近幾年，LED作為新型節(jié)能光源在全球和中國都贏得得了很高的投資熱情和極大關(guān)注，并由戶外向室內(nèi)照明應(yīng)用市場滲透，中國也涌現(xiàn)出大大小小上萬家LED照明企業(yè)。讓LED照明大放異彩的最主要原因正是其宣揚(yáng)的具有節(jié)能、環(huán)保、長壽命、易控制、免維護(hù)等特點，其中長壽面是其最突出的特點，一般LED發(fā)光壽命長達(dá)5-10萬個小時，但是現(xiàn)實的問題是LED燈并不長壽。為什么會出現(xiàn)這種問題呢？有什么辦法可以解決這個問題？
LED發(fā)光長壽命的原因
LED的壽命為何長呢？那就要從led的發(fā)光原理說起了。LED，即發(fā)光二極管。是一種半導(dǎo)固體發(fā)光器件。它是利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料。當(dāng)兩端加上正向電壓，直接發(fā)出紅、黃、綠、青、橙、紫、白色的光。多變幻：LED光源可利用LED通短時間短和紅、綠、藍(lán)三基色原理，在計算機(jī)技術(shù)控制下實現(xiàn)色彩和圖案的多變化，是一種可隨意控制的“動態(tài)光源”。
白熾燈的發(fā)光機(jī)理是電能將發(fā)光鎢絲進(jìn)行加熱而發(fā)光的，經(jīng)過相當(dāng)長時間的加熱，鎢絲就會老化甚至燒斷，至此，白熾燈泡的壽命也就此告終了，而發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理是由二極管特殊的組成結(jié)構(gòu)決定的，二極管主要由PN結(jié)芯片、電極和光學(xué)系統(tǒng)組成，當(dāng)在電極上加上正向偏壓之后，使電子和空穴分別注入P區(qū)和N區(qū)，當(dāng)非平衡少數(shù)載流子和多數(shù)載流子復(fù)合時，就會以輻射光子的形式將多余的能量轉(zhuǎn)化為光能。其發(fā)光過程包括三個部分：正向偏壓下的載流子注入、復(fù)合輻射和光能傳輸。
由此可見二極管主要是靠載流子的不斷移動而發(fā)光的，不存在老化和燒斷的現(xiàn)象，所以LED發(fā)光的壽命可以很長。
現(xiàn)實問題：LED燈并不長壽
盡管LED照明具有具有節(jié)能、環(huán)保、長壽命、易控制、免維護(hù)等特點，但頗具諷刺意味的是，我們常常聽聞由于LED驅(qū)動電源本身的壽命直接拖累LED照明燈具變得并不“長壽”，極大地增加了維護(hù)/使用成本；或者驅(qū)動電源的效率不高導(dǎo)致LED照明燈具的能效轉(zhuǎn)換比并不是想象中那么高，或者由于輸出電流紋波沒有得到很好的控制而影響了發(fā)光品質(zhì)，使得LED照明的綠色節(jié)能優(yōu)勢大打折扣，甚至影響了市場普及。
如何預(yù)測LED壽命？
一切事物都有發(fā)生、發(fā)展和消亡的過程，雖然比起一般的發(fā)光器件，LED的壽命相對比較長，但也是有一定壽命的。早期的LED只是手電筒、臺燈這類的禮品，用的時間不長，壽命問題不突出。但是現(xiàn)在LED已經(jīng)開始廣泛地用于室外和室內(nèi)的照明之中，尤其是大功率的LED路燈，其功率大、發(fā)熱高、工作時間長，壽命問題就十分突出。理論上可以10萬小時的壽命，可是實際上卻不可而知，那么到底問題出在哪里呢？
假如不考慮電源和驅(qū)動的故障，LED的壽命表現(xiàn)為它的光衰，也就是時間長了，亮度就越來越暗，直到最后熄滅。通常定義衰減30%的時間作為其壽命。那么LED的壽命能不能預(yù)測呢？答案是肯定的。
LED壽命也能夠被預(yù)測！
1． LED的光衰：
大多數(shù)白色LED是由藍(lán)色LED照射黃色熒光粉而得到的。引起LED光衰的主要原因有兩個，一個是藍(lán)光LED本身的光衰，藍(lán)光 LED的光衰遠(yuǎn)比紅光、黃光、綠光LED要快。還有一個是熒光粉的光衰，熒光粉在高溫下的衰減十分嚴(yán)重。各種品牌的LED它的光衰是不同的。通常LED的廠家能夠給出一套標(biāo)準(zhǔn)的光衰曲線來。例如美國Cree公司的光衰曲線就如圖1所示。
圖1. Cree公司的LED的光衰曲線
從圖中可以看出，LED的光衰是和它的結(jié)溫有關(guān)，所謂結(jié)溫就是半導(dǎo)體PN結(jié)的溫度，結(jié)溫越高越早出現(xiàn)光衰，也就是壽命越短。從圖上可以看出，假如結(jié)溫為105度，亮度降至70%的壽命只有一萬多小時，95度就有2萬小時，而結(jié)溫降低到75度，壽命就有5萬小時，65度時更可以延長至9萬小時。所以延長壽命的關(guān)鍵就是要降低結(jié)溫。不過這些數(shù)據(jù)只適合于Cree的LED。并不適合于其他公司的LED。例如Lumiled公司的LuxeonK2的光衰曲線就如圖2所示。
圖2. Lumiled 公司的LuxeonK2的光衰曲線
當(dāng)結(jié)溫從115℃提高到135℃，就會使壽命從50,000小時降低到20,000小時。其他各家公司的光衰曲線應(yīng)當(dāng)可以向原廠索取。
2．如何才能延長LED 的壽命
由圖中可以得出結(jié)論，要延長其壽命的關(guān)鍵是要降低其結(jié)溫。而降低結(jié)溫的關(guān)鍵就是要有好的散熱器。能夠及時地把LED產(chǎn)生的熱散發(fā)出去。
在這里我們不準(zhǔn)備討論如何設(shè)計散熱器的問題，而是要討論哪一個散熱器的散熱效果相對比較好的問題。實際上，這是一個結(jié)溫的測量問題，假如我們能夠測量任何一種散熱器所能達(dá)到的結(jié)溫，那么不但可以比較各種散熱器的散熱效果，而且還能知道采用這種散熱器以后所能實現(xiàn)的LED壽命。
3． 如何測量結(jié)溫
結(jié)溫看上去是一個溫度測量問題，可是要測量的結(jié)溫在LED的內(nèi)部，總不能拿一個溫度計或熱電偶放進(jìn)PN結(jié)來測量它的溫度。當(dāng)然它的外殼溫度還是可以用熱電偶測量的，然后根據(jù)給出的熱阻Rjc（結(jié)到外殼），可以推算出它的結(jié)溫。，但是在安裝好散熱器以后，問題就又變得復(fù)雜起來了。因為通常LED是焊接到鋁基板，而鋁基板又安裝到散熱器上，假如只能測量散熱器外殼的溫度，那么要推算結(jié)溫就必須知道很多熱阻的值。包括Rjc（結(jié)到外殼），Rcm（外殼到鋁基板，其實其中還應(yīng)當(dāng)包括薄膜印制版的熱阻），Rms（鋁基板到散熱器），Rsa（散熱器到空氣），其中只要有一個數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確就會影響測試的準(zhǔn)確度。圖3給出了LED到散熱器各個熱阻的示意圖。其中合并了很多熱阻，使得其精確度更加受到限制。也就是說，要從測得的散熱器表面溫度來推測結(jié)溫的精確度就更差。
圖3. LED到散熱器各個熱阻的示意圖
幸好有一個間接測量溫度的方法，那就是測量電壓。那么結(jié)溫和哪個電壓有關(guān)呢？這個關(guān)系又是怎么樣的呢？
我們首先要從LED的伏安特性講起。
4． LED伏安特性的溫度系數(shù)
我們知道LED是一個半導(dǎo)體二極管，它和所有二極管一樣具有一個伏安特性，也和所有的半導(dǎo)體二極管一樣，這個伏安特性有一個溫度特性。其特點就是當(dāng)溫度上升的時候，伏安特性左移。圖4中畫出了LED的伏安特性的溫度特性。
圖4. LED伏安特性的溫度特性
假定對LED以Io恒流供電，在結(jié)溫為 T1時，電壓為V1，而當(dāng)結(jié)溫升高為T2時，整個伏安特性左移，電流Io不變，電壓變?yōu)閂2。這兩個電壓差被溫度去除，就可以得到其溫度系數(shù)，以 mV/oC表示。對于普通硅二極管，這個溫度系數(shù)大約為-2mV/oC。但是LED大多數(shù)不是用硅材料制成的，所以它的溫度系數(shù)也要另外去測定。幸好各家 LED廠家的數(shù)據(jù)表中大多給出了它的溫度系數(shù)。例如對于Cree公司的XLamp7090XR-E大功率LED，其溫度系數(shù)為-4mV/oC。要比普通硅二極管大2倍。至于美國普瑞的陣列LED（BXRA）就給出了更為詳細(xì)的數(shù)據(jù)。
不管怎樣，只要知道LED的溫度系數(shù)就很容易可以從測量LED的前向電壓中推算出 LED的結(jié)溫了。
5． 如何具體測算LED的結(jié)溫。
