電解電容器的兩座大山——體積與壽命

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2017-03-23
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摘要 : 電解電容存在兩個發展的重大問題,就是體積與壽命,同時也是重慶達標電子科技有限公司在生產與創新中不斷研究的問題。

LED壽命取決于電源,電源壽命則受制于電容器,在行業對電容器體積與壽命呼聲越來越高之際,本土電容企業能否順利翻過這兩座大山,穿過價格戰的泥潭,在高端應用場合一展拳腳?

  龐大的體積與LED小體量趨勢背道而馳

  電解電容器是開關電源中一次和二次回路濾波電路中最重要的器件之一,電解電容器的等效電路被認為是理想電容器與寄生電感、等效串聯電阻的串聯。由于電解電容器多數采用卷繞結構,很容易擴大體積,因此單位體積電容量非常大,比其它電容大幾倍到幾十倍。

  大電容量的獲取是以體積的擴大為代價的,現代開關電源要求越來越高的效率,越來越小的體積,電容器的體積已經成為一個較為嚴重的問題。變換器多采用升壓電路,因此要求耐高壓的鋁電解電容器。這樣一來,利用以往技術制造的鋁電解電容器,由于要吸收比以往更大的脈動電流,不得不選擇大尺寸的電容器。結果,使電源的體積龐大,難以用于小型化的電子設備,尤其是LED越來越往小體量方向發展。

  電解電容占電源很大的體積,這導致LED驅動電源體積變大。

  LED驅動因為在設計上朝縮小體積與降低成本發展,同時要應付惡劣的使用環境,對設計者的需求多會要求,希望加大電容的容比以滿足小體積的需求。

  電容器的存在導致LED驅動電源體積變大這一問題。電容器、變壓器以及電感,影響LED驅動電源體積的三大件,電容首當其沖。LED電源以及LED燈具都在往小體量方向發展,電容的存在恰恰阻礙或者放緩了這一發展趨勢的步伐。而從目前市面上一些替代性的方案如去電源化,雖然省去了三大件在體量上有了極大的飛躍,然而產品的性能方面又出現了不可避免的短板,無法獲得廣泛的認可。體量與性能,似乎成為了LED驅動電源不可兼得的東西,這也是擺在電容企業面前的一大難題。

  溫度適應性低導致壽命短成電容器短板

  LED行業有一種比較流行的說法是,80%LED燈具失效問題都是由LED驅動電源引起的,或許我們都錯怪LED驅動電源了,真正出問題的其實是LED電源里面的一個元件——電容器。

  目前高溫情況下電解電容的可靠性及穩定性仍然偏低,特別是高壓電解電容在遠低于預期壽命的階段發生非正常失效的現象仍非常普遍,這一問題在工作環境惡劣的LED燈具中尤為突出。

  電容器對工作溫度的適應性需要更寬,如在極寒地區電解液會因冷凍而導致容值變化,最終影響驅動電源無法正常工作,而溫度太高則又會影響壽命。

  LED驅動多是裝置在燈具內驅動,本身的溫升加上燈具的溫升對電解電容來說很容易會超過溫度上限,雖然這有賴燈具系統設計工程師的認知,但實際應用往往會超過電容的耐溫上限,需要電解電容本身具有良好的耐溫性能。

  常用的電解電容都是采用液態電解液的電解電容,一旦電解液干了,電容量自然就沒有了,溫度越高,電解液就越容易蒸發。目前所有電解電容都是標出在105℃下的壽命。簡單地說,如果環境溫度高于105℃,那么它的壽命就會低于1,000小時,如果環境溫度低于105℃,那么它的壽命就高于1,000小時,環境溫度與電容器壽命有一個最簡單而容易計算的關系,那就是環境溫度每升高10度,壽命就降低一半;反過來,環境溫度每降低10度,壽命就增加一倍。

  在一些極寒地區,電解液活性下降甚至直接無法工作,而溫度過高則又會大大縮短電解電容器的壽命。受到LED體積不斷變小導致LED內部空間壓縮、散熱設計的好壞、密封工藝以及價格競爭導致的以次充好等因素的影響,電容器的壽命以及可靠性,成為電源企業呼聲最大的一個環節。

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  國產電容器創新能力較低,產品品質無法滿足應用

  電解電容作為低成本、高能量密度的儲能元件在電源設計中扮演了重要的角色,雖然在電源設計中完全取消電解電容并不存在太多技術上的障礙,但總會引起諸如防雷能力降低、一些電氣技術指標變差等一系列問題,這些問題雖然都有技術手段去解決,但往往會顯著增加電源的成本,性價比很難得到廣泛認可。

  因此,未來相當一段時間內電解電容在中大功率的主流LED電源產品中仍將存在,在一些對價格不敏感,對壽命和可靠性更為關注的高端場合,電解電容的設計可能受到歡迎。

  與此同時,國內的電容產品,其品質無法滿足高端市場的應用需求,只能作為一種備用品出現,處境相當尷尬。本土的電容企業,一方面起步較晚,在沒有經過時間洗禮下底蘊方面有所欠缺,創新能力略顯不足;另一方面,快速發展的中國經濟導致企業過早開啟價格競爭,大部分企業存在撈快錢現象,進一步加劇了產品品質問題。

  電容企業在面對體積與壽命這兩座大山的同時,還要考慮價格戰帶來的沖擊,或許,接下來就是真正考驗本土電容企業創新能力的時候了吧。




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