電解電容是導致LED燈具壽命短的罪魁禍首

常常聽說現在LED燈具之所以壽命短主要是電源的壽命短，而電源之所以壽命短是因為電解電容壽命短。這些說法也有一定道理。因為市面上充斥著大量的短壽命低劣的電解電容，再加上現在都在拼價錢，所以一些廠家不顧質量而去采用這些低劣的短壽命電解電容，結果就得出了上述結論。 　　那么實際情況到底是怎么樣的呢? 　　1、電解電容的壽命取決于它工作時的環(huán)境溫度 　　電解電容的壽命是怎么定義的呢?當然是以小時定義的。但是如果一個電解電容的壽命指標是1,000小時，并不是說一千小時以后這個電解電容就壞了，不是的，而只是說這個電解電容的容量在1000小時以后容量減小了一半，本來是20uF，現在只有10uF了。 　　另外，電解電容的壽命指標還有一個特點，是一定要說明在多少度的工作環(huán)境溫度情況下的壽命。而且通常都是規(guī)定為在105℃環(huán)境溫度下的壽命。 　　這是因為我們現在常用的電解電容都是采用液態(tài)電解液的電解電容，如果電解液干了，電容量當然就沒有了。溫度越高，電解液就越容易蒸發(fā)。所以電解電容的壽命指標必須注明是在什么環(huán)境溫度下的壽命。 　　所以目前所有電解電容都是標出在105℃下的壽命。比如說最普通的電解電容，在105℃時的壽命只有1,000小時。但是如果就以為所有電解電容的壽命都只有1,000小時。那就大錯特錯了。 　　簡單地說，如果環(huán)境溫度高于105℃，那么它的壽命就會低于1,000小時，如果環(huán)境溫度低于105℃，那么它的壽命就高于1,000小時。那么壽命和溫度之間有沒有一個大致的定量關系呢?有的! 　　有一個最簡單而容易計算的關系，那就是環(huán)境溫度每升高10度，壽命就降低一半;反過來，環(huán)境溫度每降低10度，壽命就增加一倍。當然這只是一個簡單的估算，但也是相當準確的。 　　因為用于LED驅動電源的電解電容，肯定都是放在LED燈具外殼內部的，所以我們只要知道LED燈具內部的溫度就可以知道電解電容的工作壽命了。 　　2、LED燈具里的環(huán)境溫度是多少? 　　因為在很多燈具里LED和電解電容是放在同樣的外殼里，簡單來說二者的環(huán)境溫度是一樣的。而這個環(huán)境溫度主要是由LED和電源的發(fā)熱和散熱平衡以后決定的。而且每個LED燈具的發(fā)熱和散熱的情況是不一樣的，那么我們怎么能夠知道其中的環(huán)境溫度呢? 　　其實這個問題可以反過來推算，也就是一個設計得好的LED燈具，它所允許的內部環(huán)境溫度應該是一定的。這是因為LED芯片的結溫是決定LED芯片光衰(壽命)的主要原因，LED結溫當然也由其環(huán)境溫度有關，所以只要知道允許的LED結溫，也就可以推算出LED燈具內部的環(huán)境溫度。但是其間還有至少三個熱阻，就是LED芯片結到外殼的熱阻θjc，和LED外殼到鋁基板表面的熱阻，其實其中經過了焊錫、銅箔、和絕緣層再到鋁板，不過其中最主要的是絕緣層的熱阻，統(tǒng)稱為θlv，第三個就是鋁板到泡殼內空氣的熱阻θla。 　　就拿3014型LED來說吧，它本身的熱阻θjc是90℃/W，因為它的功率只有0.1W，所以內外溫差也就是9℃。鋁基板的熱阻是1℃/W，對于一個10W的燈具由于所有10W的LED都是安裝在同一塊鋁基板上的，所以它的總溫差就是10℃，總共為19℃的溫差，最后的θla很難估計，因為它和空氣是否流通有關，在內部空氣不流動的情況下，其溫差大概只有1℃左右，所以加起來總共是20℃,。