导电性的高分子聚合物取代电解液做电介质的,具有工作稳定、耐高温、寿命长、高频特性好、等效串联电阻(ESR)低、使用安全、节能环保等优良特性,性能远优于铝电解电容器,特别适用于工作条件比较恶劣的LED路灯驱动电源。

固态电容器主要包括铝壳、导电性高分子聚合物、电极层、橡胶层、正极和负极引脚。以日本三洋( SANYO)公司生产的OSCON固态电容器为例,当温度变化时固态电容器与铝电解电容器的容量变化率比较如图3-8-7所示,当温度从-55℃变化到+105℃时,固态电容器的容量变化率小于±4%,而铝电解电容器的容量变化率可达-37%~+10%。二者的等效串联电阻(RER)温度关系曲线如图388所示,固态电容器不论在高温、低温工作条件下,等效串联电阻都非常低(小于0.19);铝电解电容器的等效串联电阻变化范围大约为0.8~80