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新思路下的绿色光源—AC LED技术异军突起

导读: 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。

        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、传统LED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 100~220V)下使用,必须经过变压器或开关电源降压,然后将交流(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90%以上。变换装置的存在造成了传统LED照明产品成本较高的重要因素,也成为制约LED光源产品寿命的瓶颈,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,因此只需要二根引线导入交流源即能发光工作。

AC LED晶粒封装示意图

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 LED光源的工作原理

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 DC LED 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。

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