現(xiàn)在就以Cree公司的XLamp7090XR-E為例。來說明如何具體測算LED的結(jié)溫。要求已經(jīng)把LED安裝到散熱器里，并且是采用恒流驅(qū)動器作為電源。同時要把連接到LED去的兩根線引出來。在通電以前就把電壓表連接到輸出端（LED的正極和負(fù)極），然后接通電源，趁LED還沒有熱起來之前，馬上讀出電壓表的讀數(shù)，也就是相當(dāng)于V1的值，然后等至少1小時，等它已經(jīng)達(dá)到熱平衡，再測一次，LED兩端的電壓，相當(dāng)于V2。把這兩個值相減，得出其差值。再被4mV去除一下，就可以得出結(jié)溫了。實際上，LED多半為很多個串聯(lián)再并聯(lián)，這也不要緊，這時的電壓差值是由很多串聯(lián)的LED所共同貢獻(xiàn)，所以要把這個電壓差值除以所串聯(lián)的LED數(shù)目再去除以4mV，就可以得到其結(jié)溫。例如，LED是10串2并，第一次測得的電壓為33V，第二次熱平衡后測得的電壓為30V，電壓差為3V。這個數(shù)字先要除以所串聯(lián)的LED個數(shù)（10個），得到0.3V，再除以4mV，可以得到75度。假定開機(jī)前的環(huán)境溫度是20度，那么這時候的結(jié)溫就應(yīng)當(dāng)是95度。
采用這種方法得出的結(jié)溫，肯定要比用熱電偶測量散熱器的溫度再來推算其結(jié)溫要準(zhǔn)確很多。
6． 如何來預(yù)測這個燈具的壽命
從結(jié)溫來推測壽命好像應(yīng)該很簡單，只要查一下圖1的曲線，就可以知道對應(yīng)于95度結(jié)溫時的壽命就可以得到LED的壽命為2萬小時了。但是，這種方法用于室內(nèi)的LED燈具還有一定的可信度，如果應(yīng)用到室外的LED燈具，尤其是大功率LED路燈，那里還有很多不確定因素。最大的問題是LED路燈的散熱器的散熱效率的隨時間而降低。這是由于塵土、鳥屎的積累而使得其散熱效率降低。也還因為室外有很強(qiáng)烈的紫外線，也會使LED的壽命降低。紫外線主要是對封裝的環(huán)氧樹脂的老化起很大作用，假如采用硅膠，可以有所改善。紫外線對熒光粉的老化也有一些壞作用，但不是很嚴(yán)重。
不過，這種方法用來相對比較兩種散熱器的散熱效果是比較有效的。很明顯，伏安特性左移越小的散熱器，其散熱效果就越好。另外，對于預(yù)測室內(nèi)LED燈具的壽命也還是有一定的準(zhǔn)確度的。
長壽命LED照明解決方案
一、先進(jìn)封裝技術(shù)解決散熱問題
由于LED萌生的光線在封裝天然樹脂內(nèi)反射，假如運(yùn)用可以變更芯片側(cè)面光線挺進(jìn)方向的天然樹脂材質(zhì)反射板，則反射板會借鑒光線，使光線的抽取量急速銳減。所以，我們必須得想辦法減低LED芯片的溫度，從而減緩LED芯片降低溫度效用的負(fù)擔(dān)。保持LED的運(yùn)用生存的年限，目前研究出來的辦法是改善芯片外形，使用小規(guī)模芯片，關(guān)于LED的長命化，到現(xiàn)在為止LED廠商采取的對策是改變封裝材料，同時將熒光材料散布在封裝材料內(nèi)，特別是硅質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外線LED芯片上方環(huán)氧氣天然樹脂封裝材料，可以更管用制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度。
如何改善LED散熱性能
由于LED萌生的光線在封裝天然樹脂內(nèi)反射，假如運(yùn)用可以變更芯片側(cè)面光線挺進(jìn)方向的天然樹脂材質(zhì)反射板，則反射板會借鑒光線，使光線的抽取量急速銳減。因為這個，不可少想辦法減低LED芯片的溫度，換言之，減低LED芯片到燒焊點的熱阻抗，可以管用減緩LED芯片降低溫度效用的負(fù)擔(dān)。
相關(guān)LED的運(yùn)用生存的年限，例如改用硅質(zhì)封裝材料與瓷陶封裝材料，能使LED的運(yùn)用生存的年限增長一位數(shù)，特別是白光LED的閃光頻譜包括波長低于450nm短波長光線，傳統(tǒng)環(huán)氧氣天然樹脂封裝材料極易被短波長光線毀傷，高功率白光LED的大光量更加速封裝材料的劣化，依據(jù)業(yè)者測試 最后結(jié)果顯露 蟬聯(lián)點燈不到10,000小時，高功率白光LED的亮度已經(jīng)減低二分之一以上，根本沒有辦法滿意照明光源長生存的年限的基本要求。到現(xiàn)在為止有兩種延長組件運(yùn)用生存的年限的對策，作別是，制約白光LED群體的溫升，和休止運(yùn)用天然樹脂封裝形式。
不過，其實大功率LED 的發(fā)卡路里比小功率LED高數(shù)十倍以上，并且溫升還會使閃光速率大幅下跌。具體內(nèi)部實質(zhì)意義作別是：減低芯片到封裝的熱阻抗、制約封裝至印刷電路基板的熱阻抗、增長芯片的散熱順利通暢性。
想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題
相關(guān)LED的閃光速率，改善芯片結(jié)構(gòu)與封裝結(jié)構(gòu)，都可以達(dá)到與低功率白光LED相同水準(zhǔn)。有鑒于此美國Lumileds與東洋CITIZEN等照明設(shè)施、LED封裝廠商，一個跟著一個研發(fā)高功率LED用簡易散熱技術(shù)，CITIZEN在2004年著手著手制作白光LED樣品封裝，不必特別結(jié)合技術(shù)也能夠?qū)⒑窦s2~3mm散熱裝置的卡路里直接排放到外部，依據(jù)該CITIZEN報導(dǎo)固然LED芯片的結(jié)合點到散熱裝置的30K/W熱阻抗比OSRAM的9K/W大，并且在普通背景下室溫會使熱阻抗增加1W左右，縱然是傳統(tǒng)印刷電路板無冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷狀況下，該白光LED板塊也可以蟬聯(lián)點燈運(yùn)用。
相關(guān)閃光特別的性質(zhì)平均性，普通覺得只要改善白光LED的熒光體材料液體濃度平均性與熒光體的制造技術(shù)，應(yīng)當(dāng)可以克服上面所說的圍困并攪擾。
因為增加電力反倒會導(dǎo)致封裝的熱阻抗急速降至10K/W以下，因為這個海外業(yè)者以前研發(fā)耐高溫白光LED，打算借此改善上面所說的問題。
固然硅質(zhì)封裝材料可以保證LED的40,000小時的運(yùn)用生存的年限，不過照明設(shè)施業(yè)者卻顯露出來不一樣的看法，主要爭辯是傳統(tǒng)電燈泡與日光燈的運(yùn)用生存的年限，被定義成“亮度降至30百分之百以下”。亮度減半時間為四萬鐘頭的LED，若換算成亮度降至30百分之百以下的話，大約只剩二萬鐘頭左右。
普通覺得假如徹底執(zhí)行以上兩項延壽對策，可以達(dá)到亮度30百分之百時四萬鐘頭的要求。因為這個，松下電工研發(fā)印刷電路板與封裝一體化技術(shù)，該企業(yè)將1mm正方形的藍(lán)光LED以flip chip形式封裝在瓷陶基板上，繼續(xù)再將瓷陶基板粘附在銅質(zhì)印刷電路板外表，依據(jù)松下報道里面含有印刷電路板順德led顯示屏在內(nèi)板塊群體的熱阻抗約是15K/W左右。所以Lumileds與CITIZEN是采取增長結(jié)合點容許溫度，德國OSRAM企業(yè)則是將LED芯片設(shè)置在散熱裝置外表，達(dá)到9K/W超低熱阻抗記錄，該記錄比OSRAM以往研發(fā)同級產(chǎn)品的熱阻抗減損40百分之百。值當(dāng)一提的是該LED板塊 封裝時，認(rèn)為合適而使用與傳統(tǒng)辦法相同的flip chip形式，然而LED板塊與散熱裝置結(jié)合乎時常，則挑選最靠近LED芯片閃光層作為結(jié)合面，借此使閃光層的卡路里能夠以最短距離傳導(dǎo)排放。
以往LED 業(yè)者為了取得充分的白光LED 光柱，以前研發(fā)大尺寸LED芯片 打算藉此形式達(dá)到預(yù)先期待目的。如上增長給予電力的同時，不可少想辦法減損熱阻抗、改善散熱問題。然而，其實白光LED的給予電努力堅持續(xù)超過1W以上時光柱反倒會減退，閃光速率相對減低20~30百分之百。換言之，白光LED的亮度假如要比傳統(tǒng)LED大數(shù)倍，耗費電力特別的性質(zhì)逾越日光燈的話，就不可少克服下面所開列四大課題：制約溫升、保證運(yùn)用生存的年限、改善閃光速率，以及閃光特別的性質(zhì)平均化。反過來說縱然白光LED具有制約熱阻抗的結(jié)構(gòu)，假如卡路里沒有辦法從封裝傳導(dǎo)到印刷電路板的話，LED溫度升漲的最后結(jié)果毅然會使閃光速率急速下跌。
解決封裝的散熱問題才是根本辦法
溫升問題的解決辦法是減低封裝的熱阻抗；保持LED的運(yùn)用生存的年限的辦法是改善芯片外形、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；改善LED的閃光速率的辦法是改善芯片結(jié)構(gòu)、認(rèn)為合適而使用小規(guī)模芯片；至于閃光特別的性質(zhì)平均化的辦法是改善LED的封裝辦法，這些個辦法已經(jīng)陸續(xù)被研發(fā)中。因為環(huán)氧氣天然樹脂借鑒波長為400~450nm的光線的百分率高達(dá)45%，硅質(zhì)封裝材料則低于1百分之百，輝度減半的時間環(huán)氧氣天然樹脂不到一萬鐘頭，硅質(zhì)封裝材料可以延長到四萬鐘頭左右，幾乎與照明設(shè)施的預(yù)設(shè)生存的年限相同，這意味著照明設(shè)施運(yùn)用時期不需改易白光LED。然而硅質(zhì)天然樹脂歸屬高彈性軟和材料，加工時不可少運(yùn)用不會刮傷硅質(zhì)天然樹脂外表的制造技術(shù)，這個之外加工時硅質(zhì)天然樹脂極易依附粉屑，因為這個未來不可少研發(fā)可以改善外表特別的性質(zhì)的技術(shù)。
