高壓LED芯片的優(yōu)缺點(diǎn)比較

1、 高壓led芯片的優(yōu)缺點(diǎn)比較導(dǎo)讀: 高壓led不失為一種具有特點(diǎn)的led，它可以增加使用者的選擇。但并不會(huì)取代所有的低壓led，更何況，由太陽能供電的燈具系統(tǒng)里，本來就是低壓直流的電源，當(dāng)然也就會(huì)直接采用低壓直流的led了。所以各種led都會(huì)存在，只是供給不同的場(chǎng)合罷了。最近很多網(wǎng)站都大肆報(bào)道一種“高壓led”，認(rèn)為它是一種全新的led品種，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)，甚至認(rèn)為它將使“今天的低壓led將淡出未來的led通用照明市場(chǎng)”而高壓led將“主導(dǎo)未來的led通用照明”，真的是這樣嗎？        我們知道，led的中文是“發(fā)光

2、二極管”，它從根本上來講只是一種“二極管”。而且是工作在正向的二極管。過去只有高反壓二極管，那是指高的反向擊穿電壓。如果工作在正向的話，那么一定是電壓越高，電流越大?？墒沁@種高壓led的最大特點(diǎn)卻是高電壓、小電流。那又是怎么一回事呢？       一. 什么是高壓led        再仔細(xì)了解一下，原來它只是很多20ma的小功率led串聯(lián)起來，變成了所謂的高壓led。把很多小功率led串聯(lián)起來并不是什么新鮮事，其實(shí)在很多燈具里早就這樣用了。唯一不同的是過去燈具廠商

3、都是把已經(jīng)封裝好了的小功率led串聯(lián)起來。例如圖1就是上海龍興公司將80顆表面貼裝的0.1w小功率led全部串聯(lián)起來以得到高電壓小電流的特性，用于led球泡燈中。 圖1. 80顆0.1w小功率led的串聯(lián)        現(xiàn)在則是由led生產(chǎn)廠家提供一種串聯(lián)好了的小功率led，并把它稱之為“高壓led”而已。它只是集成led中的一種。其實(shí)過去早就有各種集成的led，以不同數(shù)量的led串并聯(lián)起來，得到各種不同功率和電壓的led。可以說最早是美國的普瑞（bridgelux）公司就已經(jīng)推出了這種集成led了。也就是把很多小

4、功率led在基板上就串并聯(lián)起來，以得到一顆大功率led。他們稱之為led陣列，例如他們?cè)?009年推出的一顆30w的led陣列bxra-c2000實(shí)際上是把25個(gè)1w的led在芯片上5并5串而得來，其尺寸為25.3x22.3mm發(fā)光面的直徑為17.5mm（圖2），正向電壓16.6v，正向電流1.75a，熱阻0.5°c/w。 圖2. 美國普瑞公司的集成led        高壓led和這種集成led的主要差別在于高壓led是全部串聯(lián)，而集成led則是串并聯(lián)。集成led的特點(diǎn)是在一個(gè)大晶片上采用開槽的方法，將

5、其切割成為很多小的led，溝槽的深度約在4-8m，溝槽不能太寬以免減小發(fā)光面積。在開出溝槽以后，為了敷設(shè)連接各個(gè)led的導(dǎo)線，還要用絕緣層把這些溝槽填平，再按照串聯(lián)或并聯(lián)的要求而敷上相應(yīng)的鋁線。·   二高壓led的性能指標(biāo)        目前只知道臺(tái)灣的晶元光電正在生產(chǎn)這種高壓led，但是在晶元光電的網(wǎng)站上只查到幾種電壓并不太高的hv led。其指標(biāo)如下表所示：         晶元光電hvled指標(biāo)  

6、        其中并沒有他們宣傳的耐壓50v的高壓led。看來真正的高壓led也還沒有成熟。所以也無從進(jìn)行定量的比較。          三 高壓led的優(yōu)缺點(diǎn)         那么我們來看一下到底這種高壓led有何優(yōu)缺點(diǎn)。        1. 功率耗散和散熱器大小：有的報(bào)道宣

