ace="Verdana"> 引言
LED光源作為綠色、節(jié)能,、省電,、長壽命的第四代照明燈具而異軍突起、廣受關(guān)注,、如火如荼地迅速發(fā)展,。目前的LED光源是低電壓（VF=2→3.6V）、大電流（IF=200→1500mA）工作的半導(dǎo)體器件,，必須提供合適的直流流才能正常發(fā)光,。直流（DC）驅(qū)動LED光源發(fā)光的技術(shù)已經(jīng)越來越成熟,，由于我們?nèi)粘Ｕ彰魇褂玫碾娫词歉邏航涣鳎ˋC 100～220V），所以必須使用降壓的技術(shù)來獲得較低的電壓,，常用的是變壓器或開關(guān)電源降壓,，然后將交流（AC）變換成直流（DC），再變換成直流恒流源,，才能促使LED光源發(fā)光。因此直流驅(qū)動LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案必然是：變壓器+整流（或開關(guān)電源）+恒流源（圖1）,。LED燈具里必然要有一定的空間來安置這個模塊,，但是對于E27標準螺口的燈具來說空間十分有限，很難安置,。無論是經(jīng)由變壓器+整流或是開關(guān)電源降壓,，系統(tǒng)都會有一定量的損耗，DC LED在交流,、直流之間轉(zhuǎn)換時約15%～30%的電力被損耗,，系統(tǒng)效率很難做到90%以上。
韓國漢城半導(dǎo)體公司即已發(fā)明可以用交流直接驅(qū)動使其發(fā)光的AC LED,，其次是美國 III-N Technology,，3N技術(shù)開發(fā)MOCVD生長技術(shù)基礎(chǔ)上的氮化鎵襯底，可以增進照明和傳感器的應(yīng)用,，并降低成本和提高生產(chǎn)效率,。對大大小小的硅發(fā)光二極管提供6英寸生產(chǎn)技術(shù)。3N發(fā)明的單芯片交流發(fā)光二極管（AC LED） ,，建立了全面的專利組合,，以保護和改善技術(shù)，牢固地確立其專有的立場,，是首屈一指的大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)的交流發(fā)光二極管產(chǎn)品,。我國臺灣省“工業(yè)技術(shù)研究院”2008年也完成可產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)并有實際應(yīng)用系統(tǒng)方案的AC LED產(chǎn)品，可直接插電于60Hz或更高頻率的AC 110V 交流壓使其交流發(fā)光,，應(yīng)用于指示燈,、霓虹燈、低瓦數(shù)照明燈,，能有效解決現(xiàn)有 LED 無法直接在交流源下使用,，造成產(chǎn)品應(yīng)用成本較高的缺點。
1 AC LED燈具的優(yōu)點
與白熾燈,、鹵素?zé)?、熒光日光燈、熒光?jié)能燈,、直流LED燈相比,，AC LED燈具有更節(jié)能省電,、更長壽、更有能效的高性價比,。AC LED發(fā)光省去了成本不菲的AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒流源,。交流LED與現(xiàn)有的照明燈具性能比較如表1所示。
表1 交流LED與現(xiàn)有的照明燈具性能比較
2 矩陣排列
AC LED光源的重大技術(shù)突破是超細LED晶粒在封裝時的特殊排列組合技術(shù),，同時利用LED PN結(jié)的二極管特性兼作整流,，半導(dǎo)體制程在其中扮演著相當(dāng)重要的角色。AC LED通過半導(dǎo)體制程整合成一堆微小晶粒,，采用交錯的矩陣式排列工藝,，并加入橋式電路至芯片設(shè)計，使AC電流可雙向?qū)?，實現(xiàn)發(fā)光,。
晶粒的排列如圖2所示，左圖是AC LED晶粒采用交錯的矩陣式排列示意圖,，右小圖是實際AC LED晶粒排列照片,，AC LED晶粒在接上交流后通體發(fā)光，因此只需要二根引線導(dǎo)入交流源即能發(fā)光工作,。
