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电解电容真的是导致LED灯具寿命短的罪魁祸首吗?

发布时间:2012-9-5 下午4:14

作者: Gkk

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作者:茅于海
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常常听说现在LED灯具之所以寿命短主要是电源的寿命短,而电源之所以寿命短是因为电解电容寿命短。这些说法也有一定道理。因为市面上充斥着大量的短寿命低劣的电解电容,再加上现在都在拼价钱,所以一些厂家不顾质量而去采用这些低劣的短寿命电解电容,结果就得出了上述结论。

那么实际情况到底是怎么样的呢?

1.电解电容的寿命取决于它工作时的环境温度

电解电容的寿命是怎么定义的呢?当然是以小时定义的。但是如果一个电解电容的寿命指标是1,000小时,并不是说一千小时以后这个电解电容就坏了,不是的,而只是说这个电解电容的容量在1000小时以后容量减小了一半,本来是20uF,现在只有10uF了。

另外,电解电容的寿命指标还有一个特点,是一定要说明在多少度的工作环境温度情况下的寿命。而且通常都是规定为在105℃环境温度下的寿命。

这是因为我们现在常用的电解电容都是采用液态电解液的电解电容,如果电解液干了,电容量当然就没有了。温度越高,电解液就越容易蒸发。所以电解电容的寿命指标必须注明是在什么环境温度下的寿命。

所以目前所有电解电容都是标出在105℃下的寿命。比如说最普通的电解电容,在105℃时的寿命只有1,000小时。但是如果就以为所有电解电容的寿命都只有1,000小时。那就大错特错了。简单地说,如果环境温度高于105℃,那么它的寿命就会低于1,000小时,如果环境温度低于105℃,那么它的寿命就高于1,000小时。那么寿命和温度之间有没有一个大致的定量关系呢?有的!

有一个最简单而容易计算的关系,那就是环境温度每升高10度,寿命就降低一半;反过来,环境温度每降低10度,寿命就增加一倍。当然这只是一个简单的估算,但也是相当准确的。

因为用于LED驱动电源的电解电容,肯定都是放在LED灯具外壳内部的,所以我们只要知道LED灯具内部的温度就可以知道电解电容的工作寿命了。

2.LED灯具里的环境温度是多少

因为在很多灯具里LED和电解电容是放在同样的外壳里,简单来说二者的环境温度是一样的。而这个环境温度主要是由LED和电源的发热和散热平衡以后决定的。而且每个LED灯具的发热和散热的情况是不一样的,那么我们怎么能够知道其中的环境温度呢?

其实这个问题可以反过来推算,也就是一个设计得好的LED灯具,它所允许的内部环境温度应该是一定的。这是因为LED芯片的结温是决定LED芯片光衰(寿命)的主要原因,LED结温当然也由其环境温度有关,所以只要知道允许的LED结温,也就可以推算出LED灯具内部的环境温度。但是其间还有至少三个热阻,就是LED芯片结到外壳的热阻θjc,和LED外壳到铝基板表面的热阻,其实其中经过了焊锡、铜箔、和绝缘层再到铝板,不过其中最主要的是绝缘层的热阻,统称为θlv,第三个就是铝板到泡壳内空气的热阻θla。

就拿3014型LED来说吧,它本身的热阻θjc是90℃/W,因为它的功率只有0.1W,所以内外温差也就是9℃。铝基板的热阻是1℃/W,对于一个10W的灯具由于所有10W的LED都是安装在同一块铝基板上的,所以它的总温差就是10℃,总共为19℃的温差,最后的θla很难估计,因为它和空气是否流通有关,在内部空气不流动的情况下,其温差大概只有1℃左右,所以加起来总共是20℃,。也就是说, LED结温等于环境温度加上20℃。

那么泡壳内的环境温度能够允许105度吗?只要看一下下面的一个图片就知道了。那是美国Cree公司有关LED芯片结温和光衰之间的关系。

100038756-30214-led-1.jpg


如果环境温度是105℃,那么还至少要加上20℃才是结温,所以结温就大约是125℃。在这个曲线上已经查不到了,只能大致地估算其寿命只有4,000小时。这是绝对不能接受的!也就是说,LED泡壳里的环境温度必须大大低于105℃!