相關(guān)LED的長命化，到現(xiàn)在為止LED廠商采取的對策是改變封裝材料，同時將熒光材料散布在封裝材料內(nèi)，特別是硅質(zhì)封裝材料比傳統(tǒng)藍(lán)光、近紫外線LED芯片上方環(huán)氧氣天然樹脂封裝材料，可以更管用制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度。
改變封裝材料制約材質(zhì)劣化與光線洞穿率減低的速度
2003年東芝Lighting以前在400mm正方形的鋁合金外表，鋪修閃光速率為60lm/W低熱阻抗白光LED，無冷卻風(fēng)扇等特別散熱組件前提下，試著制做光柱為300lm的LED板塊。主要端由是電流疏密程度增長2倍以上時，不惟不由得易從大型芯片抽取光線，最后結(jié)果反倒會導(dǎo)致閃光速率還不如低功率白光 LED的窘境。依據(jù)德國OSRAM Opto Semi conductors Gmb實驗最后結(jié)果證明，上面所說的結(jié)構(gòu)的LED芯片到燒焊點的熱阻抗可以減低9K/W，約是傳統(tǒng)LED的1/6左右，封裝后的LED給予2W的電力時，LED芯片的結(jié)合溫度比燒焊點高18K，縱然印刷電路板溫度升漲到50℃，結(jié)合溫度頂多只有70℃左右；相形之下過去熱阻抗一朝減低的話，LED芯片的結(jié)合溫度便會遭受印刷電路板溫度的影響。制約白光LED溫升可以認(rèn)為合適而使用冷卻LED封裝印刷電路板的辦法，主要端由是封裝天然樹脂高溫狀況下，加上強(qiáng)光映射會迅速劣化，沿襲阿雷紐斯法則溫度減低10℃生存的年限會延長2倍 。
因為散熱裝置與印刷電路板之間的細(xì)致精密性直接左右導(dǎo)熱效果，因為這個印刷電路板的預(yù)設(shè)變得十分復(fù)雜。
為了減低熱阻抗，很多海外LED廠商將LED芯片設(shè)置在銅與瓷陶材料制成的散熱裝置（heat sink）外表，繼續(xù)再用燒焊形式將印刷電路板的散熱用導(dǎo)線連署到利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷的散熱裝置上。因為東芝Lighting領(lǐng)有浩博的試著制做經(jīng)驗，因為這個該企業(yè)表達(dá)因為摹擬剖析技術(shù)的進(jìn)步提高，2006年在這以后超過60lm/W的白光LED，都可以輕松利用燈具、框體增長導(dǎo)熱性，或是利用冷卻風(fēng)扇強(qiáng)迫空冷形式預(yù)設(shè)照明設(shè)施的散熱，不必特別散熱技術(shù)的板塊結(jié)構(gòu)也能夠運(yùn)用白光LED。
Lumileds于2005年著手制作的高功率LED芯片，結(jié)合容許溫度更高達(dá)+185℃，比其他企業(yè)同級產(chǎn)品高60℃，利用傳統(tǒng)RF 4印刷電路板封裝時，四周圍背景溫度40℃范圍內(nèi)可以輸入相當(dāng)于1.5W電力的電流（約是400mA）。這也是LED廠商完全一樣認(rèn)為合適而使用瓷陶系與金屬系封裝材料主要端由?？v然封裝技術(shù)準(zhǔn)許高卡路里，然而LED芯片的結(jié)合溫度卻可能超過容許值，最終業(yè)者終于了悟到解決封裝的散熱問題才是根本辦法。
三種主流LED封裝散熱結(jié)構(gòu)
LED封裝光源的散熱問題，一直是LED產(chǎn)品開發(fā)中遇到非常重要的問題，特別是散熱材料的選用，一直是工程師的難題。因為產(chǎn)品材料的導(dǎo)熱性能就非常之關(guān)鍵。
就目前而言，陶瓷材料是導(dǎo)熱性能非常好的材料，它有導(dǎo)熱率高，良好的物量性能（不不收縮，不變形），良好的絕緣性能與導(dǎo)熱性能。因此，采用陶瓷材料將是未來LED產(chǎn)品開發(fā)的主流趨勢！
下面對幾種LED封裝常用材料的相關(guān)參數(shù)、性質(zhì)及結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比。并圖解了LED封裝常用陶瓷支架的生產(chǎn)原理。
LED封裝常用材料相關(guān)參數(shù)對比圖
從提供的資料看，所用的陶瓷材料是三氧化二鋁，我認(rèn)為用它替代銅，簡直是技術(shù)倒退！除非你打算讓LED的芯片工作到150度以上的溫度。大家實測一下圖中第一和第二種結(jié)構(gòu)芯片的溫度就知道那種陶瓷的不好了。
大家要明白，電子工業(yè)中采用所謂“導(dǎo)熱陶瓷”（實際導(dǎo)熱遠(yuǎn)不如銅、鋁等金屬）的目的是什么。并非是它導(dǎo)熱比常用的導(dǎo)熱金屬的導(dǎo)熱能力強(qiáng)，而是在于陶瓷的絕緣性能和低的膨脹系數(shù)。當(dāng)這兩項參數(shù)不是問題時，使用陶瓷絕對無益。導(dǎo)熱好的陶瓷導(dǎo)熱性能不如銅，與鋁相當(dāng)，價格高，加工難，脆性大，不抗震動。
提示一下，有興趣的可以去看看下面幾種材料的性能再回來看這個帖子。氧化鋁、氧化鈹、氮化鋁、純銅、純鋁、散熱用的幾種合金鋁、鋁基板及鋁基板的絕緣層，等等。好好學(xué)習(xí)一下這些材料的物理特性，再了解一下它們的價格。
LED熱隔離封裝技術(shù)及對光電性能的改善
在傳統(tǒng)的白光LED封裝結(jié)構(gòu)中，熒光粉直接涂覆于芯片上面，工作時，芯片釋放的熱量直接加載在熒光粉上面，導(dǎo)致了熒光粉的溫升，使得熒光粉在高溫下轉(zhuǎn)化效率降低。而在熒光粉與芯片之間引入一層低導(dǎo)熱的熱隔離層能夠有效的阻止芯片的熱量直接加載到熒光粉上，降低了熒光粉層溫度，使得白光LED在大電流注入下都能保持較高的流明效率。除了芯片釋放的熱量之外，涂覆的熒光粉受藍(lán)光激發(fā)時，因熒光粉的轉(zhuǎn)化效率尚未達(dá)到100%，另外由于散射等其它損耗的存在，熒光粉顆粒本身也會有少量的熱量釋放，容易形成局域熱量累積，為此當(dāng)熒光粉材料轉(zhuǎn)化效率較低時，還需為熒光粉提供散熱通道，防止熒光粉顆粒局域熱的生成。下面通過傳統(tǒng)熒光粉涂覆方式和熱隔離封裝方式兩組實驗對比了解兩種結(jié)構(gòu)中芯片和熒光粉的熱相互作用。
1. LED芯片對熒光粉的加熱
為了評價LED芯片對熒光粉熱性能方面的影響，我們制作了兩組白光LED封裝結(jié)構(gòu)，一組采用傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式，另一組采用熱隔離的熒光粉涂覆方式，圖5是該熱隔離封裝結(jié)構(gòu)的剖面制樣圖。
圖5 傳統(tǒng)白光LED橫截面圖示(a)熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)(b)，h=1mm
熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)是通過熒光粉覆膜的方式實現(xiàn)的。熒光粉覆膜技術(shù)是我們提出的一種新型熒光粉涂覆方法，即根據(jù)出光要求設(shè)計好熒光粉膜層的結(jié)構(gòu)，在專用模具內(nèi)完成熒光粉膜層的成型，剝離后，將熒光粉膜層轉(zhuǎn)移到LED芯片上方，同時LED芯片和熒光粉膜層中間還有一層低導(dǎo)熱系數(shù)的硅膠層。為了表明兩種封裝結(jié)構(gòu)熱性能上的差別，我們比較了兩種封裝結(jié)構(gòu)表面的溫度分布圖。圖6是兩種封裝結(jié)構(gòu)在200、350和500mA直流驅(qū)動下表面IR Camera測得溫度徑向分布。在200 mA驅(qū)動電流下時，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)比傳統(tǒng)封裝方式中心溫度低1.6℃。在350mA和500mA注入電流下時，熒光粉層的溫差分別達(dá)到了8.5℃和 16.8℃，并且在500mA注入電流下時，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)熒光粉的表層最高溫度已經(jīng)達(dá)到130.2℃。另外，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)整個熒光粉表層的溫度都很均勻，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中熒光粉中心溫度較高，在大電流時尤為明顯。
我們通過有限元模擬來分析封裝結(jié)構(gòu)中的參數(shù)變化對白光LED性能的影響。結(jié)果表明，可以通過封裝結(jié)構(gòu)設(shè)計及封裝材料熱導(dǎo)率調(diào)整來調(diào)控?zé)晒夥蹖拥臏囟取D7是LED熱隔離封裝結(jié)構(gòu)中的溫度縱向分布，熒光粉層的溫度通過引入的熱隔離硅膠層大大降低了。
