AC-LED，无电解电容和“去电源化”
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最近有一种说法“去电源化是大势所趋”，对于这种说法是需要加以澄清的，因为它误导了LED的电源行业。如果按照这种说法，那么所有从事LED驱动电源的公司人员都应该马上做好关门的准备了。其中有一些基本的问题需要搞清楚。 1. 什么是AC-LED 我们知道LED是一种发光二极管，它本质上是一个直流器件。如果我们采用交流市电供电那就至少要有交流变换为直流的电源。那么能不能完全不用这种变换呢，也是可以的，那就是把LED本身当作是整流二极管来用，这就是所谓的“AC-LED”，这是7、8年以前就有人提出来的，而且韩国的首尔半导体业曾经大肆宣扬过的。我们可以来看一下它的原理： 图1. 把LED连接成为全波整流桥 只要整流桥的每个臂串联足够的LED就可以承受高压。为了要让每个臂能都流通，就必须加上中间这个臂，这样问题就来了，无论在正弦波的正半周还是负半周，中间这一个臂是一直都导电的，而其他四个臂就只在上半周或下半周导通，所以它的LED利用率不高发光效率不高。 2. 恒流驱动源 更大的问题在于如果把这个AC-LED直接加到市电上，就一定会把LED全部烧毁，因为LED是必须采用恒流电源驱动的，就是不管所加的电压如何变动，其驱动电源必须是电流恒定，否则LED就会烧毁。这是由于其伏安特性的负温度系数决定的。 图2是LED伏安特性的负温度系数曲线示意图。一个LED如果在25°C时，加3.3V电压时的电流是20mA，那么当结温升高到85°C(通常加电以后就会升高到至少85°C)后，即使电压还是3.3V，电流就会升高到37mA左右，而电流的升高会带来结温的进一步升高。 图2. LED伏安特性的负温度系数示意图 也就是说当LED的结温升高时，由于其伏安特性的负温度系数的特点，其伏安特性会整体左移。如果采用恒压电源供电，其电流就会增加而形成正反馈，最后会导致LED烧毁。所以在AC-LED中，假如直接接到交流电源器结果一定是烧毁。为了解决这个问题就必须串联限流电阻和一个正温度系数的保护电阻PTC如图3所示。 图3. AC-LED必须串联限流电阻以防烧毁 串上限流电阻以后，其结果是耗费更多无用功率，而使得其效率更低，这种AC-LED要使用比普通LED多一倍的LED数目，再加上效率极低，所以是根本没有实用价值的!推出来就没有市场! 3. HV-LED 这只是把一定数量的LED串联起来，所以它的规格有限，例如45V等。过去还曾经说这是LED的新方向，其实完全不是这样，因为用户有各种不同的应用，就要求用不同的串联个数，所以串联的数目不容易确定，例如下面的无电解电容系统就很难采用HV-LED。 4. 不要把去电解电容说成是去电源化! 现在有不少人把无电解电容恒流驱动源说成是去电源化，这是十分错误的。因为无电解电容恒流驱动源只不过是在恒流驱动源里拿掉了电解电容而已，其他的很多元器件都在，怎么就变成了去电源了呢?去电解电容不等于去电源! 我们先来了解一下什么是无电解电容恒流驱动源吧。 无电解电容电源的最早创始人是美国硅谷的ExClara公司，他们开发的芯片是EXC100。它的工作原理如图4(图中采用了Supertex的CL8801的原理图)。 图4. 无电解电容电源系统的原理图 这种系统是把整流桥后面的电解电容去掉，使得其输出电压保持为半个正弦波的样子，后面接的全部串联的LED串分为几个小串，然后在半个正弦波期间按照电压的变化依次点亮这些小串，其点亮时间图如图5所示; 图5. 无电解电容时各串LED的导通时间图 由图中可见，第一串最早导通，导通的时间最长，但导通的电流最小;第二串稍晚导通，导通时间其次，电流也稍大。第三串最晚导通，导通时间最短，电流也最大。这种无电解电容系统后来发展了很多版本，基本原理都是一样，只是分的段数有所不同，例如图4的原理图里就是分成4段。国内还有分成23段的。不管怎样，它们都有同样的缺点和问题。 a) 每串都不是全时间点亮，所以其LED的利用效率低。 b) 各串的电流各不相同，有的低于其额定值，有的高于额定值，所以低于额定值的没有充分发挥LED的作用，而高于额定值的就有过负荷的危险，寿命明显低于正常驱动。 c) 前两项加在一起，使得其总的发光效率降低，经过测试大约低15%左右。 d) 最大的缺点是电流形状也是半个正弦波，所以其发光有100Hz的闪烁(在美国为120Hz)，这种闪烁对于人眼和人脑都有损害，根据医学研究结果认为要更高的频率才没有影响，所以美国能源之星明确规定，LED光源的闪烁频率必须高于150Hz，这也就意味着这种产品根本就无法通过美国能源之星，只好拿到中国和第三世界来用。 e) 而且从图5的波形图可以看到还有一段时间是完全不亮的，如果用数码相机或是手机照相的时候就会产生明显的斑马条纹(见图6)。
无电解电容 有电解电容 图6. 采用手机拍摄的无电解电容和有电解电容的照片 |