我们可以反过来根据所要求的LED寿命来看其环境温度应该是多少。假定我们要求LED的寿命是100,000小时,那么它的结温只能是低于65℃,所以环境温度就必须低于45℃.也就是说,电解电容的工作环境温度必须低于45℃。

3.各种寿命的电解电容在45℃的环境温度下的实际寿命


现在知道了电解电容在实际的LED灯具中的工作环境温度,就可以很容易计算出它的实际寿命了。我们在下面的表中列出了几种常用的电解电容的实际寿命。
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2.gif

由表中可以看到,即使最普通的1,000小时寿命的电解电容,在环境温度45℃时的寿命就可以达到64,000小时,对于标称为50,000小时的普通LED灯具已经是够用的了。
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4.延长电解电容寿命的方法

4,1 从设计上延长其寿命
其实,要延长电解电容的寿命,方法很简单,因为它的寿终正寝主要是因为液体的电解液蒸发的结果,如果改善其密封性,不让它蒸发,它的寿命也自然就延长了。例如Evox Rifa公司设计的双层密封系统就可减缓电解液蒸发速度。


还有,通过采用整体绕注有电极的酚醛塑料盖和双重的特制的封垫与铝壳紧密咬合,也可大大减少电解液的损失。

4.2从使用上延长其寿命
减小其纹波电流也可以延长其使用寿命,如果纹波电流过大,可以采用两个电容并联的方法加以减小

4.3 选用上延长其寿命
在选用电解电容时,除了要选用确保质量的品牌电解电容以外,还要在电压和容量上留有余量。例如对于220V经过桥式整流以后其直流电压会高达300V,但在选用电解电容时至少选用450V耐压的电解电容。如果计算出来需要10uF,最好选用20uF。这些措施也都可以延长电解电容的寿命。因为由于电容的等效电阻和纹波电流会使其内部的温度高于环境温度,所以留有余地是必须的。

5.保护电解电容


有时候即使采用了长寿命电解电容,可是还是会常常发现电解电容坏掉了,这是什么原因呢?

其实如果认为这是电解电容的质量不过关,那可真是让电解电容蒙受了不白之冤!实际上,这时候电解电容不是肇事者,而是受害者。为什么这样说呢?

因为我们知道在市电的交流电网上,经常会由于雷击而产生瞬间的高压浪涌,虽然在大电网上对于雷击已经做了很多防雷避雷措施,但是仍然不可避免会有漏网之鱼漏到居民家里。美国的电网应该是很先进的了,可是在我家就发生过一件事,在一次雷击以后,我发现我的传真机无法工作了,仔细检查以后,原来是因为受到雷击而把电源彻底打坏了,只能报废。

对于LED灯具如果是由市电供电的,那么在灯具的电源里面一定要在市电输入端加上防浪涌的措施,其中包括保险丝,和过压保护电阻,通常称为压敏电阻,来保护后面的元器件,否则再长寿命的电解电容也会被浪涌电压所击穿。

我相信如果所有LED厂商都能采用正规的高质量电解电容,并且采用了以上有关的措施以后,那么电解电容所蒙受的不白之冤一定能够得到清洗!





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???标签: 电容 电解电容 温度
云夕 编辑于 2012-9-5 下午4:16
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第1楼

回复主题:电解电容真的是导致LED灯具寿命短的罪魁祸首吗?

发布时间:2012-9-6 上午10:44

作者: Gkk

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第2楼 回复主题:电解电容真的是导致LED灯具寿命短的罪魁祸首吗? 发布时间:2012-9-6 下午4:57

作者: linhsin

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不错,不过使用陶瓷电容仍然是方向
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第3楼 回复主题:电解电容真的是导致LED灯具寿命短的罪魁祸首吗? 发布时间:2012-9-6 下午10:59

作者: 自做自受

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不是,才奇怪。如今电子电器消费品电解电容(包括其他电容)的故障频率很高!为什么?促进淘汰?以利更新换代?
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第4楼 回复主题:电解电容真的是导致LED灯具寿命短的罪魁祸首吗? 发布时间:2012-12-20 上午8:55

作者: 浦东老土地

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有道理,分析得很好!谢谢
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