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浅谈AC-LED的迷思

2010-08-25 15:58
逆光飞舞
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        (作者:刘肯特)

        自2008年10月工研院与十多家厂商组成AC-LED应用研发联盟之后,一时媒体竞相报道,各方称赞,隐然有创造无限商机明日之星的声势。

        其实AC-LED的概念存在已久,日本西泽润一教授在1982年的US4,329,625专利中就提出过类似AC-LED的概念。而韩国的首尔半导体是率先投入单晶AC-LED的研发。近年来市面上也充斥着用多颗LED串联,再加一个限流电阻的 Discrete AC-LED产品。但是无论是单晶AC-LED,或是Discrete AC-LED,都只能做到小瓦特数的应用,如小夜灯,神明灯等。而高功率的应用如100W以上LED路灯,却都采用正常的高功率LED,而没有采用AC-LED的报导。

        为何会有这种落差呢﹖本人认为是因为AC-LED倡导者的基本概念是:免用交流/直流转换器,只要用一颗限流电阻,就可以直接用交流电驱动,免去交流/直流转换器的15%~30%额外损失。但是这个高效率的假设,看起来是有严重瑕疵的。

        在理想的操作条件下,AC-LED的确可以做到95%之类的高效率,但是所花的代价很高。达到高效率最主要的技巧就是串联很多颗 LED,同时减少限流电阻的压降。可是串联很多颗LED的结果是电流导通角度变得很窄。功率因子有可能掉到0.50以下,无法通过美国能源部 Energy Star 的规范 (注:Energy Star对固态照明器具的功率因子要求是0.9以上。

        更糟糕的是,减少限流电阻的压降,将使得AC-LED暴露在容易被烧毁的危险。电子电机工程师都该知道,交流电压是会波动的。而且随地区和环境不同,有些地方可能高达130Vrms,有些可能低到100Vrms 以下。而且LED 的VF也随温度和制造厂的技术有不小变化。刻意减少限流电阻的阻值以提高效率,是冒着在交流电压偏高或VF偏低会烧毁的风险。交流电压偏低时,却有亮度不足的问题。

        首尔半导体的AC-LED设计就比较保守,只串联20颗左右的LED,限流电阻的压降也加大很多。但是如此一来电路效率却低落到60%左右。这个数字是很难被接受的,为什么呢?

        因为LED照明最大的挑战就是散热问题。60%的电路效率表示输入10瓦时,只有6瓦是有效用于驱动LED发光组件,其他4瓦是消耗在限流电阻上面。目前设计LED照明,光是要处理LED组件本身的散热问题就已经很头痛了,更别提限流电阻额外再加67%的热损。

        总之,无论如何设计,你会发现AC-LED无法通过Energy Star的多重规范。若强调效率,则功因没办法通过,寿命也没办法保证。若强调安全耐用和功因,则效率没办法通过,产品散热成本也大幅增加。

        现在大功率的LED路灯设计,都是使用具有0.95以上高功率因子的交流转直流的电源供应器来驱动LED模块,效率达到87%以上,而且多数LED 路灯设计是可以接受90Vac至260Vac宽输入电压范围。而标榜高效率的AC-LED似乎还在设法证实其基本概念的正确性,距离挑战LED路灯或一般照明的实用阶段还很遥远。

        其实整个电源供应器 (其实是整个电力电子)产业,是建立在一个基本原理之上。此原理就是不使用限流电阻 (因为电阻会消耗功率),而使用电子线路和电感、电容组件来达到定电压或定电流的输出。AC-LED是靠一个大型限流电阻来维持LED电流波动不要太大,原本就违背了电力电子学的基本原则,其效率低落乃是必然的结果。因此,AC-LED迟迟无法突破其实用的困境也就不足为奇了。
 

    

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