圖6 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和熱隔離結(jié)構(gòu)中熒光粉表面的溫度曲線，紅色為實驗值，藍(lán)色為模擬值
圖7 熱隔離封裝結(jié)構(gòu)中，樣品沿h2方向的徑向溫度分布(h2=1mm)
綜上所述，降低熒光粉層溫度的有效辦法是在芯片與熒光粉層之間引入低導(dǎo)熱的熱隔離層，尤其對于更大功率的LED器件而言，對熒光粉的熱控制技術(shù)顯得尤為重要。
2．熒光粉局域熱效應(yīng)
熒光粉層并不是具有均勻熱導(dǎo)率的單一介質(zhì)，而是由熒光粉顆粒與低導(dǎo)熱的硅膠混合而成，每顆熒光粉顆粒由硅膠包裹而成。我們的研究結(jié)果表明熒光粉顆粒在不同的轉(zhuǎn)化效率下(即不同的釋熱量)芯片和熒光粉的溫場分布。在熒光粉轉(zhuǎn)化效率高(>80%)的情況下，熒光粉的溫度主要受芯片加熱的影響。熒光粉距離芯片越近，溫度越高，熱隔離的措施能有效降低熒光粉的溫度。在熒光粉顆粒發(fā)熱明顯的情況下，由于包裹熒光粉顆粒是低導(dǎo)熱率的硅膠，熒光粉顆粒會形成局域熱量，使得熒光粉顆粒的溫度升高，甚至超過芯片的溫度。而出現(xiàn)熒光粉局域熱量的條件是熒光粉的低轉(zhuǎn)化效率，導(dǎo)致熒光粉釋熱大。
在實際的LED封裝結(jié)構(gòu)中，熒光粉的轉(zhuǎn)化效率高，熒光粉的溫度主要是由于芯片的加熱作用，熒光粉與芯片直接有效的熱隔離能明顯降低熒光粉的溫度。進(jìn)一步降低熒光粉層的溫度可以通過提高熒光粉層的導(dǎo)熱率來實現(xiàn)。
為了表明兩種封裝結(jié)構(gòu)對白光LED光色性能的影響，我們把LED白光光譜中藍(lán)光波段(Blue) 和黃光波段(Yellow)提取出來，以藍(lán)光波段光譜和黃光波段光譜的積分量比例值(B/Y)作為光譜評價依據(jù)。圖8表明的是電流從50mA到 800mA，兩種情況下B/Y值跟注入電流的關(guān)系，B/Y值的變化反映了白光LED光色的變化，在圖9中，我們展示了兩種結(jié)構(gòu)中光通量、色溫(CCT)跟注入電流的變化關(guān)系。兩種封裝結(jié)構(gòu)中，注入電流在達(dá)到300mA以前，兩者光通量的值幾乎沒發(fā)生變化，隨著注入電流的繼續(xù)升高，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)顯示了更好的光飽和性能。色溫CCT反映了白光LED光色的表現(xiàn)性能，注入電流從50mA增加到800mA，熱隔離結(jié)構(gòu)的LED色溫僅變化253K，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) LED色溫變化達(dá)1773K。圖8中B/Y值的變化也反映了這種趨勢，熱隔離封裝結(jié)構(gòu)在較大的電流變化范圍內(nèi)B/Y值變化很小，而傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中B/Y值的變化很大。在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，電流越大時，B/Y值也隨著增大，這說明隨著電流增加，LED光譜中藍(lán)光成分增強(qiáng)，而將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為黃光的熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降。而造成熒光粉轉(zhuǎn)化效率下降的一個重要原因就是芯片對熒光粉的加熱，造成了熒光粉溫度上升。
圖8 兩種封裝結(jié)構(gòu)中白光LED光譜中藍(lán)光段(Blue)與黃光段(Yellow)光強(qiáng)比(B/Y)(插圖是藍(lán)光和黃光比例)
圖9 兩種封裝結(jié)構(gòu)光通量(左軸)和色溫(右軸)與電流的依賴關(guān)系
熒光粉熱隔離封裝結(jié)構(gòu)帶來光色性能的改善，一個重要原因是由于該結(jié)構(gòu)降低了熒光粉的溫度，使得熒光粉保持了較高的轉(zhuǎn)化效率。
二、高效率電源匹配LED長壽特征
由于擁有更高的效率與更長的使用壽命，LED的使用日益普及。因此，供電電源需要具有更高效率，至少要有與LED相同的使用壽命。就THD（總諧波失真）而言，歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN61000-3-2對功率損耗超過25W的照明裝置有嚴(yán)格限制。此外，這些照明裝置需要滿足功率因數(shù)要求。為此，需要包含有源PFC（功率因數(shù)校正），以確保輸入電流與輸入電壓吻合。
LED驅(qū)動電源的選擇和設(shè)計應(yīng)考慮的問題
LED是具有二極管特性的發(fā)光管，它只能單方向通電。通常LED亮度輸出與通過LED電流成正比，但白光LED在大電流下會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，發(fā)光效率大幅度降低，甚至失效，因此LED使用電流不能超過其規(guī)格額定值。另外，LED亮度輸出與溫度成反比，所以使用中應(yīng)盡量減少電源發(fā)熱和設(shè)計良好的散熱系統(tǒng)。
目前LED均采用直流驅(qū)動，因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅(qū)動電源。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成合適LED的直流電。根據(jù)電網(wǎng)的用電規(guī)則和LED的驅(qū)動特性要求，在選擇和設(shè)計LED驅(qū)動電源時要考慮到以下幾點：
1．高可靠性
特別像LED 路燈的驅(qū)動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。
2．高效率
LED是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內(nèi)的結(jié)構(gòu)，尤為重要。因為LED的發(fā)光效率隨著LED溫度的升高而下降，所以LED的散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
3．高功率因素
功率因素是電網(wǎng)對負(fù)載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強(qiáng)制性指標(biāo)。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大，但晚上大家點燈，同類負(fù)載太集中，會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅(qū)動電源，據(jù)說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標(biāo)要求。
4．驅(qū)動方式
現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。它的優(yōu)點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運(yùn)行的問題。這兩種形式，在一段時間內(nèi)并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
5．浪涌保護(hù)
LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強(qiáng)這方面的保護(hù)也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負(fù)載的啟甩和雷擊的感應(yīng)，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。因此LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入，保護(hù)LED不被損壞的能力。
6．保護(hù)功能
電源除了常規(guī)的保護(hù)功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負(fù)反饋，防止LED溫度過高。
7． 防護(hù)方面
燈具外安裝型，電源結(jié)構(gòu)要防水、防潮，外殼要耐曬。
8 ．驅(qū)動電源的壽命要與LED的壽命相適配。
9 ．要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
三、ESD保護(hù)延長LED現(xiàn)場使用壽命
