[新品] COB光源

      AC LED光源 直接交流驱动

摘要：介绍一种新的 绿色光源—AC LED，分析了其结构特点和工作原理，指出了其相对于传统DC LED的优点，并介绍了其应用和发展前景。

LED光源作为绿色、节能、省电、长寿命的第四代照明灯具而异军突起、广受关注、如火如荼地迅速发展。目前的LED光源是低电压（VF=2→3.6V）、大电流（IF=200→1500mA）工作的半导体器件，必须提供合适的直流流才能正常发光。直流（DC）驱动LED光源发光的技术已经越来越成熟，由于我们日常照明使用的电源是高压交流（AC 100～220V），所以必须使用降压的技术来获得较低的电压，常用的是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，才能促使LED光源发光。因此直流驱动LED光源的系统应用方案必然是：变压器+整流（或开关电源）+恒流源（图1）。LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个模块，但是对于E27标准螺口的灯具来说空间十分有限，很难安置。无论是经由变压器+整流或是开关电源降压，系统都会有一定量的损耗，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。

图1 直流驱动LED光源的系统应用方案

AC LED灯具的优点

　　与白炽灯、卤素灯、荧光日光灯、荧光节能灯、直流LED灯相比，AC LED灯具有更节能省电、更长寿、更有能效的高性价比。AC LED发光省去了成本不菲的AC/DC转换器和恒流源。交流LED与现有的照明灯具性能比较如表1所示。

图2 交流LED与现有的照明灯具性能比较

AC LED光源超细晶粒采用特殊交错的矩阵排列

　　AC LED光源的重大技术突破是超细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，半导体制程在其中扮演着相当重要的角色。AC LED通过半导体制程整合成一堆微小晶粒，采用交错的矩阵式排列工艺，并加入桥式电路至芯片设计，使AC电流可双向导通，实现发光。?晶粒的排列如图2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。

图3 AC LED晶粒排列照片与示意图

AC LED光源的工作原理

　　AC LED光源的工作原理如图3，将一堆LED微小晶粒采用交错的矩阵式排列工艺均分为五串，AC LED晶粒串组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流源，另两端联接一串LED晶粒，交流的正半周沿蓝色通路流动，3串LED晶粒发光，负半周沿绿色通路流动，又有3串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，中间一串LED晶粒因共用而一直在发光。在60Hz的交流中会以每秒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，因人眼对流动光点记忆是有惰性的，结果人眼对LED光源的发光+余辉的工作模式解读是连续在发光。LED有一半时间在工作，有一半时间在休息，因而发热得以减少40%～20%。因此AC LED的使用寿命较DC LED长。

图4 AC LED光源的工作原理

　　AC LED产品如红日光电用于AC 220V 功率在7W～7.5W，工作电流34mA；（表4）。LED晶粒直接邦定在陶瓷基板上。

图5 红日光电AC LED

图6 AC LED引脚图

AC LED的典型应用技术

AC LED的典型应用电原理图如图6所示十分简单，在AC LED两端分别接上220V交流即可进入照明工作。

散热基板材料（绝缘 陶瓷基板）

    在 LED 系统散热方面,尤其是大功率 LED，选择合适的基板，对其散热性和可靠性都具 有重要影响,而目前基板主要有陶瓷基板、金属基板和复合基板[37-38]。 3.2.1 陶瓷基板 陶瓷基板主要是低温共烧陶瓷(LTCC）基板和 AlN 基板。LTCC 基板具有诸多优点:易于成型、工艺简单、成本低而且容易制成多种形状。现在常用的 Al2O3 基板, 由于热导率低, 已不能满足这种要求。BeO 基板虽然热导率高, 但其线膨胀系数与 Si 相差很大,且制造时有 毒,限制了自身的应用。 AlN 基板由于具有高热导率、 而 电性能优良、 机械性能高且无毒, 硬 度 Al 基板相近。而 AlN 陶瓷基板的高导热率、高硬度、线膨胀系数与 Si 接近以及绝缘性 使 AlN 陶瓷基板在大功率 LED 封装应用上具有广阔的前景。
AC LED的寿命

AC LED在家用电力上的方便性，不需要像DC LED一样另外得帮灯具装上一个交流转直流的转换器，不但节省了这个转换器的成本，也避免LED光源本身还没坏，但转换器却先坏掉的窘境。交直流转换器可说是一种随着时间会老化、坏掉的电子元器件，其寿命比LED光源本身更短，故目前很多LED灯具坏掉，并不是LED光源寿命已尽，而是LED灯具使用的交直流转换器先坏掉了。AC LED还有一个特性，就是因为其工艺采用交错的矩阵式排列，是轮流点亮的，在60Hz的交流中会以每秒60次的频率轮替点亮，也让AC LED的使用寿命较DC LED长.

   AC LED发展

目前AC LED在功率方面还不够大，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。