7、稱1w的高壓led的電壓為50v，電流為20ma；而普通低壓的1w led電壓為3v，電流為350ma，所以“同樣輸出功率的高壓led在工作時(shí)耗散的功率要遠(yuǎn)低于低壓led，這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低?！?，這個(gè)說法顯然是不成立的。耗散功率的大小主要由led的發(fā)光效率決定，而不是由其標(biāo)稱功率決定。標(biāo)稱功率不等于輸入功率。如果要決定散熱器的大小，應(yīng)當(dāng)是在同樣的發(fā)光效率來計(jì)算。通常認(rèn)為對(duì)于目前100lm/w的發(fā)光效率來說，其真正的電光效率（就是由電能變成光能的效率）只有30%左右，就是只有30%的電能轉(zhuǎn)換為光能，其余的70%的電能都轉(zhuǎn)換為熱能而需要經(jīng)過散熱器散去。所以對(duì)于具有同樣發(fā)光效率的1w

8、高壓led和普通低壓led來說，其變成熱能的部分都是0.7w，需要通過散熱器散去。所以這種高壓led所需要的散熱器大小在同樣的輸入功率和同樣的驅(qū)動(dòng)電源效率的情況下是不會(huì)有什么差別的。         2. ac/dc轉(zhuǎn)換器的效率：在同文中認(rèn)為“輸入和輸出壓差越低，ac到dc的轉(zhuǎn)換效率就越高”。該文還認(rèn)為因?yàn)?20v輸入時(shí)，高壓led只要4個(gè)串聯(lián)就是200v，和220v只差20v。而用低壓led，即使是10個(gè)串聯(lián)正向壓降也只有30v，和220v相差很大。所以“如采用高壓led，變壓器的效率就可以得到大大提高

9、，從而可大幅降低ac-dc轉(zhuǎn)換時(shí)的功率損失，這一熱耗減少又可進(jìn)一步降低散熱外殼的成本?！?#160;                                    實(shí)際上做過ac/dc恒流驅(qū)動(dòng)的人都知道，ac/dc轉(zhuǎn)換器的效率幾乎是和最后的輸

10、出電壓沒有什么關(guān)系?？赡茏儔浩鞔渭?jí)的電流大了會(huì)增加一些銅損，但是這是很小的，還不至于影響到散熱器的設(shè)計(jì)。真正影響ac/dc轉(zhuǎn)換器的效率的因素還有很多，例如非隔離的轉(zhuǎn)換器效率就比隔離型轉(zhuǎn)換器的效率要高很多（因?yàn)橥ǔ７歉綦x轉(zhuǎn)換器根本就不用變壓器，只要采用了變壓器，不管變比是多少，都會(huì)大大降低效率）；此外，隔離型反激式的輸出整流二極管的損耗也會(huì)影響效率，為了提高整流二極管的效率最好采用肖特基二極管，而如果輸出是200v高電壓，那么是很難買到這種高壓肖特基二極管，即使買到其價(jià)格也是很高的，如果采用同樣低效的普通整流二極管，那么其效率也不可能提高。所以認(rèn)為輸出電壓高，可以大大降低轉(zhuǎn)換器的功率損失，甚至也

11、能降低散熱器的成本的說法也是不確切的。·   3. “高壓led減小了led的面積”，的確如此。例如：對(duì)于一個(gè)36w的led，如果采用36個(gè)1w的led那么就會(huì)占據(jù)很大的面積，而如果做一個(gè)集成的36w高壓led，那么就只要很小的面積（圖3）。這個(gè)看上去是優(yōu)點(diǎn)，但如果從散熱的觀點(diǎn)來看就未必是優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榧偃缍叩陌l(fā)光效率相同的話，那么它們將要散發(fā)的熱量是相同的。而在一個(gè)很小的面積里要散發(fā)出大量的熱量，這在散熱器的設(shè)計(jì)中將是一個(gè)大難題。 圖3. 集成led和普通led在面積上的差別      