隨著亮度和能效的提升，延長使用壽命已經(jīng)為促進(jìn)基于高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)的固態(tài)照明設(shè)計快速發(fā)展的主要因素之一。然而，并非所有HB-LED 在這些方面都旗鼓相當(dāng)，制造商應(yīng)用靜電放電(ESD)保護(hù)的方式可能是影響HB-LED現(xiàn)場使用壽命的一個至關(guān)鍵的因素。安森美半導(dǎo)體的Vidya Premkumar將在本文中探討ESD保護(hù)的重要性，闡釋HB-LED模塊制造商藉著最先進(jìn)保護(hù)技術(shù)來確保其設(shè)計將使用壽命和質(zhì)量潛能提升至最優(yōu)。
集成ESD保護(hù)提升HB-LED的壽命和質(zhì)量
隨著亮度和能效的提升，延長使用壽命已經(jīng)為促進(jìn)基于高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)的固態(tài)照明設(shè)計快速發(fā)展的主要因素之一。然而，并非所有HB-LED在這些方面都旗鼓相當(dāng)，制造商應(yīng)用
靜電放電(ESD)保護(hù)的方式可能是影響HB-LED現(xiàn)場使用壽命的一個至關(guān)鍵的因素。安森美半導(dǎo)體的VidyaPremkumar將在本文中探討ESD保護(hù)的重要性，闡釋HB-LED模塊制造商藉著最先進(jìn)保護(hù)技術(shù)來確保其設(shè)計將使用壽命和質(zhì)量潛能提升至最優(yōu)。
引言：演進(jìn)曲線之外的威脅
綠光和藍(lán)光LED的商業(yè)化，再結(jié)合近年來實現(xiàn)的每個器件平均光輸出穩(wěn)步快速的提升，為固態(tài)照明開啟了大量新的應(yīng)用市場。HB-LED的價格和性能已經(jīng)超越海茲定律(Haitz's Law)（類似于針對晶體管密度的摩爾定律）；根據(jù)這個定律，LED的光輸出等級每2年會翻倍，平均每流明光輸出的成本每10年會降低10倍。
事實上，LED的光輸出現(xiàn)在每18個月（甚至更短時間）就翻倍，如今市場上已有光效達(dá)到120 lm/W的器件，而領(lǐng)先的實驗室甚至都演示了光效達(dá)200 lm/W的LED。HB-LED的光輸出能力和成本大幅改善的同時，也跟當(dāng)今先進(jìn)集成電路(IC)一樣，容易因ESD而遭受嚴(yán)重?fù)p傷。
IC制造商已經(jīng)將ESD損傷確定為CMOS器件現(xiàn)場可靠性的一項主要威脅，它可能損害品牌形象并妨礙市場接受新技術(shù)。為了避免這個情況，業(yè)界積極努力用后續(xù)新工藝節(jié)點來優(yōu)化集成ESD保護(hù)架構(gòu)，雖然這項工作很少(如果有的話)受到媒體的關(guān)注。同樣地，領(lǐng)先的HB-LED制造商也將ESD確定為固態(tài)照明的一項顯著威脅，并與ESD專家協(xié)作制定適合的保護(hù)措施。當(dāng)總光輸出增加提供了令人興奮的題材，眾多有效的ESD保護(hù)措施也應(yīng)運(yùn)而生，并被知名制造商并入到已在市場銷售的HB-LED之中。
易受ESD損傷
將藍(lán)寶石襯底和制造綠光和藍(lán)光發(fā)射器時使用的外延集成在一起，結(jié)果使得器件與紅光LED等相比更易受到ESD損傷。由于藍(lán)寶石襯底是純絕緣體，生產(chǎn)期間加工器件時會累積大量的靜電電荷。此外，外延層跟紅光LED制造過程中使用的外延層相比，往往更易遭受ESD損傷，很可能就是因為制造過程帶入瑕疵等效應(yīng)引起的。
在CMOS器件中，制造期間發(fā)生的ESD操作可能在投入現(xiàn)場應(yīng)用之前仍然還未被發(fā)現(xiàn)，使得應(yīng)用現(xiàn)場可能會發(fā)生未預(yù)料到且成本高昂的故障。LED遭受ESD損傷的常見后果有如裸片表面出現(xiàn)暗點，這會導(dǎo)致LED光輸出下降，并可能使LED燈泡沒用多久就出現(xiàn)故障。LED制造期間的高ESD損傷率會損及量產(chǎn)良率，并實際導(dǎo)致良品的價格升高。由于HB-LED的長工作壽命是固態(tài)照明相對于傳統(tǒng)照明的一項重要優(yōu)勢，HB-LED有效的ESD保護(hù)顯然必不可少。
如果LED模塊中不含適合的保護(hù)，客戶工程師可能需要在電路板級應(yīng)用分立保護(hù)，這在物料單(BOM)成本和印制電路板(PCB)空間等方面可能造成損失，而且板級ESD保護(hù)遠(yuǎn)不足以為LED裸片提供保護(hù)。在封裝中集成有效的ESD保護(hù)是一種更合意的途徑，受到了當(dāng)今眾多HB-LED制造大廠的青睞。ESD保護(hù)可以應(yīng)用為LED發(fā)射器裸片旁邊的額外裸片，或在更緊湊的布局中用作上面粘接LED發(fā)射器裸片的次級貼裝(submount)或側(cè)面貼裝(sidemount)。
集成保護(hù)
圖10 使用側(cè)面貼裝TVS二極管應(yīng)用LED保護(hù)
業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了下面兩種集成ESD配置。圖10所示的側(cè)面貼裝配置將瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)二極管應(yīng)用在與LED發(fā)射器裸片相同的封裝內(nèi)，二極管可以使用線綁定或倒裝芯片技術(shù)來連接，因應(yīng)具體應(yīng)用要求而定。額定ESD等級因裸片尺寸不同而不同，通常介于8 kV至15 kV人體模型(HBM)之間。
圖11顯示了如何在LED和引線框之間應(yīng)用硅次級貼裝來更緊密地集成ESD保護(hù)。這種構(gòu)造使LED外形尺寸更緊湊；次級貼裝替代側(cè)面貼裝LED模塊中使用的傳統(tǒng)襯底，提供的ESD保護(hù)等級超過15 kV HBM。硅次級貼裝的良好熱傳導(dǎo)性也幫助LED緩解由于LED與引線框熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致的應(yīng)力。
這兩種途徑都符合多種頂部及背部鍍金工藝以適應(yīng)大多數(shù)制造要求，如帶頂層鋁涂層(AuAl, CuAl)選擇、提供更高反射率的金或銅工藝，以及金或金錫(AuSn)背金工藝選擇。
保護(hù)性能
集成ESD保護(hù)二極管陣列的最關(guān)鍵參數(shù)包括低動態(tài)電阻(Rdyn)和低輸入電容(Cin)，這樣ESD保護(hù)器件就能夠快速地響應(yīng)ESD尖峰，并耗散大多數(shù)電流，從而避免LED裸片損傷。安森美半導(dǎo)體的ESD保護(hù)技術(shù)產(chǎn)品在次級貼裝保護(hù)器中提供僅在0.2至0.4Ω等級的極低動態(tài)阻抗。安森美半導(dǎo)體的次級貼裝保護(hù)器件本質(zhì)上比競爭產(chǎn)品提供更佳的動態(tài)電阻，這在ESD等瞬態(tài)事件期間轉(zhuǎn)化為更低及更好的鉗位電壓，LED或LED串相應(yīng)地受到更高水平的保護(hù)。此外，次級貼裝保護(hù)器也提供浪涌保護(hù)，這在LED暴露于電源浪涌或雷電尖峰的應(yīng)用中非常重要。
大多數(shù)固態(tài)燈模塊都包括串聯(lián)連接的共用封裝HB-LED裸片。在白光LED(WLED)光源中，通常就采用這種方法來提供高總光輸出。用于背光應(yīng)用或營造特殊效果的燈中，LED陣列可能包含紅光、藍(lán)光和綠光裸片，支持混色，微調(diào)LED發(fā)射出的色彩。由于每個LED都有3.5 V左右的有限正向壓降，包含大量LED的模塊可能要求施加高直流電壓。安森美半導(dǎo)體的側(cè)面貼裝和次級貼裝ESD保護(hù)制造工藝可以調(diào)節(jié)用于6V至110V之間的擊穿電壓，故適用于具有任意可行長度的LED串。頂金和底金工藝提供不同的組合和成分；側(cè)面貼裝和次級貼裝也具備不同的封裝選擇，從倒裝芯片到頂部和底部(topand bottom)等，不一而足。
不論是哪種類型的貼裝，都適用多種選擇和配置：在LED串兩端并聯(lián)連接一個TVS二極管提供規(guī)定的ESD保護(hù)等級(見圖12a)，而在LED串兩端串聯(lián)相向連接的二極管對(圖12b)使燈制造商能夠在生產(chǎn)期間施加反向偏置測試，識別出并隔離次品模塊，從而防止流向客戶。更復(fù)雜的二極管陣列為包含多顆LED的LED串中的每個LED提供并聯(lián)連接的相向二極管對，即使其中有個別LED發(fā)生開路故障，也能使燈模塊能夠持續(xù)工作。
圖12 (a)、(b)不同ESD的保護(hù)配置
總結(jié)
