交流LED的优缺点

1、AC LED技术的原理和特点及典型应用引言以高效节能、绿色环保、长寿命为特点的新兴LED照明技术如今正在加速发展，应用中的新技术、新方案也不断涌现。LED照明设计可结合光源特性，如光源指向性、冷光源及色彩变化等，必将将成为照明市场主流。近年来，随着 LED在材料选取、晶粒制程、封装架构 设计技术等方面的研究不断进步，一种新的交流发光二极管(AC LED )技术应运而生，通过一种新的思路，推动了 LED照明技术的实用化。1、施ED照明技术及其不足传统的LED是典型的低压直流器件，无法直接在我们日常照明使用的电源是高压交流(AC 100220V)下使用，必须经过变压器或 开关电源 降压，然后将交流

2、(AC)变换成直流 (DC)，再变换成直流恒流源，才能供 LED光源使用。因此在LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个变换器,不利于照明灯具的设计和小 型化。而且系统经过的变换环节，能量必然有一定量的损耗，DC LED在交流、直流之间转换时约15%30%的电力被损耗，系统效率很难做到90%以上。如果能用交流(AC)直接驱动90%以上。变换装置的LED光源产品寿命的瓶颈,LED光源发光，系统应用方案将大大简化，系统效率将很轻松地达到 存在造成了传统LED照明产品成本较高的重要因素，也成为制约 无法体现LED长寿命的特点。2、AC LED的原理和特点2.1 AC LED的结构组成AC LED是相

3、对于传统的 DC LED来说，无须经过 AC/DC转换，可直接插电于 220V (或 110V)交流电使用的LED照明技术。AC LED光源的技术关键是 LED晶粒在封装时的特殊排 列组合技术，同时利用 LED PN结的二极管特性兼作整流，通过 半导体制作工艺将多个晶粒集 成在一个单芯片上，即高 功率单晶粒(single power chip ) LED技术，并采用交错的矩阵式排 列工艺组成桥式电路，使 AC电流可双向导通，实现发光。晶粒的排列如图1所示，左图是AC LED晶粒采用交错的矩阵式排列示意图，右小图是实际AC LED晶粒排列照片，AC LED晶粒在接上交流后通体发光，因此只需要二根

4、引线导入交流源即能发光工作。图1 AC LED晶粒封装示意图2.2 AC LED的工作原理及特点AC LED光源的工作原理如图 2所示，由LED微晶粒采用交错的矩阵式排列工艺组成 5个桥臂，组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流源， 另两端联接一组 LED晶粒，交流的正半周沿实线流动，3个桥臂的LED晶粒发光，负半周沿虚线流动，又有3个桥臂的LED晶粒发光，四个桥臂上的 LED晶粒轮番发光，相对桥臂上的 LED晶粒同时发光，中间桥臂的LED晶粒因共用而一直在发光。AC图2 AC LED光源的工作原理在50Hz (60Hz)的交流中会以每秒 50 (60)次的频率轮替点亮。整流桥取得的直流

5、是脉 动直流，LED的发光也是闪动的，LED有断电余辉续光的特性，余辉可保持几十微秒，而人 眼对流动光点记忆是有惰性的，所以感觉不到光的闪动。LED有一半时间在工作，所以发热得以减少40%20%。其使用寿命较 DC LED长。AC LED体积小，可应用于工业及民用小型指示灯；高压低电流导通优点克服了使用DCLED时，线路高损耗造成需依赖电源供应器接续的问题；而且双向导通，蓝绿光LED无静电击穿ESD问题；使用微晶粒技术大幅提高发光效率；由于功率因数提高与低电流控制，对于一般照明产业及LCD背光面板产业,更是一项实用化新技术。3、AC LED的发展及典型产品韩国汉城半导体公司即今天的首尔半导体

6、早在2005年已发明可以用交流电直接驱动使其发光的AC LED，其次是美同III-N Technology , 3N技术开发MOCVD生长技术基础的氮化镣 讨底，可以增进照明和url=" target=_blank传感器/url的应用，并降低成本和提高生产效率。 对大大小小的硅发光二极管提供6英寸生产技术。3N发明的单芯片交流发光二极管(ACLED),建立了全面的专利组合，以保护和改善技术，牢固地确立其专有的立场，是首届一指 的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。台湾工业技术研究院2008年也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的AC LED产品，可直接插电于 60Hz或史高频率的

7、AC 110V交流电压使其交流发光，应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯，能有效解决现有LED无法直接在交流电源下使用，造成产品应用成本较高的缺点。台湾工研院的On Chip AC LED因此获得素有美曰产业创新奥斯卡奖之称的2008年R&D 100 Award大奖。现在全世界只有美国、韩国台湾工研院有此技术，台湾工研院开发出白光、蓝光及绿光AC LED制程技术不仅与国际同步，也是全球领先者之一。AC LED成熟的产品如首尔用于 AC110V的AX3201、AX3211和用于220V的AX3221、 AX3231。用于 AC110V功率在3.3W4W,工作电流 40mA ;用于 AC22

