無電解電容線性恒流源的利弊

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。一方面要求LED的發光效率不斷提高、價格不斷降低。另一方面，對于LED的恒流驅動源也提出了很多要求。在一般人的心目里，LED本身的壽命已經是非常高了，但是實際的壽命卻是非常低，往往是由于電源壽命低而引起。而電源的壽命往往取決于電解電容的壽命。因為通常認為電解電容的壽命是很低的。假如恒流源根本就沒有電解電容，那么它的壽命就一定可以很高了。更何況拿掉電解電容以后功率因數也就可以得到改善。所以各式各樣的無電解電容的恒流源就吸引很多人的關注。

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。

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，但是其效率只有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。

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是不能啟動，雖然電壓升高到一定程度時，它可以恒流，這時候電流的波形接近一個矩形波，所以它的功率因數也不能令人滿意，因為只有當電流波形和電壓波形一樣時，功率因數才能等于1。那么能不能開發出一種電路使得它的電流波形盡可能接近于電壓波形呢?

二、ExClara的EXC100解決方案

美國硅谷的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后，電流只能是平的，所以也就只能用階梯波來接近正弦波。

這個看起來很簡單的事，真要實現可是一件很復雜的事。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。

它首先要測量輸入電壓，等到輸入電壓達到一定值以后，開始接通第一串恒流于比較低值的LED;到達更高一些的電壓以后就開始在第一串后面再接上第二串LED并恒流于更高的電流;最后等到電壓更高以后，再接通第三串LED并恒流于更高值的電流。所以它的內部結構是很復雜的。

后來美國的Supertex公司也開發了一個可接通4串LED的CL8801。采用4串以后PF可以達到0.98，諧波失真也可以小于20%。它的框圖如圖五所示。

其實這里面還沒有畫出測量輸入電壓的電路，這個電路測量輸入電壓并將其和幾個設定好了的四個值逐一比較，并依次接通開關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制作。其成本是很高的。EXC100的售價約為10元人民幣。

臺灣的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。

三、晶豐的BP5801

為了降低成本，最簡單的辦法就是把內部的高壓MOS開關管拿到外面，用分立元件實現。晶豐的BP5108就是采用這種方法(圖六)。

在220V時，當整流后電壓升到104.7V時，第一串40顆LED開始導通(其電壓為134V);當電壓再增加34.89V時，第二串23顆LED開始和第一串LED串聯并導通(其電壓為76V);當電壓再增加25.21V時，第三串23顆LED再串入并導通(其電壓為76V)，最后三串LED都以30.8mA的最大電流導通(額定電流為20mA)。因為這時候電流的波形比較接近正弦波，而且和電壓波形同相，所以功率因數可以高達0.968，效率也可以有90.6%。

其詳細的電路圖如圖七所示。圖中前面三個(兩個保護，一個整流橋)是公有的，一個電感和一個電容是為了降低電磁干擾EMI所需的濾波器，因為這個本來是線性恒流源變成開關型了。再加上后面11個電阻，三個電容和三個MOS管，一共22個元器件，而且MOS管需要采用2N60，也是體積大價錢貴的器件。

四、無電解電容線性恒流源的得失

這種無電解電容線性恒流源值所以要去掉電解電容是因為兩個原因：

1.電解電容壽命短其實這是一般人的誤解。當然這種誤解也是從大量的實例中得到的。其主要原因是中國市場上充斥著大量的劣質電解電容，這些電解電容的確壽命很短。但這并不意味著凡是電解電容其壽命就一定短。

電解電容有兩種，一種是液態電解質的，另一種是固態電解質的。液態電解電容壽命比較短，那是因為液體會干枯的原因。所以新的長壽命電解電容就采用固態電解質。而固態電解電容的壽命據稱可以達到23年，遠遠超過了LED的壽命。但是固態電解電容的價錢比較貴。