3 工作原理
AC LED光源的工作原理如圖3,，將一堆LED 微小晶粒采用交錯的矩陣式排列工藝均分為五串，AC LED晶粒串組成類似一個整流橋,，整流橋的兩端分別聯(lián)接交流源,，另兩端聯(lián)接一串LED晶粒，交流的正半周沿藍色通路流動,，3串LED晶粒發(fā)光,，負半周沿綠色通路流動，又有3 串LED晶粒發(fā)光,，四個橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光,，相對橋臂上的LED晶粒同時發(fā)光，中間一串LED晶粒因共用而一直在發(fā)光,。在60Hz的交流中會以每秒60次的頻率輪替點亮,。整流橋取得的直流是脈動直流，LED的發(fā)光也是閃動的,，LED有斷電余輝續(xù)光的特性,，余輝可保持幾十微秒，因人眼對流動光點記憶是有惰性的,，結(jié)果人眼對LED光源的發(fā)光+余輝的工作模式解讀是連續(xù)在發(fā)光,。LED有一半時間在工作，有一半時間在休息，因而發(fā)熱得以減少40%～20%,。因此AC LED的使用壽命較DCLED長,。
AC LED成熟的產(chǎn)品如首爾用于AC110V的AX3201、AX3211和用于220V的AX3221,、AX3231,。用于AC110V功率在3.3W～4W，工作電流40mA,；用于AC220V功率在3.3W-4W,，工作電流20mA（圖4）。LED晶粒直接邦定在銅鋁基板上,。引腳如圖5所示,。
4 典型應(yīng)用
AC LED的典型應(yīng)用電原理圖如圖6所示十分簡單，在AC LED兩端分別串入正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC,，和限流電阻R1、R2,、R3,，接上110V或220V交流即可進入照明工作。
LED在大批量生產(chǎn)時,，其阻抗有一定的離散性,，AC LED也如此，為便于下游廠家的大批量應(yīng)用,，LED光源生產(chǎn)廠商在出廠時對批量生產(chǎn)的產(chǎn)品按阻抗分檔,，客戶在使用時可按LED光源廠家提供的VF分檔表查用相應(yīng)阻值的限流電阻，如表2所示是AX3221/AX3231的VF分檔與限流電阻表,。
表2 AX3221/AX3231的VF分檔與限流電阻表
5 AC LED的發(fā)展
AC LED在家用電力上的方便性,，不需要像DC LED一樣另外得幫燈具裝上一個交流轉(zhuǎn)直流的轉(zhuǎn)換器，不但節(jié)省了這顆轉(zhuǎn)換器的成本,，也避免LED光源本身還沒壞,，但轉(zhuǎn)換器卻先壞掉的窘境。交直流轉(zhuǎn)換器可說是一種隨著時間會老化,、壞掉的電子元器件,，其壽命比LED光源本身更短，故目前很多LED燈具壞掉,，并不是LED光源壽命已盡,，而是LED燈具使用的交直流轉(zhuǎn)換器先壞掉了。
AC LED還有一個特性,，就是因為其工藝采用交錯的矩陣式排列,，是輪流點亮的，在60Hz的交流中會以每秒60次的頻率輪替點亮,，也讓AC LED的使用壽命較DC LED長,。
不過,，AC LED現(xiàn)階段有兩個缺點，其一是發(fā)光效率并沒有DC LED高,，這是因為DC LED發(fā)展目前是主流,，AC LED 剛剛起步，AC LED的發(fā)光效率是可以追上,，甚至超過DC LED的,。其二是AC LED有觸電的風(fēng)險。故AC LED如果要應(yīng)用在LED照明燈具上,，應(yīng)避免金屬鰭片的裸露,，而應(yīng)是間接地把熱帶走，這也就是發(fā)展新的充液LED固態(tài)照明燈具的設(shè)計核心概念,。
6 結(jié)語
AC LED剛剛步入成長期,，目前在發(fā)光亮度、功率等方面還不夠理想,，但AC LED的應(yīng)用簡便,、無需變壓轉(zhuǎn)換器和恒流源，以及低成本,、高效率已顯現(xiàn)強大的生命力,。AC LED的技術(shù)在飛躍發(fā)展，要不了幾年,，高亮度,、大功率、低成本的產(chǎn)品將大量面世,。