交流LED與直流高壓LED討論
單晶粒LED發(fā)光芯片驅(qū)動電壓在4V以內(nèi),無論多高的驅(qū)動電壓都可以串聯(lián),獲得到合適的驅(qū)動電壓。這點是其它光源不可比擬的優(yōu)勢。CFL需要復(fù)雜的驅(qū)動電路,LED可以通過串接符合與市電等不同的電壓的阻抗匹配。白熾燈鎢絲長度和直徑,決定球泡電阻阻抗,去符合不同的驅(qū)動電壓。LED采用不同的串接數(shù)量也是同樣的道理,雖然LED不是純阻性負(fù)載。今天我們不討論LED怎樣驅(qū)動最合適,重點分析AC與DC驅(qū)動對市場的可行性。
交流LED是上百顆單晶粒LED在晶圓級串接而成,可以在市電交流高電壓下自行整流點亮,再串接電阻或恒流源,保持在合適的驅(qū)動功率范圍內(nèi)。基于這種設(shè)計早在圣誕燈串上一直有使用,移植到LED晶粒封裝是近年的事情。為了兼容各國電壓標(biāo)準(zhǔn),要分4個部分串接而成,這樣在220V取值一半正好是110V電壓,規(guī)格上得到統(tǒng)一。交流LED理論上是正確的,可行的,市電50-60Hz單串LED分別工作在兩個正負(fù)半周,無論你怎樣設(shè)計,總體上雷同。
LED并非像白熾燈那樣是阻性負(fù)載,較小的電壓波動會使LED亮度變化較大,更容易看到閃爍。交流LED對AC電壓穩(wěn)定度有一定的要求,因為LED的伏安特性很陡,10%的電壓變化就會引起劇烈的電流波動。例如正向電壓從3.3V變到3.6V,電流就從20mA增加到34mA,增加了70%之多。電流大幅上升對LED是致命的,電壓降低不會損壞LED,亮度的波動會影響客戶體驗度。
我們見圖,高壓LED燈串用DC來驅(qū)動,暫且不分析具體驅(qū)動細(xì)節(jié)。AC用橋堆整流,這時LED利用率提升50%,而LED數(shù)量及成本也隨之降低50%。整流橋價格低廉,工藝限制集成整流橋是非常不合算的。整流橋體積不大,體積容易接受,直接采用AC設(shè)計LED不太經(jīng)濟。
由于交流電壓是正弦波,所以流過LED的電流也是正弦波,對LED的利用率不像直流電利用那么高。也就是總體平均的光輸出,沒有像同樣幅度的直流電那么高。
最開始首爾半導(dǎo)體設(shè)計出了交流LED,細(xì)心的朋友會發(fā)現(xiàn)展出的LED旁邊是有整流橋的,可見首爾已經(jīng)意識到成本的重要性。臺灣工研院等企業(yè)均開發(fā)出AC LED,但是量產(chǎn)并不那么順利,成本是重要因數(shù),原理上是可行不等同于市場可行。
LED多芯片串接封裝是未來的趨勢,在串接數(shù)量和方式上要仔細(xì)考量。從上面的分析可以看出,設(shè)計AC LED成本和點亮效果上并不合適,不能成為主流方式,甚至可以說不具實際應(yīng)用意義。整流后的直流LED形成對交流LED強有力的競爭,因此AC LED不能被廣泛應(yīng)用。在未來可以預(yù)見AC LED只能是一場 “游戲”,市場規(guī)則決定它會除局。
既然認(rèn)為多芯片串接是趨勢,那肯定是DC驅(qū)動方式。多芯片串接需要LED晶圓級支持,過多的金線連接光效和生產(chǎn)上都是障礙。多芯片封裝晶圓級串接再加上COB結(jié)合,是最優(yōu)化的方式。
晶圓級串接最好在10pcs以內(nèi),再結(jié)合COB金線連接。這樣COB方式多芯片組分散式散熱,會大大降低對封裝基板的要求。散熱熱阻降低,LED結(jié)溫度因此降低。同時提高大數(shù)量的LED晶圓級串接良率。
像AC LED這樣過于集中的封裝方式,封裝要很好的散熱又要高絕緣性,相互是矛盾的。市電幾百伏高壓處理起來,封裝成本會高居不下,同時不利于利于散熱設(shè)計
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