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1、肇庆绿宝石电子有限公司,www.zq-,BERYL,LED驱动专用铝电解电容,魏昌君,肇庆绿宝石电子有限公司销售工程师,简易LED驱动电路图及铝电解电容器的应用,BERYL,LED是一种寿命极长的电光源 LED是一种寿命极长的电光源，使用寿命可以达到10万小时，（约140个月，可连续使用11.5年！），一般荧光灯的使用寿命在1万小时以内。LED的光效高，实用化的大功率LED的光效已经超过T8荧光灯管。,BERYL,实际的LED灯使用寿命并不高 在实际应用中，LED灯的实际使用寿命并不高，甚至有的不到一年就损坏了。是什么原因造成LED灯的过早损坏？抛开LED驱动性能不好的因素，LED灯寿命短的根
2、本原因就是驱动电路中的电子原件寿命远远低于LED的寿命。是哪个元件的寿命最短？电解电容器！,BERYL,电解电容的寿命 在LED驱动电路中，必须要有输入整流滤波电路和输出整流滤波电路。输入整流滤波电路需要相对大的电容量才能将整流输出电压平滑到允许范围；输出整流滤波电路也需要足够大的容量来维持电路的稳定性和输出电流的平滑。最经济的大电容量电容器唯电解电容器是最佳的选择！而寿命短是电解电容器的弱点！,BERYL,电解电容的寿命 目前国内大部分厂商生产的电解电容器其寿命多为105/2000小时，即在105 的温度条件下使用寿命只有84天！即使降低到85，寿命也仅仅为332天，75 使用寿命也不超过两
3、年。相对510万小时的LED寿命和无源元件来说，铝电解电容器是导致LED驱动电路寿命达不到的关键元件。,BERYL,无电解电容器方案存在的问题 前些年风行的无铝电解电容器LED驱动技术，但是无电解电容器方案使得市电整流输出电压纹波加大，如果不加以处理就会导致LED输出电压纹波的增加，如果LED工作在满功率状态，就可能出现市电频率下的周期性过电流（或过功率）等因素引起LED驱动电路性能的下降，间接的导致LED寿命的严重不足,BERYL,市电整流滤波电容器的问题 无铝电解电容器LED驱动无法避免的问题是：平滑电源整流输出电压需要足够的电容量，而采用薄膜电容器会明显增加成本、增加体积，不得已而选用低
4、电容量，这又会使得输出纹波电压变大，当电容量低于1uF/W就会在变换器输出产生比较高幅值的纹波电压，使得LED闪烁,BERYL,控制IC电源旁路电容器的影响 控制IC电源旁路电容器不仅需要足够的电容量，还要具有好的电源旁路性能，如果电容量过小就会引起控制IC电源电压的波动，从而引起输出电压的波动，导致LED闪烁。,BERYL,输出整流滤波电容量对LED驱动的影响 如果LED驱动电路是反激式变换器，为了实现稳定，需要足够的电容量，如果电容量不够会引起电路的寄生振荡，使LED严重闪烁。,BERYL,长寿命电解电容器是LED驱动电路的最好选择 从成本和寿命综合考虑，如果能做出长寿命的电解电容器，使电
5、解电容器的寿命与LED寿命基本相同，电解电容器这块LED驱动中短板就可以很好的解决！,BERYL,BERYL产品介绍,BERYL电解电容器解决的LED灯问题点：高分子聚合物固态电容器低温启动耐高温高可靠性、长寿命抗雷击高性能,BERYL产品介绍,BERYL电解电容器主要系列：1.RD系列：105 30008000小时；2.HD系列：105 800010000小时3.HW系列：105 1000012000小时；4.HY系列：105 15000小时.5.J E系列：105 20000小时.6.ES系列：105 抗雷击安规电容。7.CACECF系列:导电性高分子固态电容器,导电高分子固态铝电解电容器
