茅于海：LED灯具短命，电解电容真是元凶吗？

常常听说现在LED灯具之所以寿命短主要是电源的寿命短， 而电源之所以寿命短是因为电解电容寿命短。这些说法也有一定道理。因为市面上充斥着大量的短寿命低劣的电解电容，再加上现在都在拼价钱，所以一些厂家不顾质量而去采用这些低劣的短寿命电解电容，结果就得出了上述结论。那么实际情况到底是怎么样的呢？

电解电容的寿命取决于它工作时的环境温度

电解电容的寿命是怎么定义的呢？当然是以小 时定义的。但是如果一个电解电容的寿命指标是1,000小时，并不是说一千小时以后这个电解电容就坏了，不是的，而只是说这个电解电容的容量在1000小时以后容量减小了一半，本来是20uF，现在只有10uF了。

另外，电解电容的寿命指标还有一个特点，是 一定要说明在多少度的工作环境温度情况下的寿命。而且通常都是规定为在105℃环境温度下的寿命。
这是因为我们现在常用的电解电容都是采用液 态电解液的电解电容，如果电解液干了，电容量当然就没有了。温度越高，电解液就越容易蒸发。所以电解电容的寿命指标必须注明是在什么环境温度下的寿命。

所以目前所有电解电容都是标出在105℃下的寿命。比如说最普通的电解电容，在105℃时的寿命只有1,000小时。但是如果就以为所有电解电容的寿命都只有1,000小时。那就大错特错了。

简单地说，如果环境温度高于105℃，那么它的寿命就会低于1,000小时，如果环境温度低于105℃，那么它的寿命就高于1,000小时。那么寿命和温度之间有没有一个大致的定量关系呢？有的！

有一个最简单而容易计算的关系，那就是环境 温度每升高10度， 寿命就降低一半；反过来，环境温度每降低10度，寿命就增加一倍。当然这只是一个简单的估算，但也是相当准确的。

因为用于LED驱动电源的电解电容，肯定都是放在LED灯具外壳内部的，所以我们只要知道LED灯具内部的温度就可以知道电解电容的 工作寿命了。

LED灯具里的环境温度是多少
 
因为在很多灯具里LED和电解电容是放在同样的外壳里，简单 来说二者的环境温度是一样的。而这个环境温度主要是由LED和电源的发热和散热平衡以后决定的。而且每个LED灯具的发热和散热的情况是不一样的，那么我们怎么能够知道其中的环境温度呢？

其实这个问题可以反过来推算，也就是一个设 计得好的LED灯 具，它所允许的内部环境温度应该是一定的。这是因为LED芯片的结温是决定LED芯片光衰（寿命）的主要原因，LED结温当然也由其环境温度有关，所以只要知道允许的LED结温，也就可以推算出LED灯具内部的环境温度。但是其间还有至 少三个热阻，就是LED芯片结到外壳的热阻θjc，和LED外壳到铝基板表面的热阻，其实其中经过 了焊锡、铜箔、和绝缘层再到铝板，不过其中最主要的是绝缘层的热阻，统称为θlv，第三个就是铝板到泡壳内空气的热阻θla。

就拿3014型LED来说吧，它本身的热阻θjc是90℃/W，因为它的功率只有0.1W，所以内外温差也就是9℃。铝基板的热阻是1℃/W，对于一个10W的灯具由于所有10W的LED都是安装在同一块铝基板上的，所以它的总温差就是10℃，总共为19℃的温差，最后的θla很难估计，因为它和空气是否流通有关，在内部空气不流动的情况下，其温差大概只有1℃左右，所以加起来总 共是20℃,。也就是说， LED结温等于环境温度加上20℃。

那么泡壳内的环境温度能够允许105度吗？只要看一下下面的一个图片就知 道了。那是美国Cree公司有关LED芯片结温和光衰之间的关系。

 

如果环境温度是105℃，那么还至少要加上20℃才是结温，所以结温 就大约是125℃。 在这个曲线上已经查不到了，只能大致地估算其寿命只有4,000小时。这是绝对不能接受的！也就是 说，LED泡壳里的环境温度必须大大低于105℃！

我们可以反过来根据所要求的LED寿命来看其环境温度应该是多少。假定我们要求LED的 寿命是100,000小时，那么它的结温只能是低于65℃， 所以环境温度就必须低于45℃.也就是说，电解电容的工作环境温度必须低于45℃。

各种寿命的电解电容在45℃的环境温度下的实际寿命

现在知道了电解电容在实际的LED灯具中的工作环境温度，就可以很容易 计算出它的实际寿命了。我们在下面的表中列出了几种常用的电解电容的实际寿命。

  几种常用的电解电容的实际寿命

由表中可以看到，即使最普通的1,000小时寿命的电解电容，在环境温度45℃时的寿命就可以达到64,000小时，对于标称为50,000小时的普通LED灯具已经是够用的了。

延长电解电容寿命的方法

从设计上延长其寿命

其实，要延长电解电容的寿命，方法很简单， 因为它的寿终正寝主要是因为液体的电解液蒸发的结果，如果改善其密封性，不让它蒸发，它的寿命也自然就延长了。例如Evox Rifa公司设计的双层密封系统就 可减缓电解液蒸发速度。

还有，通过采用整体绕注有电极的酚醛塑料盖 和双重的特制的封垫与铝壳紧密咬合，也可大大减少电解液的损失。

从使用上延长其寿命

减小其纹波电流也可以延长其使用寿命，如果 纹波电流过大，可以采用两个电容并联的方法加以减小

选用上延长其寿命

在选用电解电容时，除了要选用确保质量的品 牌电解电容以外，还要在电压和容量上留有余量。例如对于220V经过桥式整流以后其直流电压会高达300V，但在选用电解电容时至少选用450V耐压的电解电容。如果计算出来需要10uF，最好选用20uF。这些措施也都可以延长电解电容的寿命。因为由于电容的等效电阻和纹波电流会使其内部的温度高于环 境温度，所以留有余地是必须的。

保护电解电容

有时候即使采用了长寿命电解电容，可是还是 会常常发现电解电容坏掉了，这是什么原因呢？

其实如果认为这是电解电容的质量不过关，那 可真是让电解电容蒙受了不白之冤！实际上，这时候电解电容不是肇事者，而是受害者。为什么这样说呢？
因为我们知道在市电的交流电网上，经常会由 于雷击而产生瞬间的高压浪涌，虽然在大电网上对于雷击已经做了很多防雷避雷措施，但是仍然不可避免会有漏网之鱼漏到居民家里。美国的电网应该是很先进的 了，可是在我家就发生过一件事，在一次雷击以后，我发现我的传真机无法工作了，仔细检查以后，原来是因为受到雷击而把电源彻底打坏了，只能报废。

对于LED灯具如果是由市电供电的，那么在灯具的 电源里面一定要在市电输入端加上防浪涌的措施，其中包括保险丝，和过压保护电阻，通常称为压敏电阻，来保护后面的元器件，否则再长寿命的电解电容也会被浪 涌电压所击穿。

我相信如果所有LED厂商都能采用正规的高质量电解电容，并且采用了以上有关的措施以后，那么电解电容所蒙受的不白之冤一定能够得到清洗!