AC直接驱动LED光源技术
ac直接驱动led光源技术
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。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。
韩国首尔半导体早在2005年已发明可以用交流直接驱动使其发光的ac led，其次是美国 iii-n technology，3n技术开发mocvd生长技术基础上的氮化镓衬底，可以增进照明和传感器的应用，并降低成本和提高生产效率。对大大小小的硅发光二极管提供6英寸生产技术。3n发明的单芯片交流发光二极管(ac led) ，建立了全面的专利组合，以保护和改善技术，牢固地确立其专有的地位，是首屈一指的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。我国***省“工业技术研究院”2008年也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的ac led产品，可直接插电于60hz或更高频率的ac 110v 交流电压使其交流发光，应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯，能有效解决现有 led 无法直接在交流源下使用，造成产品应用成本较高的缺点。***工研院的on chip ac led(片上ac led)因此获得素有美国产业创新奥斯卡奖之称的2008年r&d 100 award大奖。现在全世界只有美国、韩国与中国***有此技术，***工研院开发出白光、蓝光及绿光ac led的制程技术，不仅与国际同步，也是全球领先者之一。
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。
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。
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。
ac led成熟的产品如首尔半导体用于ac110v的ax3201、ax3211和用于220v的ax3221、ax3231。用于ac110v功率在3.3w～4w，工作电流40ma;用于ac220v功率在3.3w-4w，工作电流20ma(图4)。led晶粒直接邦定在铜铝基板上。引脚如图5所示。
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，它十分简单，在ac led两端分别串入正温度系数热敏电阻ptc，和限流电阻r1、r2、r3，接上110v或220v交流即可进入照明工作。
led在大批量生产时，其阻抗有一定的离散性，ac led也如此，为便于下游厂家的大批量应用，led光源生产厂商在出厂时对批量生产的产品按阻抗分档，客户在使用时可按led光源厂家提供的vf分档表查用相应阻值的限流电阻，如表2所示是ax3221/ax3231的vf分档与限流电阻表。
ac led的发展
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，不但节省了这颗转换器的成本，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。
不过，ac led现阶段有两个缺点，其一是发光效率并没有dc led高，这是因为dc led发展目前是主流，ac led刚刚起步。但ac led的发光效率是可以追上，甚至超过dc led的。其二是ac led有触电的风险。故ac led如果要应用在led照明灯具上，应避免金属鳍片的裸露，而应是间接地把热带走，这也就是发展新的充液led固态照明灯具的设计核心概念。
ac led刚刚步入成长期，目前在发光亮度、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，要不了几年，高亮度、大功率、低成本的产品将大量面世。
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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。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。
韩国首尔半导体早在2005年已发明可以用交流直接驱动使其发光的ac led，其次是美国 iii-n technology，3n技术开发mocvd生长技术基础上的氮化镓衬底，可以增进照明和传感器的应用，并降低成本和提高生产效率。对大大小小的硅发光二极管提供6英寸生产技术。3n发明的单芯片交流发光二极管(ac led) ，建立了全面的专利组合，以保护和改善技术，牢固地确立其专有的地位，是首屈一指的大规模商业化生产的交流发光二极管产品。我国***省“工业技术研究院”2008年也完成可产业化生产并有实际应用系统方案的ac led产品，可直接插电于60hz或更高频率的ac 110v 交流电压使其交流发光，应用于指示灯、霓虹灯、低瓦数照明灯，能有效解决现有 led 无法直接在交流源下使用，造成产品应用成本较高的缺点。***工研院的on chip ac led(片上ac led)因此获得素有美国产业创新奥斯卡奖之称的2008年r&d 100 award大奖。现在全世界只有美国、韩国与中国***有此技术，***工研院开发出白光、蓝光及绿光ac led的制程技术，不仅与国际同步，也是全球领先者之一。
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。
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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。
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不过，ac led现阶段有两个缺点，其一是发光效率并没有dc led高，这是因为dc led发展目前是主流，ac led刚刚起步。但ac led的发光效率是可以追上，甚至超过dc led的。其二是ac led有触电的风险。故ac led如果要应用在led照明灯具上，应避免金属鳍片的裸露，而应是间接地把热带走，这也就是发展新的充液led固态照明灯具的设计核心概念。
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