6、,BERYL,高分子固体铝电解电容器的导电特性、频率特性、温度特性、寿命等综合性能优异，替代低压液式铝电解电容器是行业必然趋势。,BERYL,导电高分子固态铝电解电容器的特性A、导电性能阴极材料的导电方式及导电能力决定电容器的导电性能。,BERYL,高分子材料导电性能为液式10000倍,B、等效串联电阻（ESR）低ESR特性优势非常明显。吸收电路中电源线间产生的高幅值电压，防止干扰。且具有非常低的能量损耗,充放电速度快。,BERYL,阻抗频率特性,BERYL,C、频率-阻抗特性,优异频率-阻抗特性，保证在不同频率电路中都能很好应用,D、频率特性优异频率特性，保证在高频电路中的应用,BERYL,
7、频率HZ,容量uF,E、温度特性良好的温度特性，ESR、C 随环境温度的变化的改变是很少的。明显优于液态铝电解电容器。,BERYL,液态,F、工作寿命采用固体电解质，避免液体铝出现电解液干涸、漏液、爆炸燃烧等失效。当工作温度每降低20，产品的使用寿命增加10倍。（液态铝是4倍）,BERYL,小时,导电高分子固态铝电解电容器应用于高端的计算机、家用电器、通讯电源、汽车电子、电子对抗、航空航天等高端电子设备中。导电高分子固态铝电解电容器生产技术难度高，生产工艺控制难，目前能批量生产的厂家不多，主要厂家以日本NCC(Chemi-con)、Sanyo、Nichicon、ELNA 为主，台湾和国内也只有
8、两三家可少量生产。,BERYL,导电高分子固态铝电解电容器应用优势：,BERYL,储能应用：可承受大电流高速负载变化，保证负载工作的稳定性（ESR大小决定充放电的速度）输入、输出平滑应用：解决液态电容工作时出现偏压问题及长寿命化。LC滤波应用：低温特性优异，解决液态电容低温失效问题。缺点：目前批量生产只有25v产品，35v在试产阶段，50v还在研发阶段,关键核心技术：使用3,4-乙烯基二氧噻吩单体，特殊氧化剂的水溶剂中，以Na2S2O8催化剂，经多次反复氧化聚合而成-聚噻吩（水性分散物），吸附在铝氧化膜表面，经炭化处理后 可得到高电导率、有较好机械强度、且不溶于普通溶剂的PEDOT膜。,BER
9、YL导电高分子固态铝电解电容器,2009年介入研发,2011年小量试产,2012年市场销售,肇庆绿宝石电子有限公司,BERYL,产品特点在于：,BERYL,一、材料的化学氧化聚合反应：3,4-乙烯基二氧噻吩 氧化剂 聚3,4-乙烯基二氧噻吩膜分子式：C6H6O2S 掺杂（PEDOT）结构,BERYL,二、材料的离子掺杂过程掺杂目的是提高共扼高聚物PEODT的导电性掺杂过程：,BERYL,三、使用特殊氧化剂：聚苯乙烯磺酸化合物PSS1、作为平衡离子保持PEDOT主链上的电荷平衡；2、使PEDOT生成易于分散在溶剂中的纳米胶体。长链的PSS分子掺杂多个PEDOT分子短链。粒子尺寸增加，有效地减小了
10、粒子间的界面厚度，增加核结构中PEDOT短链的交联，使得电导率得到增加。,BERYL,四、工艺对溶剂、溶剂浓度、聚合工艺做了系统的研究，如在聚合工艺上：可有效地提高PEDOT的聚合掺杂的效果及成膜的电导率。,三层次聚合方式,85 聚合,50 聚合,20 聚合,BERYL,BERYL 导电高分子固态铝电解电容器其合成材料的电导率高达600S/cm.生产的产品技术水平达到日本NCC的水平，可完全取代进口产品，应用于高端的电脑主机板、等离子电视、汽车电子上。,BERYL,用于旁路、滤波电路(如LED驱动电源)的铝电解电容器在低温环境易出现溶质结晶析出现象或因电解液粘度过大产品阻抗值高，内部电荷难以进
11、行定向移动形成电流，导致电源无法启动。,超低温铝电解电容器研发的必要,BERYL,电容器行业内对下限工作温度：生产厂家对下限工作温度-65以下的产品进行研究开发，但可批量生产的尚未有报道）,-25-40-55-65,BERYL,BERYL 超低温铝电解电容器 下限工作温度达-65A、低温阻抗特性优异 Z（-65）/Z（+20）10,BERYL,超低温铝电解电容器B、产品可靠性高，可达105工作寿命2000小时。C、高频低阻抗。D、可承受大纹波电流冲击。E、具有低饱和蒸汽压，以保证在高温、高寒的环境不发爆裂现象。,BERYL,申请发明专利：一种超低温LED驱动电源专用的铝电解电容器 申请号：20