12、0;  實(shí)際上，集成led的生產(chǎn)廠商已經(jīng)注意到這個(gè)問題，而且做了很多改進(jìn)。首先是減小其熱阻。一般的1wled的熱阻大約在6-9°c/w，而集成led的熱阻可以減小到2°c/w甚至更小。其次它的背板改用紫銅，以改進(jìn)其導(dǎo)熱。然而這些措施并不能從根本上改善小面積高熱量這個(gè)基本狀況。為了快速地將熱量導(dǎo)出，唯一的辦法是采用熱管。而這反而會(huì)增加散熱器的成本。同樣，由于高壓led的底板采用了紫銅，那么和它直接接觸的散熱器部分也必須采用紫銅而不能采用鋁，因?yàn)槎叩呐蛎浵禂?shù)不同，直接接觸會(huì)產(chǎn)生縫隙而影響導(dǎo)熱。如果采用紫銅散熱器就會(huì)增加成本。所以這種高壓led不僅不會(huì)降低散熱器的成本

13、，反而會(huì)增加散熱器的成本。         4. “高壓led可以根本不需要變壓器”。在不少的報(bào)道中都把高壓led和ac-led相提并論。所以認(rèn)為高壓led可以根本不需要恒流電源（圖4）。 圖4. 通常把高壓led 和ac-led相提并論·   我們知道首先并不是只有高壓led和ac-led可以不用恒流源，而所有l(wèi)ed也都可以不采用恒流源，只是不用恒流源以后都會(huì)使led的使用壽命大大降低。這是因?yàn)橛捎趌ed伏安特性的負(fù)溫度系數(shù)，使得led的正向電流隨著led的溫升而增高，從而

14、使得led的結(jié)溫升高，而降低了led的壽命，高壓led也不例外。                                             所以這

15、個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不成立的。用犧牲壽命的方法來降低成本，好像并不是一種好方法。因?yàn)榧俣ū緛砜梢怨ぷ魑迦f小時(shí)，現(xiàn)在變成只有2.5萬小時(shí)，那對(duì)于用戶來說，豈不是使用成本提高了2倍。遠(yuǎn)比省下一個(gè)恒流源要貴很多。         5. 發(fā)光效率的高低：        據(jù)稱，臺(tái)灣晶元光電將于今年推出發(fā)光效率高達(dá)160lm/w的冷白光led。而暖白光的led發(fā)光效率將高達(dá)150lm/w，而且顯色系數(shù)（cri）高達(dá)90%。圖5 圖5. 晶元光電的15

16、0lm/w的暖白led采用藍(lán)光和紅光led的組合         這個(gè)數(shù)據(jù)在當(dāng)前來說的確是相當(dāng)高的，但是提高發(fā)光效率的手段有很多，它并不是高壓led的特點(diǎn)。只是應(yīng)用到這種高壓led而已。如果應(yīng)用到普通led也是可以提高發(fā)光效率的。當(dāng)然，如果這個(gè)高壓led真的有這么高的發(fā)光效率，那的確是一個(gè)很好的led，比起那些100lm/w的led，當(dāng)然可以減小散熱器的大小。不過cree公司也在今年1月宣布了其低壓led（xlamp xm-l，2.9v，350ma）的發(fā)光效率也可以高達(dá)160lm/w（圖6），也可以減小散熱器的大小

17、，因?yàn)樯崞鞯拇笮≈皇呛桶l(fā)光效率有關(guān)，和低壓led還是高壓led并沒有什么關(guān)系。 圖6. cree公司的xlamp xm-l，發(fā)光效率可達(dá)160lm/w        6. 成本低，一個(gè)50v，20ma的高壓led的售價(jià)是不是能夠低于1個(gè)3.3v，350ma的1w led或者10個(gè)3.3v，30ma的小功率led，并不清楚。假如能夠低于，那么當(dāng)然是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。至少10個(gè)已經(jīng)封裝好了的30ma的小功率led的價(jià)錢的確是比一個(gè)1w大功率led為便宜。所以這也是為什么很多燈具廠商選用很多小功率led串聯(lián)來取代一個(gè)大功率led的原因之一。· 四高壓led和分立小功率led的比較         目前可以和高壓led相比較的就是分立小功率led了。如前所述，高壓led是集成led的一種，而小功率分立led也可以串聯(lián)起來得到和高壓led完全一樣的外特性。二者比較的結(jié)果如下：1 分立led的優(yōu)點(diǎn)是靈活性比較強(qiáng)，用戶可以根據(jù)需要串聯(lián)任意個(gè)數(shù)的led以得到所需的伏安特性。也可以進(jìn)