也就是說， LED結溫等于環(huán)境溫度加上20℃。 　　那么泡殼內的環(huán)境溫度能夠允許105度嗎?只要看一下下面的一個圖片就知道了。那是美國Cree公司有關LED芯片結溫和光衰之間的關系。 　　如果環(huán)境溫度是105℃，那么還至少要加上20℃才是結溫，所以結溫就大約是125℃。在這個曲線上已經查不到了，只能大致地估算其壽命只有4,000小時。這是絕對不能接受的!也就是說，LED泡殼里的環(huán)境溫度必須大大低于105℃! 　　我們可以反過來根據所要求的LED壽命來看其環(huán)境溫度應該是多少。假定我們要求LED的壽命是100,000小時，那么它的結溫只能是低于65℃，所以環(huán)境溫度就必須低于45℃.也就是說，電解電容的工作環(huán)境溫度必須低于45℃。 　　3、各種壽命的電解電容在45℃的環(huán)境溫度下的實際壽命 　　現在知道了電解電容在實際的LED燈具中的工作環(huán)境溫度，就可以很容易計算出它的實際壽命了。我們在下面的表中列出了幾種常用的電解電容的實際壽命。 　　由表中可以看到，即使最普通的1,000小時壽命的電解電容，在環(huán)境溫度45℃時的壽命就可以達到64,000小時，對于標稱為50,000小時的普通LED燈具已經是夠用的了。 　　4、延長電解電容壽命的方法 　　4.1 從設計上延長其壽命 　　其實，要延長電解電容的壽命，方法很簡單，因為它的壽終正寢主要是因為液體的電解液蒸發(fā)的結果，如果改善其密封性，不讓它蒸發(fā)，它的壽命也自然就延長了。例如Evox Rifa公司設計的雙層密封系統(tǒng)就可減緩電解液蒸發(fā)速度。 　　還有，通過采用整體繞注有電極的酚醛塑料蓋和雙重的特制的封墊與鋁殼緊密咬合，也可大大減少電解液的損失。 　　4.2從使用上延長其壽命 　　減小其紋波電流也可以延長其使用壽命，如果紋波電流過大，可以采用兩個電容并聯的方法加以減小 　　4.3 選用上延長其壽命 　　在選用電解電容時，除了要選用確保質量的品牌電解電容以外，還要在電壓和容量上留有余量。例如對于220V經過橋式整流以后其直流電壓會高達300V，但在選用電解電容時至少選用450V耐壓的電解電容。如果計算出來需要10uF，最好選用20uF。這些措施也都可以延長電解電容的壽命。因為由于電容的等效電阻和紋波電流會使其內部的溫度高于環(huán)境溫度，所以留有余地是必須的。 　　5、保護電解電容 　　有時候即使采用了長壽命電解電容，可是還是會常常發(fā)現電解電容壞掉了，這是什么原因呢? 　　其實如果認為這是電解電容的質量不過關，那可真是讓電解電容蒙受了不白之冤!實際上，這時候電解電容不是肇事者，而是受害者。為什么這樣說呢? 　　因為我們知道在市電的交流電網上，經常會由于雷擊而產生瞬間的高壓浪涌，雖然在大電網上對于雷擊已經做了很多防雷避雷措施，但是仍然不可避免會有漏網之魚漏到居民家里。美國的電網應該是很先進的了，可是在我家就發(fā)生過一件事，在一次雷擊以后，我發(fā)現我的傳真機無法工作了，仔細檢查以后，原來是因為受到雷擊而把電源徹底打壞了，只能報廢。 　　對于LED燈具如果是由市電供電的，那么在燈具的電源里面一定要在市電輸入端加上防浪涌的措施，其中包括保險絲，和過壓保護電阻，通常稱為壓敏電阻，來保護后面的元器件，否則再長壽命的電解電容也會被浪涌電壓所擊穿。 　　我相信如果所有LED廠商都能采用正規(guī)的高質量電解電容，并且采用了以上有關的措施以后，那么電解電容所蒙受的不白之冤一定能夠得到清洗!