8、0V功率在3.3W- 4W,工作电流20mA (图3)。LED晶粒直接封装在铜铝基板上。图3首尔半导体的 AC LED液光固态照明股份有限公司研发的采用独有的液体沉浸热管理解决方案（LITMS ）的功率为5W的AC LED灯泡，将AC LED采用玻璃封装，无须使用电源转换器，使得灯泡寿命不受 限于转换器，使用环保安全的配方液体，取代原来的金属散热片，而前向液冷360度散热方式，也是AC LED的光线更加柔和，减小刺眼感。其外形图如图 4所示。图4液冷AC LED灯泡外形图AC LED不仅可以用在各种场合的照明，还可以用于液晶显示屏 的背光照明。其在照明上的一个典型应用原理图如图5所示，在AC

9、LED两端分别串入正温度系数热敏电阻PTC,和限流电阻R1、R2、R3,接上110V或220V交流即可进入照明工作。相对传统的DC LED,无须降压整流装置，大大简化了实际应用，提高了效率和可靠性。PTCR2220V图5 AC LED的典型应用电原理图AC LED刚刚起步，现阶段仍有两个缺点，一是发光效率并没有DC LED高。二是AC LED有触电的风险。因为 AC LED直接连接高压电网，如果采用金属鳍片散热，容易发生 触电危险，需要研究新的间接散热方案，比如充液LED固态照明灯具等。4、结语目前AC LED在发光亮度、功率等方面还不够理想，但 AC LED的应用简便、无需变压转 换器和恒流

10、源，以及低成本、高效率已显现强大的生命力。AC LED的技术在飞跃发展，可以设想在不久的将来，高亮度、大功率、低成本的产品将大量面世，更绿色、更环保为我们这个 世界提供光明。AC LED没能回避必不可少的恒流控制技术分析一、AC LED并非器件本质上的改变也就是说，实际上还不存在交流电场工作机理的LED晶片，现在问世的 AC LED是一种内部晶片组特殊排列的器件，仅仅是LED器件内部构造的改变，当然要做到这样的工艺水平也不容易。对AC LED的介绍现大多数都引用 首尔半导体 公布的资料。从中可以看出其是沿用了传统 的整流桥电路，来解决交流对所谓的直流LED供电问题。看上去好处是省掉了整流二极管

11、，但LED的反向耐压有限，遇到 电网浪涌尖峰很大时如受损害，就不一定是好处。因为是仿效的整流桥电路，所以四个桥臂上只流过一半电流，而直流负载端则流过整份电流，造成各组LED上电流分布相当不均衡，如欠流会影响发光流明值和发光效率，如过流要造成光衰并影响寿命。要解决也简单，只需将直流端的LED撤除后直接短路，剩下的四桥臂上电流就可以一致了。再仔细看一下电路，现在已变成各组正向与反向LED并联连接。其实当初就不必搞得太复杂，只要正向与反向并联，交流正负半周就都能通过了。二、AC LED没能回避必不可少的恒流控制技术从介绍看，现在 AC LED的光效与通常的LED比还不够高，据说是发展阶段，以后会高

12、上去的。笔者认为同类 LED晶片本身发光的基础是一样的，制约每瓦发光量的主要是这个整 流桥电路型式。试想五组 LED中只有一组能正常工作，充分发挥出光效，占 80%的其余四组 都在光效很差的欠电流状态工作。再怎么跟着一起发展，也夭生总比普通LED的发光效率要低一大截。提高的方法还是该挨弃不实用的整流桥路，直接正向、反向并联连接就可全部工作 在发光效率最好的状态。AC LED中没有恒流保护机能，使用时必须外接限流电阻，但限制到电源电压上极限的电流时，则在正常或低电压时就要工作在欠电流的低光效状态。电阻限流是较差的保护方法，不 仅功能有缺陷，而且还要靠耗能才会起作用，使电源利用率也就是能效降低。想加一个PTC就解决LED恒流问题，是对该 元件的性能了解得不够全面。PTC主要用在过流保护和热保护中，当电路中电流过大，发热后PTC达到居里点温度时，电阻值就急剧上升接近断路，彩电中的消磁电路就用它产生大电流衰减波幅消磁。当PTC电阻体受周围热量影响，使温度变得超过居里点时会呈开路状态，可起到 开关型热保 护作用。要想靠PTC电阻的正温度系数特性对 LED起恒流保护作用还该想到：1、PTC电阻通过电流，要热起来有个加热时间过程，当电阻还未增到足够高时，可能超 过的电流早已使 LED受损。2、PTC电阻体的自发热温度要真能控制恒流，那末环境温度高、低可能变化几十度的影 响也要使这