12、1120179250.8,BERYL,超低温铝电解电容器,对超低温铝电解电容器的系统研究：（1）溶剂化效应研究,BERYL,2、电解质溶液的依数性原理,溶液高分子溶质如聚乙二醇,蒸气压下降,沸 点 上 升,凝固点下降,扩展铝电解电容器的上限和下限工作温度,BERYL,(3)在超低温铝电解电容器的研发中，对添加剂进行研究，如合成抗腐蚀添加剂，可以提高产品的抗腐蚀性以及高温使用寿命；添加消氢剂，防水合剂等。,BERYL,超低温铝电解电容器,优化产品材料配套生产工艺,高电导率、高稳定性、低凝固点工作电解液,BERYL,ES系列的抗雷击安规铝电解电容器,BERYL,电子设备在遭受雷击，其输入电压的突变
13、会使整流电压瞬间增大到一个远超出电容器额定电压的值，瞬间高压冲击容易造成铝电解电容器发生击穿现象，电源失效，更严重时会引起电路燃烧。,BERYL,当前行业中对铝电解电容器的检验并不涉及安规，国内各生产企业针对安规的设计只限于对电容器进行过压防爆设计，即当电容器受到高于工作电压冲击时，防爆阀处打开，消极地接受了高压造成的损害。日本及欧盟对电子元器件的安规要求越来越重视，针对电容器进行抗雷击的隔离和预防的研究及应用。,BERYL,抗雷击性能：在实验室中 以浪涌冲击抗扰度试验来进行验证的,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器。试验设备：NSG2050浪涌抗扰度测试系统。试验等级:2级，开路试
14、验电压峰值（110%）kV，短路电流峰值（0.510%）kA.浪涌波形：开路电压波前时间1.2S；半峰值时间50S；短路电流波前时间为8S；半峰值时间20S。试验周期：44次,BERYL,浪涌冲击抗扰度试验 的浪涌波形,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器试验后：外观检查：无可见损伤和电解质漏出，标志清晰。电容量变化在初始值的20%以内。损耗角正切值初始规定值。漏电流 初始规定值。,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器研发路线,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器工作电解液开发提高闪火电压,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规
15、铝电解电容器工作电解液开发有机磷酸的应用,有机磷酸防水合作用的示意图1=磷酸铝石层 2=氧化膜层3=铝层,在工作电解液中添加一些具有较强吸附性的有机添加剂有机磷酸盐，吸附在氧化膜表面，减少水与氧化膜的接触，并在铝氧化膜表面形成一层网状磷酸铝石层，从而起到双层保护作用。,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器,电解液开发新型防腐蚀剂的开发,BERYL,在产品结构上，通过与材料厂家的联合开发一种双层结构的特殊材质电解纸：电解纸设计：内层电解纸采用低紧度吸液性好的材质保证了阴极箔和阳极箔表面电解液充足，外层电解纸采用高紧度电解纸的材质提升了电解纸层的耐高电压冲击能力，进而增加了铝电解电容器的耐高压冲击能力；,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器,BERYL,BERYL ES系列的抗雷击安规铝电解电容器 经赛宝试验室验证通过，该产品研发成功及销售应用，填补国内空白。,申报国家发明专利：抗雷击导针型安规铝电解电容器及其生产方法，专利申请号：201110079786.7。,BERYL,END,谢谢！,肇庆绿宝石电子有限公司,2011年12月12日,
