電源設計經驗集——談電源模式及電解電容壽命

DCM斷續模式：電流從零開始上升的三角波。

CCM連續模式：電流從某一非零值上升的側梯形波。

DCM模式:負載小時初次級兩側電流分別為上升三角和下降三角波，如果是開關頻率固定的它激式電源，次級將磁能釋放完畢時開關管還未導通，這時初次級開關器件均關斷，線圈與寄生電容產生衰減振蕩，線圈兩端電壓低于輸出電壓，次級二極管關斷，初次級均關斷時線圈的振蕩衰減較慢，雖然此時電壓較高，但電流微小，直到開關管再次導通，如此循環下去。由于參與振蕩的是線圈電感，不單是漏感，所以振蕩頻率較低(比開關管關斷瞬間的尖峰振蕩頻率低很多，開關管關斷瞬間的尖峰是漏感與分布電容產生的高頻衰減振蕩)。如果是自激式電源，次級磁能釋放完畢后馬上轉入開關管導通階段，沒有兩側均關斷的衰減振蕩過程。

CCM模式:如果是開關頻率固定的它激式電源，負載較大時，穩壓控制要保持輸出電壓不變，占空比加大，同時負載電流也較大，開關管關斷后，次級二極管通過的電流較大，因輸出電壓不變，輸出電流下降的坡度不變，會出現輸出電流還未下降到0時，開關管再次導通，即線圈磁能未釋放完畢激磁電流未復位到0，開關管電流在這個激磁電流的基礎上再開始上升，因電源電壓不變，開關管電流上升的坡度不變。即初級電流上升和次級電流下降的坡度不變，但初級電流上升的起點和終點均抬高，后級下降的起點和終點也均抬高。這樣初級的輸入能量加大，次級的輸出能量加大。沒有初次級均關斷的衰減振蕩過程(即沒有8樓所示波形后部的振蕩波部分)。如果是自激式開關電源，磁能釋放完畢后立即轉向開關管導通階段，激磁電流復位到0。也就是說自激式開關電源不會工作在CCM模式。

0.15 MHz處產生的振蕩是開關頻率的3次諧波引起的干擾。

0.2 MHz處產生的振蕩是開關頻率的4次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加，引起的干擾，所以這部分較強。

0.25 MHz處產生的振蕩是開關頻率的5次諧波引起的干擾；

0.35 MHz處產生的振蕩是開關頻率的7次諧波引起的干擾；

0.39 MHz處產生的振蕩是開關頻率的8次諧波和Mosfet 振蕩2(190.5KHz)基波的迭加引起的干擾；

1.31MHz處產生的振蕩是Diode 振蕩1(1.31MHz)的基波引起的干擾；

3.3 MHz處產生的振蕩是Mosfet 振蕩1(3.3MHz)的基波引起的干擾；

開關管、整流二極管的振蕩會產生較強的干擾。

電解電容壽命分析：

以下均為眾多LED電源制造商找到的長壽命的理由，本文做簡要說明。

我們說一個電解的額定壽命多少小時，都是在其額定參數相同的工作環境下的實際壽命。同時也是設計壽命。

主要影響電解電容壽命的因素有以下幾點：環境溫度、電壓、紋波電流、頻率。

1、頻率：首先請斷定使用的電解電容為高頻電解電容，保證在頻率一項不影響您電源的實際工作頻率。

2、紋波電流：這個參數在電解規格書里可以查到額定的紋波電流，按照電源本身的紋波電流來選用合適的電解。

以上2項要考慮參數的余量，一般按照1.5倍計算足以。

下面是影響壽命的主要參數：

3、環境溫度：按照目前最普遍的電容壽命估算方法，實際工作溫度比電容額定溫度低10度，壽命增加1倍的理論。額定溫度105度，而實測溫度為65度105-65=40度 也就增加4倍。我們選用額定1萬小時的電解電容，即95度時2萬小時，85度時4萬小時，75度時8萬小時，65度時16萬小時，這16萬小時暫時先記在這里。

4、工作電壓：我們選用的電解額定為63V，實際工作37.2V，我們可以肯定壽命比額定要長，至于長了多少，我們先不管。

再分析一下電解電容的性能衰減特性：

我們說的一個電解電容的壽命結束了，其實并不是所有功能全部失效，而是開始衰減，直到滿足不了電解在電路中所起到的作用。那么我們就要看電解在實際電路中所起到的作用，我先說2種用途，一是在PFC電路中，另外一個是在電源輸出端做濾波使用，當電解性能衰減時，PF值會降低，但是即使降低到0.5(不加PFC電路)，電源也是一樣在工作，輸出電流和電壓絲毫不會受到影響。而做在輸出端作為處理紋波的情況也是一樣，只是輸出紋波不斷增大而已，而這個紋波對LED的確有很大影響，但是絕對不會立刻使LED失效。

所以，綜上說述，我們做電源的要做到以下兩點：

1、選用正品知名品牌的電解電容；

2、設計電路時，充分考慮實際工作參數與電解參數的余量。