MLCC完全替代LED电源中电解电容的可行性分析

日本注重LED灯具的寿命和舒适性。LED灯具频闪曾经让一名日本市政厅官员晕倒。TDK专家将LED照明灯具里的MLCC替换为电解电容，并且做了频闪测试。测试发现，用MLCC去替换电解电容时不能同等容量进行替换。日本一些领先厂商已经开发出全部使用MLCC的LED灯具，这种替换思路已经在日本获得广泛认同。

众所周知，日本今年发生了很多事情，大海啸和日本地震，引起日本主要电子供应厂商交货出现一些问题，另外一个是日本限电的因素，由于他们的产线不能按照预期去营运，所以日本厂商的电子货品出现一些交货期的隐患。另外一个因素是日币升值，间接引起日本电子元器件的价格偏高，所以在日本的电子元器件厂商成本管控方面压力非常大。

LED照明主要分为两大类：一是室内照明，一是室外照明。室内照明里有应用在公共场所或者产线上大型的照明，它的使用环境非常恶劣。这种使用环境也间接导致使有寿命的隐患。二是室外照明，比较典型的是路灯照明。路灯照明长期在外部温度下使用，特别是像北方温差比较大的情况下，LED照明会受比较大的温差影响，用在灯具里面的电解电容比较多。电解电容在高低温下，性能表现较差，间接影响了它的寿命。目前在LED照明行业里，寿命方面仍存在一些隐患性的问题，短时间出现故障的问题也没有得到彻底的解决。

以LED室内灯为例，由于在密封环境下使用，所以它在使用过程中会出现电子自身发热的现象，而且内部环境的温度也是非常高的。目前LED照明主流的电解电容在高温下的表现不是很好。从这个隐患来考虑，TDK建议用MLCC去替代电解电容解决使用寿命上存在的隐患问题。TDK从1971开始生产MLCC，在日本本土有4间主工厂，主要做陶瓷电解电容核心的工序。TDK在日系的元器件厂商当中，是唯一一家把前工序放在日本本土的企业，说明TDK在品质管控方面的要求也非常高。 

电解电容与MLCC的特性比较

电解电容有一个很大的特点，就是ESR值比较高。如果ESR比较高，会以发热的形式损耗掉，所以电解电容自身发热是比较严重的。另外，它的纹波电流比较高，同样会引起自身发热非常严重。ESR加上纹波电流，自身发热达到一定程度会加速电解液挥发的速度，容量也会衰减，整个呈现恶性循环的趋势。

另外，助焊剂里面我们会使用卤素元素，也会间接引起电压的变化。MLCC跟电解电容一样，也有它的缺点和优点。MLCC最主要的特点是寿命比较长，另外它在高温和低温下的表现非常一致，它的特性在高温和低温下面不会有太大差异。

MLCC缺点：
1. 跟同等容量的电解电容相比，MLCC单价会比较高；
2. MLCC有偏压的特性，它的容量跟施加的电压呈衰减的趋势，
3. MLCC的容量范围比较小，MLCC不可能像电解电容那样随随便便就可以做到200万、 300万。

LED灯具频闪导致日本一位官员晕倒

日本业界目前发生比较普遍的现象是，人们长期在房间里面工作时容易感到疲劳，后来发现原因是频闪。如果电灯电力供应不足会出现频闪现象，大约小于30%时人们容易感到疲劳感。

目前LED照明比较流行，日本政府市政厅把普通的节能灯全部换成LED照明，后来发生一件事，一个政府官员在工作当中突然晕倒了，后来查明原因是跟LED频闪现象有关，LED频闪会让人引起疲劳感。为了解决这种现象，各个厂商也做了很多的努力，有一种回路叫PFC回路，像国内的厂商已经在用了，这个属于PFC回路的填谷回路。在第一次整流过后，在第一次平滑的阶段，如果电压下去，电流会有一个中断现象。如果有中断现象，就会出现频闪。

我们也是在实际的基础上做了一个这样的测试，把电解电容替换为MLCC来看一下它的频闪效果会不会得到很好的解决。首先粉红色的地方是输入的电压，黄色部分是填谷后电压的曲线，蓝色部分是在LED电流的一个表现。客户在原来的设计里面，在这里用了4.7uf的电解电容。大家可以看一下它的电流曲线，虽然它呈现出一种波形，但中间没有断，所以这种设计不会有闪频的现象。

我们也用MLCC做了一个替换来看一下它整体的表现。用MLCC替换电解电容的时候，像电压跟容量怎么选，也是大家一直在考虑的问题，所以我们也做了一个测试，就是用比4.7uf小一个型号2.2uf做测试。测试以后发现，黄色电压部分就会下去。下去的话，这边电流流过去就会出现中断的现象，这样会出现频闪。就是说用MLCC替代电解电容的时候，如果用小容量进行替换就不能解决闪频的现象。

我们接下来用大一点的容量，用10uf做试验。用10uf做了试验之后就是左下边的图，发现这种现象可以得到解决。从结果来看，这个试验可以证明按照这个用途去用的话，其实用MLCC去替换电解电容是完全可以的。从这张图上大家可以看到用MLCC去替换电解电容时就不能同等容量进行替换，你要选一个容量稍微大的MLCC才可以进行替换。如果大家做出口，如果往日本出口的话，日本是一个保证4万小时寿命的国家。如果你用电解电容的话，根本没办法满足他们灯泡要4万小时的要求，所以大家普遍会考虑用MLCC去做。特别是是像这种室内灯，电解电容本身体积就很大，如果是这种小基板的话，MLCC就非常有优势。 

在日本，MLCC替换电解电容的思路已经铺开

现在在日本电解电容的寿命隐患也成为一个很大的问题，日本一些尖端的LED厂商也在开发全部用MLCC去做灯泡。日本某一个前端厂商，已经研发出这种电源，整个电源用的电容全部换成MLCC。（保密原因，图片不能展示，仅仅是思路介绍）。在日本这种思路已经完全铺开，像一些尖端的厂商已经在用MLCC去替换电解电容。

从三个方面考虑MLCC在LED照明领域的应用还是有可能性。接下来可能前端厂商走的这个路线比较多：从高寿命、小基板、薄型基板考虑，这种基板只有MLCC才可以贴上去。

在LED照明领域主要应用的MLCC分三类：一是中耐压产品，100V到630V的产品；二是 高温对应产品，150度对应的；三是叠容（耐机械应力，耐热冲击16V-630V）。叠容是旁边用金属支架支撑的电容，它在高温下的性能非常高，在路灯上，比如交通灯、路灯应用的比较多一点。