MLCC完全替代LED電源中電解電容的可行性分析

日本注重LED燈具的壽命和舒適性。LED燈具頻閃曾經(jīng)讓一名日本市政廳官員暈倒。TDK專家將LED照明燈具里的MLCC替換為電解電容，并且做了頻閃測(cè)試。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，用MLCC去替換電解電容時(shí)不能同等容量進(jìn)行替換。日本一些領(lǐng)先廠商已經(jīng)開(kāi)發(fā)出全部使用MLCC的LED燈具，這種替換思路已經(jīng)在日本獲得廣泛認(rèn)同。

眾所周知，日本今年發(fā)生了很多事情，大海嘯和日本地震，引起日本主要電子供應(yīng)廠商交貨出現(xiàn)一些問(wèn)題，另外一個(gè)是日本限電的因素，由于他們的產(chǎn)線不能按照預(yù)期去營(yíng)運(yùn)，所以日本廠商的電子貨品出現(xiàn)一些交貨期的隱患。另外一個(gè)因素是日幣升值，間接引起日本電子元器件的價(jià)格偏高，所以在日本的電子元器件廠商成本管控方面壓力非常大。

LED照明主要分為兩大類：一是室內(nèi)照明，一是室外照明。室內(nèi)照明里有應(yīng)用在公共場(chǎng)所或者產(chǎn)線上大型的照明，它的使用環(huán)境非常惡劣。這種使用環(huán)境也間接導(dǎo)致使有壽命的隱患。二是室外照明，比較典型的是路燈照明。路燈照明長(zhǎng)期在外部溫度下使用，特別是像北方溫差比較大的情況下，LED照明會(huì)受比較大的溫差影響，用在燈具里面的電解電容比較多。電解電容在高低溫下，性能表現(xiàn)較差，間接影響了它的壽命。目前在LED照明行業(yè)里，壽命方面仍存在一些隱患性的問(wèn)題，短時(shí)間出現(xiàn)故障的問(wèn)題也沒(méi)有得到徹底的解決。

以LED室內(nèi)燈為例，由于在密封環(huán)境下使用，所以它在使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)電子自身發(fā)熱的現(xiàn)象，而且內(nèi)部環(huán)境的溫度也是非常高的。目前LED照明主流的電解電容在高溫下的表現(xiàn)不是很好。從這個(gè)隱患來(lái)考慮，TDK建議用MLCC去替代電解電容解決使用壽命上存在的隱患問(wèn)題。TDK從1971開(kāi)始生產(chǎn)MLCC，在日本本土有4間主工廠，主要做陶瓷電解電容核心的工序。TDK在日系的元器件廠商當(dāng)中，是唯一一家把前工序放在日本本土的企業(yè)，說(shuō)明TDK在品質(zhì)管控方面的要求也非常高。

電解電容與MLCC的特性比較

電解電容有一個(gè)很大的特點(diǎn)，就是ESR值比較高。如果ESR比較高，會(huì)以發(fā)熱的形式損耗掉，所以電解電容自身發(fā)熱是比較嚴(yán)重的。另外，它的紋波電流比較高，同樣會(huì)引起自身發(fā)熱非常嚴(yán)重。ESR加上紋波電流，自身發(fā)熱達(dá)到一定程度會(huì)加速電解液揮發(fā)的速度，容量也會(huì)衰減，整個(gè)呈現(xiàn)惡性循環(huán)的趨勢(shì)。

另外，助焊劑里面我們會(huì)使用鹵素元素，也會(huì)間接引起電壓的變化。MLCC跟電解電容一樣，也有它的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)。MLCC最主要的特點(diǎn)是壽命比較長(zhǎng)，另外它在高溫和低溫下的表現(xiàn)非常一致，它的特性在高溫和低溫下面不會(huì)有太大差異。

MLCC缺點(diǎn)：
1.跟同等容量的電解電容相比，MLCC單價(jià)會(huì)比較高；
2.MLCC有偏壓的特性，它的容量跟施加的電壓呈衰減的趨勢(shì)，
3.MLCC的容量范圍比較小，MLCC不可能像電解電容那樣隨隨便便就可以做到200萬(wàn)、 300萬(wàn)。