HB-LED除了高能效和小尺寸，其預(yù)計長壽命周期被證實是固態(tài)照明巨大成功的重要誘因。多種色彩的HB-LED，特別是白光以及綠、藍(lán)和紅光的HB-LED，為設(shè)計人員開通了康莊大道，更好的發(fā)展高能效背光燈、街燈、內(nèi)部照明、任務(wù)燈、電子標(biāo)志和汽車剎車燈及頭燈等應(yīng)用。由于不同制造商的HB-LED規(guī)格可能有很大不同，全面理解HB-LED采用的ESD保護(hù)途徑為提供最優(yōu)的現(xiàn)場使用壽命帶來很大好處。每個原設(shè)備制造商(OEM)在封裝、工藝技術(shù)和材料成分方面都有一套特定的標(biāo)準(zhǔn)，故應(yīng)當(dāng)加以考慮。因此，為了獲得所需的優(yōu)化性能參數(shù)，設(shè)計人員需要深入合作的供應(yīng)商不應(yīng)局限于提供少數(shù)不同LED保護(hù)方案，而是可以提供寬廣選擇范圍、支持作出最佳匹配的供應(yīng)商。
四、元器件為LED照明護(hù)航
CBS25V1P50A1W是專為驅(qū)動LED路燈而設(shè)計的高效率、超長使用壽命的LED恒流驅(qū)動器模塊。輸出電流高達(dá)1.5A，且輸出電流可以在 0~1.5A范圍內(nèi)任意指定，效率超過90%，不僅省電還可降低模塊自熱引起的溫升，寬泛的輸入輸出電壓范圍，具有內(nèi)置過留保護(hù)功能，確保的系統(tǒng)的安全可靠。應(yīng)用領(lǐng)域：路燈、隧道燈、信號燈、安全燈；手電筒、車燈、航標(biāo)燈；照明燈、庭院燈、草坪燈。
相對于10萬小時壽命和半永久壽命的半導(dǎo)體器件和無源元件來說，鋁電解電容器是導(dǎo)致LED驅(qū)動電路壽命達(dá)不到要求的關(guān)鍵元件。從成本和壽命兩方面綜合考慮，如果能做出長壽命電解電容器，使得電解電容器的壽命與LED壽命基本相同，那么，電解電容器這塊LED驅(qū)動中短板相關(guān)問題就可以得到很好的解決。本文針對鋁電解電容對LED驅(qū)動電路的影響提出了相關(guān)的分析。
長壽命LED驅(qū)動電路專用電解電容器應(yīng)用特性分析
LED是一種壽命極長的電光源，使用壽命可以達(dá)到10萬小時（約140個月，或者說連續(xù)使用11年半！），一般的熒光燈的壽命一般應(yīng)用不會超過1萬小時。LED的另一個特點是光效高，實用化的大功率LED的光效已經(jīng)超過T8熒光燈管。實際的LED燈的實際壽命并不高。在實際應(yīng)用中，LED燈的實際使用壽命并不高，甚至有的不到一年就損壞了。
是什么原因造成 LED等的過早損壞？原因在于LED驅(qū)動電路的可靠性不高，驅(qū)動性能不好。拋開驅(qū)動性能不好的因素，LED燈壽命短的根本原因就是驅(qū)動電路中的電子原件壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于LED的壽命。是哪個元件的壽命最短？電解電容器！
電解電容器的壽命
在LED驅(qū)動電路中，特別是交流市電驅(qū)動LED燈時，LED驅(qū)動電路必須要有輸入整流濾波電路和輸出整流濾波電路。輸入整流濾波電路需要相對和大的電容量才能將整流輸出電壓平滑到允許范圍。輸出整流濾波電路也需要足夠的電容量來維持電路的穩(wěn)定性和輸出電流的平滑。
最經(jīng)濟(jì)的大電容量電容器唯電解電容器是最佳選擇。電解電容器最大的優(yōu)點是經(jīng)濟(jì)性好，而最大的弱點是壽命短。
10年前的鋁電解電容器一般為105℃/200小時。這就是說在105℃的溫度條件下的使用壽命只有84天！即使降低到85℃，使用壽命也僅僅為332天，還不到一年！繼續(xù)降低到75℃，壽命也不會超過兩年。
相對于10萬小時壽命和半永久壽命的半導(dǎo)體器件和無源元件來說，鋁電解電容器是導(dǎo)致LED驅(qū)動電路壽命達(dá)不到要求的關(guān)鍵元件。
解決問題的方法
無電解電容器的LED驅(qū)動技術(shù)
如果用十年前的鋁解電容器技術(shù)的觀點看，鋁電解電容器是無法勝任LED等壽命的。解決方法一般為無鋁電解電容器技術(shù)，這就是前些年風(fēng)行的五鋁電解電容器LED驅(qū)動技術(shù)的根本原因。但是不能不是的問題是，采用無鋁電解電容器的后果是LED驅(qū)動電路的性能下降，間接的導(dǎo)致LED壽命的嚴(yán)重不足。
無電解電容器方案存在的問題
首先，無電解電容器方案使得市電整流輸出電壓紋波加大，如果不加以處理就會導(dǎo)致LED輸出電壓紋波的增加。如果LED工作在滿功率狀態(tài)，就可能出現(xiàn)市電頻率下的周期性過電流（或過功率）
大功率LED工作電流在0.7A時對應(yīng)的正向電壓約為3.4V，如果LED端電壓波動0.2V，流過 LED的電流將超過0.95A，對于0.7A的大功率LED，這絕對是一個過功率。最終結(jié)果會導(dǎo)致壽命的縮短。
如果工作電流選擇最大額定電流的一半時，盡管不會出現(xiàn)過功率，但是會引起損耗的加大，而且會產(chǎn)生比較大的LED電流變化，會導(dǎo)致如50Hz電感鎮(zhèn)流器驅(qū)動熒光燈那樣的閃爍，甚至?xí)鼑?yán)重。
市電整流濾波電容器的問題
無鋁電解電容器 LED驅(qū)動始終避免不了的問題是：平滑電源側(cè)整流輸出電壓需要足夠的電容量，而采用薄膜電容器會明顯增加成本，增加體積，不得已而選擇低電容量，這又會輸?shù)谜鬏敵鲭妷杭y波電壓變大，特別是像PI的產(chǎn)品，當(dāng)電容量低于1μF/W就會在變換器輸出產(chǎn)生比較高幅值的紋波電壓，會使得LED閃爍。
輸除整流濾波電容器的電容量選擇過低可能會產(chǎn)生反激式變換器的自激，因此不希望輸出整流濾波電容器過低的電容量，但是非鋁電解電容器的價格又太高。
輸出整流濾波電容量對LED驅(qū)動的影響
如果LED驅(qū)動電路是反激式變換器，為了實現(xiàn)穩(wěn)定，需要足夠的電容量。如果電容量不夠會引起電路的寄生振蕩，使得LED嚴(yán)重閃爍。
控制IC電源旁路電容器的影響
控制IC電源旁路電容器不僅需要足夠的電容量，還要具有良好的電源旁路性能，如果電容量過小就會引起控制IC電源電壓的波動，從而引起輸出電壓的波動，導(dǎo)致LED的閃爍。
一、改進(jìn)電解電容器的性能和壽命是解決LED驅(qū)動壽命的最簡捷、最經(jīng)濟(jì)的方法
從成本和壽命兩方面綜合考慮，如果能做出長壽命電解電容器，使得電解電容器的壽命與 LED壽命基本相同，那么，電解電容器這塊LED驅(qū)動中短板相關(guān)問題就可以得到很好的解決。
低壓電解電容器是問題的關(guān)鍵
相對而言低壓電解電容器獲得105℃/1萬小時的壽命要比105℃/1萬小時壽命的高壓電解電容器難得多。最主要的原因是低壓電解電容器需要極低的ESR，而極低的ESR需要大幅度提高電解液的導(dǎo)電率，而大幅度提高電解液電導(dǎo)率的最簡單的辦法就是提高電解液的含水量。所帶來的問題就是“水合”反應(yīng)的過早出現(xiàn)而導(dǎo)致電解電容器的早期失效。
（電容的等效串聯(lián)電阻(ESR)性質(zhì)分析
ESR，是EquivalentSeriesResistance三個單詞的縮寫，翻譯過來就是“等效串連電阻”。
理論上，一個完美的電容，自身不會產(chǎn)生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈薄＿@個損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個電阻跟電容串連在一起，所以就起了個名字叫做“等效串連電阻”。
ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。
比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對電容施加一個電流，電容因為自身充電，電壓會從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會產(chǎn)生一個壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會產(chǎn)生突變。無疑的，這會降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源啦一類的，都使用低ESR的電容器。
同樣的，在振蕩電路等場合，ESR也會引起電路在功能上發(fā)生變化，引起電路失效甚至損壞等嚴(yán)重后果。
所以在多數(shù)場合，低ESR的電容，往往比高ESR的有更好的表現(xiàn)。
不過事情也有例外，有些時候，這個ESR也被用來做一些有用的事情。
比如在穩(wěn)壓電路中，有一定ESR的電容，在負(fù)載發(fā)生瞬變的時候，會立即產(chǎn)生波動而引發(fā)反饋電路動作，這個快速的響應(yīng)，以犧牲一定的瞬態(tài)性能為代價，獲取了后續(xù)的快速調(diào)整能力，尤其是功率管的響應(yīng)速度比較慢，并且電容器的體積/容量受到嚴(yán)格限制的時候。這種情況見于一些使用MOS管做調(diào)整管的三端穩(wěn)壓或者相似的電路中。這時候，太低的ESR反而會降低整體性能。
ESR是等效“串連”電阻，意味著，將兩個電容串連，會增大這個數(shù)值，而并聯(lián)則會減少之。
