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解析X5R与X7R电容在LED电源上的应用

2016-01-12 15:21
铁马老言
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  多层片式陶瓷电容器俗称MLCC,易容网对MLCC特性分类做了一个总结分享。MLCC根据材料分为Class 1和Class 2两类。Class 1是温度补偿型,Class 2是温度稳定型和普通应用的。

  众所周知,Class 1电容通常是由钛酸钡不占主要部分的钛酸盐混合物构成。他们有可预见的温度系数,通常没有老化特性。因此他们是可用的最稳定的电容。

  图1:X7R电容温度曲线

  Class 2电容通常也是有钛酸钡化合物组成。它有很大的电容量和温度稳定性。最常用的Class 2电容电解质是X5R和X7R。在温度范围内,X5R和X7R能提供仅有±15%容值变化量。适合应用在温度范围宽,电容量要求稳定的场合。

  通过调研发现,LED电源目前在全世界普及率非常高,并且和白炽灯比起来,比率越来越大。功率从0.4w-300w之间。家用照明主要集中在15w以下,大部分商业照明也在15w以下。随着人们对美观的追求,LED电源体积也越来越小(见附图2),所以LED电源芯片集成度越来越高。因此外围MLCC使用量较小。目前15w以下LED电源对MLCC的需求主要集中在Vcc、MULT、COMP、RC吸收及旁路和去耦电容。

 

图2:LED电源的小型化

  同时发现,随着IC集成度越来越高(比如集成MOS),因为体积要求,IC基本上都是贴片SOP-8封装。而LED本身就是巨大的发热源,导致LED电源环境温度很高,而芯片高集成度也使得IC作为发热源本身温度也很高,有的甚至达到110°,温升达85°。

  LED电源一般空间狭小,散热条件差,也在思考如何保证LED电源质量和寿命?研究发现从设计前就开端思忖,从而避免LED电源很快失效,可以说LED电源寿命是制约着LED发展的关键。这是一下需要系统设计和考虑的综合问题。LED电源寿命外围因素主要是工作环境温度,电网稳定性、开关次数。内在因数主要是电流保护电阻,电解电容和MLCC电容的选择。

  Class 1电容由于容值一般很小,精度高并且成本高,所以LED电源上需求较少,LED电源上主要是Class 2的X5R和X7R电容。LED电源中MULT和COMP电容主要是芯片内部运放的反向输入端和补偿输出端之间需要接阻抗,结成负反馈形式,和旁路电容共同控制电源环路的稳定性。因此这类电容的稳定性就从本质上决定了电源品质。往往这类电容需要靠近芯片放置才能确保芯片工作的稳定性。但LED电源高温特性及体积小,并且IC集成MOS本身就是发热源,所以环境温度非常高。通过PCB把热量传到电容,导致电容温度很高,有的可达90°。X5R温度范围-55°--85°,而X7R温度范围-55°--125°(温度曲线见附图1)并且随时间变化大约每10年变化1%△C。因此考虑LED电源品质,MULT、COMP和旁路电容等需靠近芯片放置的电容应选用X7R的电容,其他则可选用X5R。

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