LED燈具頻閃導(dǎo)致日本一位官員暈倒

日本業(yè)界目前發(fā)生比較普遍的現(xiàn)象是，人們長(zhǎng)期在房間里面工作時(shí)容易感到疲勞，后來(lái)發(fā)現(xiàn)原因是頻閃。如果電燈電力供應(yīng)不足會(huì)出現(xiàn)頻閃現(xiàn)象，大約小于30%時(shí)人們?nèi)菀赘械狡诟小?BR>
目前LED照明比較流行，日本政府市政廳把普通的節(jié)能燈全部換成LED照明，后來(lái)發(fā)生一件事，一個(gè)政府官員在工作當(dāng)中突然暈倒了，后來(lái)查明原因是跟LED頻閃現(xiàn)象有關(guān)，LED頻閃會(huì)讓人引起疲勞感。為了解決這種現(xiàn)象，各個(gè)廠商也做了很多的努力，有一種回路叫PFC回路，像國(guó)內(nèi)的廠商已經(jīng)在用了，這個(gè)屬于PFC回路的填谷回路。在第一次整流過(guò)后，在第一次平滑的階段，如果電壓下去，電流會(huì)有一個(gè)中斷現(xiàn)象。如果有中斷現(xiàn)象，就會(huì)出現(xiàn)頻閃。

我們也是在實(shí)際的基礎(chǔ)上做了一個(gè)這樣的測(cè)試，把電解電容替換為MLCC來(lái)看一下它的頻閃效果會(huì)不會(huì)得到很好的解決。首先粉紅色的地方是輸入的電壓，黃色部分是填谷后電壓的曲線，藍(lán)色部分是在LED電流的一個(gè)表現(xiàn)?？蛻粼谠瓉?lái)的設(shè)計(jì)里面，在這里用了4.7uf的電解電容。大家可以看一下它的電流曲線，雖然它呈現(xiàn)出一種波形，但中間沒(méi)有斷，所以這種設(shè)計(jì)不會(huì)有閃頻的現(xiàn)象。

我們也用MLCC做了一個(gè)替換來(lái)看一下它整體的表現(xiàn)。用MLCC替換電解電容的時(shí)候，像電壓跟容量怎么選，也是大家一直在考慮的問(wèn)題，所以我們也做了一個(gè)測(cè)試，就是用比4.7uf小一個(gè)型號(hào)2.2uf做測(cè)試。測(cè)試以后發(fā)現(xiàn)，黃色電壓部分就會(huì)下去。下去的話，這邊電流流過(guò)去就會(huì)出現(xiàn)中斷的現(xiàn)象，這樣會(huì)出現(xiàn)頻閃。就是說(shuō)用MLCC替代電解電容的時(shí)候，如果用小容量進(jìn)行替換就不能解決閃頻的現(xiàn)象。

我們接下來(lái)用大一點(diǎn)的容量，用10uf做試驗(yàn)。用10uf做了試驗(yàn)之后就是左下邊的圖，發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象可以得到解決。從結(jié)果來(lái)看，這個(gè)試驗(yàn)可以證明按照這個(gè)用途去用的話，其實(shí)用MLCC去替換電解電容是完全可以的。從這張圖上大家可以看到用MLCC去替換電解電容時(shí)就不能同等容量進(jìn)行替換，你要選一個(gè)容量稍微大的MLCC才可以進(jìn)行替換。如果大家做出口，如果往日本出口的話，日本是一個(gè)保證4萬(wàn)小時(shí)壽命的國(guó)家。如果你用電解電容的話，根本沒(méi)辦法滿足他們燈泡要4萬(wàn)小時(shí)的要求，所以大家普遍會(huì)考慮用MLCC去做。特別是是像這種室內(nèi)燈，電解電容本身體積就很大，如果是這種小基板的話，MLCC就非常有優(yōu)勢(shì)。

在日本，MLCC替換電解電容的思路已經(jīng)鋪開(kāi)

現(xiàn)在在日本電解電容的壽命隱患也成為一個(gè)很大的問(wèn)題，日本一些尖端的LED廠商也在開(kāi)發(fā)全部用MLCC去做燈泡。日本某一個(gè)前端廠商，已經(jīng)研發(fā)出這種電源，整個(gè)電源用的電容全部換成MLCC。（保密原因，圖片不能展示，僅僅是思路介紹）。在日本這種思路已經(jīng)完全鋪開(kāi)，像一些尖端的廠商已經(jīng)在用MLCC去替換電解電容。

從三個(gè)方面考慮MLCC在LED照明領(lǐng)域的應(yīng)用還是有可能性。接下來(lái)可能前端廠商走的這個(gè)路線比較多：從高壽命、小基板、薄型基板考慮，這種基板只有MLCC才可以貼上去。

在LED照明領(lǐng)域主要應(yīng)用的MLCC分三類：一是中耐壓產(chǎn)品，100V到630V的產(chǎn)品；二是 高溫對(duì)應(yīng)產(chǎn)品，150度對(duì)應(yīng)的；三是疊容（耐機(jī)械應(yīng)力，耐熱沖擊16V-630V）。疊容是旁邊用金屬支架支撐的電容，它在高溫下的性能非常高，在路燈上，比如交通燈、路燈應(yīng)用的比較多一點(diǎn)。