實際上，需要更低ESR的場合更多，而低ESR的大容量電容價格相對昂貴，所以很多開關(guān)電源采取的并聯(lián)的策略，用多個ESR相對高的鋁電解并聯(lián)，形成一個低ESR的大容量電容。犧牲一定的PCB空間，換來器件成本的減少，很多時候都是劃算的。
和ESR類似的另外一個概念是ESL，也就是等效串聯(lián)電感。早期的卷制電感經(jīng)常有很高的ESL，而且容量越大的電容，ESL一般也越大。ESL經(jīng)常會成為ESR的一部分，并且ESL也會引發(fā)一些電路故障，比如串連諧振等。但是相對容量來說，ESL的比例太小，出現(xiàn)問題的幾率很小，再加上電容制作工藝的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸忽略ESL，而把ESR作為除容量之外的主要參考因素了。
順便，電容也存在一個和電感類似的品質(zhì)系數(shù)Q，這個系數(shù)反比于ESR，并且和頻率相關(guān)，也比較少使用。
由ESR引發(fā)的電路故障通常很難檢測，而且ESR的影響也很容易在設(shè)計過程中被忽視。簡單的做法是，在仿真的時候，如果無法選擇電容的具體參數(shù)，可以嘗試在電容上人為串連一個小電阻來模擬ESR的影響，通常的，鉭電容的ESR通常都在100毫歐以下，而鋁電解電容則高于這個數(shù)值，有些種類電容的ESR甚至?xí)哌_(dá)數(shù)歐姆。）
國外超長壽命鋁電解電容器的水平
在LED驅(qū)動工程師研究無鋁電解電容器LED驅(qū)動技術(shù)的同時。隨著鋁電解電容器材料和制造技術(shù)的提高，鋁電解電容器制造商在努力克服鋁電解電容器壽命的問題。鋁電解電容器在105℃溫度下率先突破1萬小時的鋁電解電容器制造商是RUBYCON。
最難突破的難點是低壓鋁電解電容器，原因是低壓鋁電解電容器需要很低甚至極低的ESR，而要想獲得極低的ESR，通常的技術(shù)就是提高電解液的含水量，所帶來的問題就是因“水合”反應(yīng)而導(dǎo)致鋁電解電容器的早期失效，違背了超長壽命的技術(shù)要求。RUBYCON對這個問題非常重視，在不斷的探索后推出了比較低含水率電解液的105℃/1萬小時壽命的低壓鋁電解電容器。
國外及超長壽命鋁電解電容器的水平
105℃萬小時級的低壓鋁電解電容器有RUBYCON的ZLH系列，這是一款高含水率的鋁電解電容器，需要控制、抑制“水合反應(yīng)”難度很大，因此現(xiàn)在RUBYCON建議采用相對低一些含水量的XYJ系列替代ZLH系列。
我國高壓鋁電解電容器現(xiàn)狀
經(jīng)過多年的節(jié)能燈用高壓鋁電解電容器應(yīng)用實踐和改進(jìn)，國內(nèi)高壓鋁電解電容器的壽命已經(jīng)得到和大提高，很多鋁電解電容器制造商已經(jīng)可以制造出105℃/10000小時產(chǎn)品，可以滿足3 萬小時以下的LED應(yīng)用狀態(tài)的驅(qū)動電路壽命。或者是分離式LED驅(qū)動電路的應(yīng)用中基本滿足LED壽命要求。但是，尚不能滿足5萬小時壽命的LED狀態(tài)的驅(qū)動電路的需求。盡管如此，高壓鋁電解電容器還是邁出通向滿足LED應(yīng)用要求的第一步。國內(nèi)已經(jīng)有鋁電解電容器制造商推出5萬小時LED壽命的高壓鋁電解電容器。
低壓鋁電解電容器的現(xiàn)狀
LED驅(qū)動應(yīng)用中的低壓鋁電解電容器要求具有盡可能低的ESR、超長壽命、超長時間的電容量穩(wěn)定性。目前國內(nèi)大多數(shù)鋁電解電容器制造商（包括我國臺灣地區(qū)的鋁電解電容器制造商）多數(shù)為105℃/5000~6000小時，對應(yīng)LED應(yīng)用狀態(tài)，大約為1~2萬小時，這個小時數(shù)遠(yuǎn)不能滿足 LED驅(qū)動要求。
高壓電解電容器與低壓電解電容器壽命差異所產(chǎn)生的沖突
在LED驅(qū)動電路中，決定壽命的是壽命最短的元器件。因而即使高壓鋁電解電容器的壽命問題得到解決，而低壓鋁電解電容器壽命得不到解決，最終LED驅(qū)動電路的壽命還是短的。所以105℃/1萬小時低壓鋁電解電容器成為LED驅(qū)動電路中的關(guān)鍵。那么，為什么低壓鋁電解電容器的長壽命就那么難？
低壓鋁電解電容器存在的問題
低壓鋁電解電容器存在的最大問題就是因“水合”反應(yīng)導(dǎo)致早期失效。最聞名的低壓鋁電解電容器因“水合”反應(yīng)的事件有：
① 戴爾電腦主板鋁電解電容器“爆漿”，戴爾賠償客戶3億美元，而鋁電解電容器制造商賠償戴爾20億美元！這款鋁電解電容器是日本著名電容器制造商的產(chǎn)品。
② 三星視頻終端在英國世界杯的鋁電解電容器“爆漿”，電容器制造商最終被三星電子從采購目錄中刪除。這是我國某著名鋁電解電容器制造商的產(chǎn)品；該產(chǎn)品還導(dǎo)致了一些不大不小的因“水合”反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器早期失效。造成用戶嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失—被索賠。
水合反應(yīng)的后果
水合反應(yīng)會在鋁電解電容器的負(fù)極箔表面形成電阻率非常高的鋁水合物。隨著鋁水合物的增長負(fù)極箔的電阻越來越大，在紋波電流作用下電解電容器的發(fā)熱就會更加劇烈，最終導(dǎo)致鋁電解電容器爆漿。如果是多個電容器并聯(lián)使用，會出現(xiàn)首先第一個爆漿，不久就是第二個、第三個…
圖13 由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容的爆漿
ESR數(shù)千倍的增加、電容量喪失殆盡、負(fù)極箔比容急劇降低、在顯微鏡下看會發(fā)現(xiàn)負(fù)極箔的“孔”基本被堵塞。將電解電容器拆解會看到至少是負(fù)極箔與電容器紙相粘連，甚至整個正負(fù)極箔與電容器紙相粘連。有些電解電容器制造商回復(fù)客戶時也說上述問題，但是說是客戶使用溫度高造成，不承認(rèn)是電容器的品質(zhì)問題。
圖14 負(fù)極箔與電容器紙相連
負(fù)極箔比容下降：材料分析：取解剖的正負(fù)鋁箔，測試鋁箔耐壓值。1000μF/16V：正箔耐壓下降為19.32V(SPEC≥22.0V)，比容為 52.49μF/cm2（49.82≤SPEC≤59.36μF/cm2）；負(fù)箔耐壓正常為1.74V(SPEC≥1.5V)，比容下降為250 μF/cm2（SPEC≥340 μF/cm2）。
圖15 沒有水合反應(yīng)濾波可以與電容器紙相連
由于用戶沒有辦法將水合反應(yīng)的早期失效作為電解電容器早期失效的證據(jù)向電解電容器制造商索賠。只有通過第三方測試電解電容器存在早期失效問題才能作為電解電容器早期失效證據(jù)向電解電容器制造商索賠。
如何鑒別早期失效？
將可疑的電容器置于額定溫度、額定電壓、額定紋波電流條件下測試，如果沒有達(dá)到廠商規(guī)定的壽命小時數(shù)（通常差距很大）就可以判定是早期失效。需要注意的是電解電容器的出廠批號一定和出問題是同一批次。常有電解電容器制造商在不同的批次用不同的電解液來改善水合反應(yīng)問題。
“水合”反應(yīng)是影響低壓鋁電解電容器壽命的最大障礙
為什么低壓鋁電解電容器會出現(xiàn)“水合”反應(yīng)？這是由于低壓鋁電解電容器應(yīng)用的特殊性：
主要應(yīng)用領(lǐng)域：開關(guān)電源輸出整流濾波，電腦主板電源旁路，LED驅(qū)動電路的輸出整流濾波。
電腦主板、開關(guān)電源、LED驅(qū)動對低壓鋁電解電容器的特性要求：
盡可能低的ESR，由于電解液電導(dǎo)率的限制，常規(guī)低壓鋁電解電容器的ESR不可能做得極低。為了 實現(xiàn)極低的ESR，最簡單的辦法就是提高電解液的含水率，含水率越高越有可能導(dǎo)致“水合”反應(yīng)的早期失效，大家電容器制造商絞盡腦汁抑制高含水率電解液電解電容器的“水合”反應(yīng)，這也是低壓鋁電解電容器技術(shù)壁壘之一。
不僅如此，制造高含水率電解電容器時需要極其嚴(yán)格的控制整個制造過程，稍有不慎，就會導(dǎo)致產(chǎn)品的“水合”反應(yīng)的早期失效。甚至最早掌握抗“水合”反應(yīng)的日本電解電容器制造商也很回避高含水率電解電容器。通常使用較低含水率的新款替代高含水率的電解電容器。
采用新技術(shù)來實現(xiàn)真正的超長壽命低壓鋁電解電容器
低壓電解電容器要想實現(xiàn)105℃溫度條件下萬小時級，從產(chǎn)品質(zhì)量控制和產(chǎn)品一致性角度考慮，應(yīng)避開高含水率電解液。轉(zhuǎn)而采用其它高新技術(shù)。
主要有高品質(zhì)的較低含水率的電解液、新型腐蝕箔結(jié)構(gòu)及其相關(guān)技術(shù)；嚴(yán)格的生產(chǎn)質(zhì)量管理，如生產(chǎn)環(huán)境的潔凈度、避免氯離子進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)（如生產(chǎn)操作者呼吸排出的氯離子等）、如何避免水分進(jìn)入電解電容器的芯子等
