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      传统LED用直流电驱动,因此为DC LED。韩国首尔半导体发明的AC LED,可由100V/110V或220V/230V的AC电源直接驱动,彻底颠覆了传统DC LED照明及相关应用解决方案。本文介绍了AC LED的结构、工作原理、电学和光学参数及其应用。

  关键词:AC LED;交流直接驱动;可插拔;立体导热

  1、引言

  在世界各国都在重视节能减排和大力推行半导体照明的形势下,韩国首尔半导体(Seoul Semi-Conductor)于2005年1月推出全球首款用交流市电直接驱动的“Acriche”AC LED。我国台湾地区的工业技术研究院很快实现了AC LED的产业化生产,并在芯片技术和封装技术上有重大创新,发明了“低热阻立体导热插拔封装技术”,并于2008年9月,获美国R&D 100 Awards国际大奖。

  利用工频(100V/110V和220V/230V)市电直接驱动的AC LED的发明,完全颠覆了传统DC LED的照明应用方案,是LED发展史上的一次重大突破,为半导体照明增加了一个光彩夺目的新秀。

  2、AC LED利用交流市电直接驱动,颠覆了传统应用

  于20世纪60年代问世目前被广泛应用的LED,都由直流(DC)电驱动,因此系DC LED。当DC LED用于户外大屏幕显示、建筑照明、景观照明和道路照明等领域时,通常需使用工频(50Hz/60Hz)市电(110V/220V等)供电。为使DC LED正常工作,需将AC电源进行AC-DC转换,并需要附加DC-DC变换电路,为LED提供合适的工作电压和恒定工作电流,具体的方案如图1所示。

  在AC-DC和DC-DC转换过程中,电力损耗达20%-30%,致使电路效率难以超过80%。如果不在桥式整流电路之后配置功率因数校正(PFC)级电路,线路功率因数难以达到0.6以上,电源利用率是很低的。在电源变换过程中,需使用十几个乃至几十个元器件,有的元件(如变压器、电感器、铝电解电容器、功率晶体管或MOSFET)又是大而笨重的,并且LED本身的散热铝基板又较大,因此在设计LED灯泡造型时,非常有限的空间难以容纳这些元件。所使用的元件越多,占位面积也就越大,体积和重要也越大,成本也越高,可靠性也相应降低。目前DC LED的寿命,都达3万小时以上。在使用过程中,LED不能再点亮,其实LED本身并没有损坏,而是其驱动电路中元件失效所致。

  AC LED仅需串接一个限流电阻就可利用交流市电直接驱动,不必进行AC-DC转换,也不需要DC-DC降压式恒流源驱动电路,完全颠覆了传统LED的应用,给人们一个全新的设计和应用概念,对传统LED照明及其相关应用是一个不小的冲击。

  3、AC LED的工作原理

  AC LED核心技术是超细LED晶粒在封装时的排列和组合,同时利用LED PN结的单向导通特性兼作整流。在AC LED制程中,将一堆LED微晶粒采用交错矩阵排列工艺进行排列,并加入桥式整流电路设计,当在两个引脚上施加交流市电时,AC电流可以双向流动,使LED晶粒发光。

  在图3(a)中,共有5串LED晶粒(每串有两个LED晶粒),其中4串LED晶粒组成一个整流桥,还有1串LED晶粒安置在一个对角线bd上,AC电源加至整流桥的a、c两点。在交流电的正半周(即AC电源左正右负时),电流从a点流入,经b、d和c点,返回到电源(负端);在交流电的负半周(即AC电源左负右正时),电流从c点流入,经b、d和a点,返回到电源(负端)。当电流通过LED晶粒时,则会发光。当一对平行桥臂上的LED晶粒导通时,另一对平行桥臂上的LED晶粒则截止。LED晶粒断电后其余辉长达几十微秒(μs),故人眼观察不到已经断电的LED晶粒熄灭。整流桥上的LED晶粒有一半时间不工作,因而发热量可减少20%~40%,使AC LED的寿命较DC LED长。但是,位于对角线bd上的LED晶粒始终是导通的。与普通桥式整流电路一样,当输入一个正弦AC电压Vin时,则产生一个直流脉动电压Vout

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