【詳解】高壓LED:主導(dǎo)未來(lái)LED通用照明
最近很多網(wǎng)站都大肆報(bào)道一種“高壓LED”,認(rèn)為它是一種全新的LED品種,而且具有很多優(yōu)點(diǎn),甚至認(rèn)為它將使“今天的低壓LED將淡出未來(lái)的LED通用照明市場(chǎng)”而高壓LED將“主導(dǎo)未來(lái)的LED通用照明”,真的是這樣嗎?
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/222379.htm我們知道,LED的中文是“發(fā)光二極管”,它從根本上來(lái)講只是一種“二極管”。而且是工作在正向的二極管。過(guò)去只有高反壓二極管,那是指高的反向擊穿電壓。如果工作在正向的話,那么一定是電壓越高,電流越大??墒沁@種高壓LED的最大特點(diǎn)卻是高電壓、小電流。那又是怎么一回事呢?
一.什么是高壓LED
再仔細(xì)了解一下,原來(lái)它只是很多20mA的小功率LED串聯(lián)起來(lái),變成了所謂的高壓LED。把很多小功率LED串聯(lián)起來(lái)并不是什么新鮮事,其實(shí)在很多燈具里早就這樣用了。唯一不同的是過(guò)去燈具廠商都是把已經(jīng)封裝好了的小功率LED串聯(lián)起來(lái)。例如圖1就是上海龍興公司將80顆表面貼裝的0.1W小功率LED全部串聯(lián)起來(lái)以得到高電壓小電流的特性,用于LED球泡燈中。
現(xiàn)在則是由LED生產(chǎn)廠家提供一種串聯(lián)好了的小功率LED,并把它稱之為“高壓LED”而已。它只是集成LED中的一種。其實(shí)過(guò)去早就有各種集成的LED,以不同數(shù)量的LED串并聯(lián)起來(lái),得到各種不同功率和電壓的LED。可以說(shuō)最早是美國(guó)的普瑞(Bridgelux)公司就已經(jīng)推出了這種集成LED了。也就是把很多小功率LED在基板上就串并聯(lián)起來(lái),以得到一顆大功率LED。他們稱之為L(zhǎng)ED陣列,例如他們?cè)?009年推出的一顆30W的LED陣列BXRA-C2000實(shí)際上是把25個(gè)1W的LED在芯片上5并5串而得來(lái),其尺寸為25.3x22.3mm發(fā)光面的直徑為17.5mm(圖2),正向電壓16.6V,正向電流1.75A,熱阻0.5°C/W
高壓LED和這種集成LED的主要差別在于高壓LED是全部串聯(lián),而集成LED則是串并聯(lián)。集成LED的特點(diǎn)是在一個(gè)大晶片上采用開(kāi)槽的方法,將其切割成為很多小的LED,溝槽的深度約在4-8μm,溝槽不能太寬以免減小發(fā)光面積。在開(kāi)出溝槽以后,為了敷設(shè)連接各個(gè)LED的導(dǎo)線,還要用絕緣層把這些溝槽填平,再按照串聯(lián)或并聯(lián)的要求而敷上相應(yīng)的鋁線。
二.高壓LED的性能指標(biāo)
只查到幾種電壓并不太高的HVLED。其指標(biāo)如下表所示:其中并沒(méi)有他們宣傳的耐壓50V的高壓LED。看來(lái)真正的高壓LED也還沒(méi)有成熟。所以也無(wú)從進(jìn)行定量的比較。
三.高壓LED的優(yōu)缺點(diǎn)
那么我們來(lái)看一下到底這種高壓LED有何優(yōu)缺點(diǎn)。
1.功率耗散和散熱器大?。河械膱?bào)道宣稱1W的高壓LED的電壓為50V,電流為20mA;而普通低壓的1WLED電壓為3V,電流為350mA,所以“同樣輸出功率的高壓LED在工作時(shí)耗散的功率要遠(yuǎn)低于低壓LED,這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低?!?,這個(gè)說(shuō)法顯然是不成立的。耗散功率的大小主要由LED的發(fā)光效率決定,而不是由其標(biāo)稱功率決定。標(biāo)稱功率不等于輸入功率。
如果要決定散熱器的大小,應(yīng)當(dāng)是在同樣的發(fā)光效率來(lái)計(jì)算。通常認(rèn)為對(duì)于目前100lm/W的發(fā)光效率來(lái)說(shuō),其真正的電光效率(就是由電能變成光能的效率)只有30%左右,就是只有30%的電能轉(zhuǎn)換為光能,其余的70%的電能都轉(zhuǎn)換為熱能而需要經(jīng)過(guò)散熱器散去。所以對(duì)于具有同樣發(fā)光效率的1W高壓LED和普通低壓LED來(lái)說(shuō),其變成熱能的部分都是0.7W,需要通過(guò)散熱器散去。所以這種高壓LED所需要的散熱器大小在同樣的輸入功率和同樣的驅(qū)動(dòng)電源效率的情況下是不會(huì)有什么差別的。
2.AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率:在同文中認(rèn)為“輸入和輸出壓差越低,AC到DC的轉(zhuǎn)換效率就越高”。該文還認(rèn)為因?yàn)?20V輸入時(shí),高壓LED只要4個(gè)串聯(lián)就是200V,和220V只差20V。而用低壓LED,即使是10個(gè)串聯(lián)正向壓降也只有30V,和220V相差很大。所以“如采用高壓LED,變壓器的效率就可以得到大大提高,從而可大幅降低AC-DC轉(zhuǎn)換時(shí)的功率損失,這一熱耗減少又可進(jìn)一步降低散熱外殼的成本?!睂?shí)際上做過(guò)AC/DC恒流驅(qū)動(dòng)的人都知道,AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率幾乎是和最后的輸出電壓沒(méi)有什么關(guān)系??赡茏儔浩鞔渭?jí)的電流大了會(huì)增加一些銅損,但是這是很小的,還不至于影響到散熱器的設(shè)計(jì)?! ≌嬲绊慉C/DC轉(zhuǎn)換器的效率的因素還有很多,例如非隔離的轉(zhuǎn)換器效率就比隔離型轉(zhuǎn)換器的效率要高很多(因?yàn)橥ǔ7歉綦x轉(zhuǎn)換器根本就不用變壓器,只要采用了變壓器,不管變比是多少,都會(huì)大大降低效率);此外,隔離型反激式的輸出整流二極管的損耗也會(huì)影響效率,為了提高整流二極管的效率最好采用肖特基二極管,而如果輸出是200V高電壓,那么是很難買到這種高壓肖特基二極管,即使買到其價(jià)格也是很高的,如果采用同樣低效的普通整流二極管,那么其效率也不可能提高。。所以認(rèn)為輸出電壓高,可以大大降低轉(zhuǎn)換器的功率損失,甚至也能降低散熱器的成本的說(shuō)法也是不確切的。
3.“高壓LED減小了LED的面積”,的確如此。例如:對(duì)于一個(gè)36W的LED,如果采用36個(gè)1W的LED那么就會(huì)占據(jù)很大的面積,而如果做一個(gè)集成的36W高壓LED,那么就只要很小的面積(圖3)。這個(gè)看上去是優(yōu)點(diǎn),但如果從散熱的觀點(diǎn)來(lái)看就未必是優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧偃缍叩陌l(fā)光效率相同的話,那么它們將要散發(fā)的熱量是相同的。而在一個(gè)很小的面積里要散發(fā)出大量的熱量,這在散熱器的設(shè)計(jì)中將是一個(gè)大難題。
評(píng)論