交流LED是一场“游戏”

作者：LED-文子

1. 交流LED

单晶粒LED发光芯片驱动电压在4V以内，无论多高的驱动电压都可以串联，获得到合适的驱动电压。这点是其它光源不可比拟的优势。CFL需要复杂的驱动电路，LED可以通过串接符合与市电等不同的电压的阻抗匹配。白炽灯钨丝长度和直径，决定球泡电阻阻抗，去符合不同的驱动电压。LED采用不同的串接数量也是同样的道理，虽然LED不是纯阻性负载。今天我们不讨论LED怎样驱动最合适，重点分析AC与DC驱动对市场的可行性。

交流LED是上百颗单晶粒LED在晶圆级串接而成，可以在市电交流高电压下自行整流点亮，再串接电阻或恒流源，保持在合适的驱动功率范围内。基于这种设计早在圣诞灯串上一直有使用，移植到LED晶粒封装是近***情。

为了兼容各国电压标准，要分4个部分串接而成，这样在220V取值一半正好是110V电压，规格上得到统一。交流LED理论上是正确的，可行的，市电50-60Hz单串LED分别工作在两个正负半周，无论你怎样设计，总体上雷同。

LED并非像白炽灯那样是阻性负载，较小的电压波动会使LED亮度变化较大，更容易看到闪烁。交流LED对AC电压稳定度有一定的要求，因为LED的伏安特性很陡，10%的电压变化就会引起剧烈的电流波动。例如正向电压从3.3V变到3.6V，电流就从20mA增加到34mA，增加了70%之多。电流大幅上升对LED是致命的，电压降低不会损坏LED，亮度的波动会影响客户体验度。


图1

我们见图2，高压LED灯串用DC来驱动，暂且不分析具体驱动细节。AC用桥堆整流，这时LED利用率提升50%，而LED数量及成本也随之降低50%。整流桥价格低廉，工艺限制集成整流桥是非常不合算的。整流桥体积不大，体积容易接受，直接采用AC设计LED不太经济。

由于交流电压是正弦波，所以流过LED的电流也是正弦波，对LED的利用率不像直流电利用那么高。也就是总体平均的光输出，没有像同样幅度的直流电那么高。

最开始首尔半导体设计出了交流LED，细心的朋友会发现展出的LED旁边是有整流桥的，可见首尔已经意识到成本的重要性。台湾工研院等企业均开发出AC LED，但是量产并不那么顺利，成本是重要因数，原理上是可行不等同于市场可行。


图2

2. 直流高压LED

LED多芯片串接封装是未来的趋势，在串接数量和方式上要仔细考量。从上面的分析可以看出，设计AC LED成本和点亮效果上并不合适，不能成为主流方式，甚至可以说不具实际应用意义。整流后的直流LED形成对交流LED强有力的竞争，因此AC LED不能被广泛应用。在未来可以预见AC LED只能是一场 “游戏”，市场规则决定它会除局。

既然认为多芯片串接是趋势，那肯定是DC驱动方式。多芯片串接需要LED晶圆级支持，过多的金线连接光效和生产上都是障碍。多芯片封装晶圆级串接再加上COB结合，是最优化的方式。

晶圆级串接最好在10pcs以内，再结合COB金线连接。这样COB方式多芯片组分散式散热，会大大降低对封装基板的要求。散热热阻降低，LED结温度因此降低。同时提高大数量的LED晶圆级串接良率。


图 3

像AC LED这样过于集中的封装方式，封装要很好的散热又要高绝缘性，相互是矛盾的。市电几百伏高压处理起来，封装成本会高居不下，同时不利于利于散热设计。这点另文在详细讨论，本文只代表个人观点。