淺談AC LED迷思
上傳人:劉肯特 上傳時間: 2011-01-05 瀏覽次數: 704 |
自2008年10月工研院與十多家廠商組成AC-LED應用研發聯盟之后,一時媒體競相報道,各方稱贊,隱然有創造無限商機明日之星的聲勢。
其實AC-LED的概念存在已久,日本西澤潤一教授在1982年的US4,329,625專利中就提出過類似AC-LED的概念。而韓國的首爾半導體是率先投入單晶AC-LED的研發。近年來市面上也充斥著用多顆LED串聯,再加一個限流電阻的 Discrete AC-LED產品。但是無論是單晶AC-LED,或是Discrete AC-LED,都只能做到小瓦特數的應用,如小夜燈,神明燈等。而高功率的應用如100W以上LED路燈,卻都采用正常的高功率LED,而沒有采用AC-LED的報導。
為何會有這種落差呢﹖本人認為是因為AC-LED倡導者的基本概念是:免用交流/直流轉換器,只要用一顆限流電阻,就可以直接用交流電驅動,免去交流/直流轉換器的15%~30%額外損失。但是這個高效率的假設,看起來是有嚴重瑕疵的。
在理想的操作條件下,AC-LED的確可以做到95%之類的高效率,但是所花的代價很高。達到高效率最主要的技巧就是串聯很多顆 LED,同時減少限流電阻的壓降。可是串聯很多顆LED的結果是電流導通角度變得很窄。功率因子有可能掉到0.50以下,無法通過美國能源部 Energy Star 的規范 (注:Energy Star對固態照明器具的功率因子要求是0.9以上。
更糟糕的是,減少限流電阻的壓降,將使得AC-LED暴露在容易被燒毀的危險。電子電機工程師都該知道,交流電壓是會波動的。而且隨地區和環境不同,有些地方可能高達130Vrms,有些可能低到100Vrms 以下。而且LED 的VF也隨溫度和制造廠的技術有不小變化。刻意減少限流電阻的阻值以提高效率,是冒著在交流電壓偏高或VF偏低會燒毀的風險。交流電壓偏低時,卻有亮度不足的問題。
首爾半導體的AC-LED設計就比較保守,只串聯20顆左右的LED,限流電阻的壓降也加大很多。但是如此一來電路效率卻低落到60%左右。這個數字是很難被接受的,為什么呢?
因為LED照明最大的挑戰就是散熱問題。60%的電路效率表示輸入10瓦時,只有6瓦是有效用于驅動LED發光組件,其他4瓦是消耗在限流電阻上面。目前設計LED照明,光是要處理LED組件本身的散熱問題就已經很頭痛了,更別提限流電阻額外再加67%的熱損。
總之,無論如何設計,你會發現AC-LED無法通過Energy Star的多重規范。若強調效率,則功因沒辦法通過,壽命也沒辦法保證。若強調安全耐用和功因,則效率沒辦法通過,產品散熱成本也大幅增加。
現在大功率的LED路燈設計,都是使用具有0.95以上高功率因子的交流轉直流的電源供應器來驅動LED模塊,效率達到87%以上,而且多數LED 路燈設計是可以接受90Vac至260Vac寬輸入電壓范圍。而標榜高效率的AC-LED似乎還在設法證實其基本概念的正確性,距離挑戰LED路燈或一般照明的實用階段還很遙遠。
其實整個電源供應器 (其實是整個電力電子)產業,是建立在一個基本原理之上。此原理就是不使用限流電阻 (因為電阻會消耗功率),而使用電子線路和電感、電容組件來達到定電壓或定電流的輸出。AC-LED是靠一個大型限流電阻來維持LED電流波動不要太大,原本就違背了電力電子學的基本原則,其效率低落乃是必然的結果。因此,AC-LED遲遲無法突破其實用的困境也就不足為奇了。
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