通過上述新技術(shù)、新材料和先進(jìn)的生產(chǎn)管理措施的實施，采用較低含水率電解液的低壓鋁電解電容器完全可以獲得105℃/1萬小時的壽命。如RUBYCON的YXJ系列和我國的LKF系列。我國生產(chǎn)的LKF系列性能參數(shù)與RUBYCON的YXJ系列參數(shù)除體積稍大外，其他參數(shù)是一樣的，甚至某些參數(shù)還超過RUBYCON的YXJ系列的參數(shù)。完全可以替代RUBYCON的YXJ系列。
相對于高含水量電解液的低壓鋁電解電容器，新型較低含水量的低壓鋁電解電容器的性能差一僅僅在于ESR稍大。例如同樣是470μF/25V規(guī)格，RUBYCON的ZLH系列高含水率鋁電解電容器的ESR僅為39mΩ，而較低含水率的YXJ系列低壓鋁電解電容器的ESR為80mΩ。對于 470μF/25V規(guī)格的80mΩESR在應(yīng)用上是沒有問題的，沒有必要非用39mΩ。
問題的解決
通過采用較低含水率電解液的低壓鋁電解電容器解決了低壓、低阻鋁電解電容器因 “水合”反應(yīng)所導(dǎo)致的早期失效問題。徹底避開因抗“水合”反應(yīng)技術(shù)與工藝導(dǎo)致的產(chǎn)品價格的提高；確保了產(chǎn)品的一致性和穩(wěn)定性。在超長壽命的低壓鋁電解電容器系列中。較低含水率低壓鋁電解電容器的價格要低于高含水率低壓鋁電解電容器。
5萬小時的LED驅(qū)動使用壽命徹底解決了因鋁電解電容器壽命問題而導(dǎo)致的LED燈壽命明顯低于LED壽命的問題，徹底解決了鋁電解電容器這塊影響LED驅(qū)動壽命的短板。
二、電解電容器在LED驅(qū)動電路中的位置與作用
圖16 LED驅(qū)動電路中的鋁電解電容器的位置
電解電容器是各類電解電容器中最便宜的，因此常應(yīng)用于需要足夠電容量的單相整流濾波和DC/DC變換器或AC/DC變換器輸出濾波電容器。
LED驅(qū)動電路實際上是開關(guān)電源的特例，也就是需要限壓恒流的開關(guān)電源。由于LED照明需要散熱器，因此LED驅(qū)動電路往往需要做成隔離型變換器。對于小功率LED驅(qū)動電路，為了降低成本，往往做成反激式開關(guān)電源。
如果將驅(qū)動電路與LED做在一體，驅(qū)動電路將工作在高溫狀態(tài)，需要各元件能夠承受高溫。LED壽命很長，可達(dá)數(shù)萬小時，驅(qū)動電路也應(yīng)滿足這個要求，影響LED驅(qū)動電路的關(guān)鍵元件是電解電容器。相對節(jié)能燈電容器，體積要小。小體積需要具有更高品質(zhì)的鋁箔、電解液，體現(xiàn)了鋁電解電容器制造核心技術(shù)的提升。
三、LED驅(qū)動電路需要的電容器的特性
LED驅(qū)動電路中需要電解電容器的地方為：
① 輸入整流濾波
② 輸出整流濾波
③ 控制IC電源旁路
3.1 輸入整流濾波
輸入整流濾波電容器的作用：
① 平滑輸入整流電壓
② 吸收來自整流電路產(chǎn)生的紋波電流
③ 吸收來自LED驅(qū)動電路產(chǎn)生的紋波電流
① 平滑輸入電壓
將輸入整流濾波電壓平滑到平均值的20%（交流176V整流后為200V，40V的紋波電壓峰-峰值）需要1μF/W的電容量，如此大的電容量在低成本要求下只有電解電容器能滿足要求。
② 吸收自整流電路產(chǎn)生的紋波電流
在濾波電容器的電容量選擇1μF/W時，對應(yīng)的濾波角頻率為15.2弧度/秒。在整流濾波電容器的特性曲線上可以得到：流過電容器的電流幾乎為整流輸出平均值電流的約3倍！是交流輸入電流有效值的約1.5倍?；蛘咭暂敵龉β视嬎慵s為7mA/W?？紤]效率等綜合因素，可以近似為10mA/W也可以近似理解為每位法電容量需要約10mA的工頻紋波電流。除此之外，輸入整流濾波電容器還要吸收來自LED驅(qū)動電路產(chǎn)生的紋波電流
③ 吸收來自LED驅(qū)動電路產(chǎn)生的紋波電流
一般小功率LED驅(qū)動電路多采用反激式變換器電路拓?fù)洌⑶以?20V電壓等級時為電流斷續(xù)型。在這種狀態(tài)下，反激式變換器向整流輸出索取的電流是斷續(xù)的鋸齒波，其交流成分需要有濾波電容起吸收，按占空比為0.4計算。每輸出 1W功率需要10mA有效值電流。綜合考慮，每μF需要約15mA 有效值電流。
3.1輸出整流濾波
反激式變換器的輸出整流濾波電容器也將流過比較大的電流。從穩(wěn)定性角度考慮，也需要比較大的電容量。
這就要求輸出整流濾波電容器不僅需要比較大的電容量，還要具有比較大的紋波電流承受能力。對輸出整流濾波電容器的要求足夠的電容量電容量過低會導(dǎo)致反激式變換器變得不穩(wěn)定。很顯然電解電容器是最佳的選擇；
足夠的紋波電流承受能力，要求電容器具有極低的ESR。如果采用電解電容器就需要選用極低ESR電解電容器。
輸出濾波電容器流過的電流
正常設(shè)計出來的反激式變換器，輸出整流二極管導(dǎo)通的占空比約為0.5，對應(yīng)的濾波電容器流過的電流為輸出電流平均值的120%。就是說輸出1A平均值電流，濾波電容器就要流過1.2A的有效值電流。
控制IC電源旁路電容器同樣要求具有LED應(yīng)用狀態(tài)的5萬小時壽命，其中電容量的穩(wěn)定性是至關(guān)重要的，關(guān)系到控制IC的電源電壓是否平滑，以盡可能的減少對LED驅(qū)動電路輸出的影響。
盡管這款電解電容器的電容量不大，體積很小，也沒有多大的紋波電流流過。但是卻需要長期穩(wěn)定的電容量。特別是小體積更不利于超長壽命特性。
四、LED專用的長壽命電解電容器
日本RUBYCON推出ZLH、YXJ系列低壓電解電容器和BXA、BXC系列高壓長壽命電解電容器，直徑10mm的電解電容器可以達(dá)到105℃/1萬小時。按理論推算，在75℃環(huán)境下可以達(dá)到8萬小時。考慮其他影響因素，達(dá)到75℃/5 萬小時壽命沒有問題，這就與LED壽命相吻合。影響LED驅(qū)動電路的最后一塊短板被去掉了，也許就不一定非要無電解電容器的LED驅(qū)動電路了。
我國是否也有長壽命電解電容器？
我國電解電容器制造商推出LKF、LKG系列高、低壓LED專用長壽命電解電容器。
與RUBYCON的壽命對比實驗結(jié)果如下：
高壓電解電容器壽命實驗的測試條件實驗條件：溫度:125℃；直流電壓:351.0VDC；交流電壓34.6VAC；紋波電流：88mA；電源：50HZ。實驗?zāi)康模耗途迷囼烌炞C壽命時間。試驗時間:2010.4.7 15:20----2010.8.18 13:30（2500H)終止。
對105℃電解電容器做125℃高溫壽命測試，很顯然這是一個加速實驗的方法。
6.8μF/400V高壓電解電容器壽命試驗數(shù)據(jù)
低壓電解電容器的壽命測試
實驗條件：溫度:105℃；直流電壓：21.0VDC；交流電壓：2.8VAC；紋波電流：665mA；電源：120HZ。實驗?zāi)康?耐久試驗驗證壽命：試驗時間: 2009.10.10 13：00----2010.12.20.15:30（10000H)終止。
結(jié)論
國產(chǎn)6.8μF/400V /φ10*17 LKG電解電容器與Rubycon：6.8/400 10*16 BXA的壽命測試基本一致，壽命均達(dá)到105℃/1萬小時。
國產(chǎn)470μF/25V/φ10*17mm的LKG電解電容器與Rubycon：470μF/25V/φ10*16mm 的BXA的壽命測試基本一致，壽命均達(dá)到105℃/1萬小時。除尺寸稍大一點點外，國產(chǎn)長壽命電解電容器可以用于長壽命LED驅(qū)動電路中?；诙嗄甑募夹g(shù)和研發(fā)的基礎(chǔ)，國產(chǎn)鋁電解電容器制造商已經(jīng)推出與RUBYCON體積相同、性能相同的替代產(chǎn)品。
RUBYCON電解電容器的發(fā)展
RUBYCON的 ZLH系列低壓電解電容器的ESR極低，是高水系電解電容器，需要非常好的抗水合反應(yīng)制造技術(shù)，當(dāng)然其價格也會比較高。因此RUBYCON新推出YXJ系列低ESR電解電容器，是非高水系電解電容器，這樣可以避免高水系電解液帶來的水合反應(yīng)控制的難度，同時也降低成本。然而所帶來的問題就是ESR要比 ZLH系列高近一倍，而且與國產(chǎn)LKF、LKG系列的水平基本一致。
RUBYCON的高壓BXA系列由于含水量高，建議使用BXC系列。但是BXC系列的損耗因數(shù)將略大于BXA系列。這就是長壽命電解電容器的可靠性與高性能之間的折中結(jié)果。同時低壓的YXJ也是ZLH的替代產(chǎn)品，這些都體現(xiàn)了高含水率逐漸被新工藝材料、新制造技術(shù)的常規(guī)含水鋁電解電容器所替代。
這對于我國電解電容器制造商來說是個機(jī)遇，應(yīng)該抓住這個機(jī)遇，發(fā)展出我國的長壽命LED驅(qū)動電路驅(qū)動用電解電容器。
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