无电解电容线性恒流源的利弊——茅于海

一、无电解电容的简单方法

去掉电解电容是很容易的事，而且它也是可以工作的。

图一. 最简单的无电解电容电路

然而这种电路的寿命更短，因为它没有采用恒流的措施所以当输入电压升高或温度升高时，电流就会很快升高，以致很快就会烧毁LED。加电阻限流虽然可以解决一些问题，但是其效率只有52%-73%。是完全无法接受的。

所以必须加以恒流，那怕是最简单的恒流二极管。

图二. 加上恒流二极管的无电解电容电路和电流波形图

然而这个电路也是无法工作的。因为输入是半个正弦波，在低电压时LED是不能启动，虽然电压升高到一定程度时，它可以恒流，这时候电流的波形接近一个矩形波，所以它的功率因数也不能令人满意，因为只有当电流波形和电压波形一样时，功率因数才能等于1。那么能不能开发出一种电路使得它的电流波形尽可能接近于电压波形呢？

二、ExClara 的EXC100解决方案

美国硅谷的ExClara公司提出了一种方案可以接近地 解决这个问题。因为采用恒流二极管以后，电流只能是平的，所以也就只能用阶梯波来接近正弦波。

图三. 用矩形波来近似正弦波和实测图

这个看起来很简单的事，真要实现可是一件很复杂的事。为了得到这样的电流波形，就必须依次接通具有不同恒流值的LED串。其EXC100芯片具体框图如图四所示。

图四. EXC100的连接框图

它首先要测量输入电压，等到输入电压达到一定值以后，开始接通第一串恒流于比较低值的LED；到达更高一些的电压以后就开始在第一串后面再接上第二串LED并恒流于更高的电流；最后等到电压更高以后，再接通第三串LED并恒流于更高值的电流。所以它的内部结构是很复杂的。

后来美国的Supertex公司也开发了一个可接通4串LED的CL8801。采用4串以后PF可以达到0.98，谐波失真也可以小于20%。它的框图如图五所示。

图五. CL8801的框图

其实这里面还没有画出测量输入电压的电路，这个电路测量输入电压并将其和几个设定好了的四个值逐一比较，并依次接通开关1、2、3、4。而这些开关都必须是耐高压的MOS管。所以整个芯片都必须采用高压工艺来制作。其成本是很高的。EXC100的售价约为10元人民币。台湾的AIC公司也做了类似的产品。

还有韩国、日本等很多公司也都有类似的产品，看来这种产品好像很受欢迎，就是成本比较高。

三、晶丰的BP5801

为 了降低成本，最简单的办法就是把内部的高压MOS开关管拿到外面，用分立元件实现。晶丰的BP5108就是采用这种方法（图六）。

图六. BP5108连接示意图

在220V时，当整流后电压升到104.7V时，第一串40颗LED开始导通（其电压为134V）；当电压再增加34.89V时，第二串23颗LED开始和第一串LED串联并导通（其电压为76V）；当电压再增加25.21V时，第三串23颗LED再串入并导通（其电压为76V），最后三串LED都以30.8mA的最大电流导通（额定电流为20mA）。因为这时候电流的波形比较接近正弦波，而且和电压波形同相，所以功率因数可以高达0.968，效率也可以有90.6%。

其详细的电路图如图七所示。图中前面三个（两个保护，一个整流桥）是公有的，一个电感和一个电容是为了降低电磁干扰EMI所需的滤波器，因为这个本来是线性恒流源变成开关型了。再加上后面11个电阻，三个电容和三个MOS管，一共22个元器件，而且MOS管需要采用2N60，也是体积大价钱贵的器件。

图七. BP5108具体电路图

四、无电解电容线性恒流源的得失

这种无电解电容线性恒流源值所以要去掉电解电容是因为两个原因：

电解电容寿命短 其实这是一般人的误解。当然这种误解也是从大量的实例中得到的。其主要原因是中国市场上充斥着大量的劣质电解电容，这些电解电容的确寿命很短。但这并不意味着凡是电解电容其寿命就一定短。

电解电容有两种，一种是液态电解质的，另一种是固态电解质的。液态电解电容寿命比较短，那是因为液体会干枯的原因。所以新的长寿命电解电容就采用固态电解质。而固态电解电容的寿命据称可以达到23年，远远超过了LED的寿命。但是固态电解电容的价钱比较贵。

那么是不是液态的电解电容就不能做到长寿命呢？完全不是这样，业者都知道日本的红宝石电解电容的寿命在105℃时可以达到10,000小时，而温度每降低10度，寿命延长一倍，在85度的环境温度就可以有4万小时，在75度就可以有8万小时，完全可以满足LED的需要。而其价钱也不是贵到不可接受的程度。而最近红宝石公司更开发出了寿命更长一倍的小体积LLE系列的电解电容，其105℃时的寿命高达20,000小时，专门供给小体积球泡灯使用。而且国内也已经有厂家可以生产和红宝石媲美的液态电解电容了。

所以电解电容的寿命本来就