采用交流电源的多结LED可以改善光密度

AC LED是一种固态光源，可直接由AC线电压工作。典型的布置是两串多个LED，其以相反的极性布置，具有偏置电阻器以限制输入电流。然而，虽然简单且便宜，但该技术存在若干缺点，其中一个缺点是LED占据的空间。

一项改进是将LED芯片细分为多个部分，并使用引线键合将它们串联连接。这缩小了封装尺寸并改善了光密度，但是制造这种器件是昂贵的，并且引线键合对可靠性产生不利影响。

新一代LED通过使用单个芯片进一步采用这种方法，但具有多个结。这些LED与集成驱动器IC相结合，使设计人员能够制造紧凑的固态照明，可直接连接到主电源AC电源。主要优点是改善了光密度和小型照明灯具内部构件。本文介绍了这些新设备，并向寻找交流供电LED的工程师解释了它们的优势。

从交流电源为LED供电

由于设计人员必须在正向电流（If）和正向电压（Vf）要求与结温，功效和发光度之间取得平衡，因此LED难以通电。照明通常需要在350 mA至5 A范围内的If和2.5至12 V的Vf。在较低的电流和电压下运行可提高效率，降低结温并延长使用寿命，同时更高的电流和电压可提高亮度（参见TechZone文章“高电流，高亮度LED简化电源解决方案”）。

例如，Cree的XLamp XM-L2 LED要求典型的Vf为2.9 V，可承受最大3A的电流.Vf为2.9 V，如果为700 mA，则亮度为310 lm，效率为153流明/瓦。图1显示了该芯片的正向电流与正向电压特性。

图1：Cree XLamp XM-L2的正向电流与正向电压。

由于LED需要相对较低的正向电压才能工作，因此首选稳压，稳定的直流电源。这是一种痛苦，因为传统的白炽灯泡可以直接从主电源供电。照明工程师希望用可以做同样事情的LED替换这些效率低下的设备。

一个答案是在AC主电源和LED之间提供AC-DC转换器。一些制造商已开发出LED灯泡，通过将转换器电路添加到灯具本身，可将其直接拧入或推入标准插座。然而，这是昂贵且低效的，因为转换器的输入和输出之间的电压差很大。此外，效率低下会产生热量，而热量则是LED的杀手。

另一种方法是配置LED，顾名思义，它是一种二极管，进入全桥电路，将AC转换为DC。这是一种新颖的方法，但仍然只是AC-DC转换的另一种形式，并且与直接AC驱动的LED设计相比，在给定的发光度下需要更多的功率。

传统形式的直接交流驱动LED系统使用两串LED，一串由AC正弦波的负极供电，另一串由正极供电。 LED串能够处理高电压，因为所有器件的组合电压降等于电源电压。偏置电阻限制输入电流，串在交流主电源的50或60 Hz频率下交替通电和断电。

另一种方法是串联一串LED，并在全波二极管电桥的输出端连接一个偏置电阻（图2）。

图2：由交流电源通过全波二极管桥供电的单串LED。

虽然这些系统运行良好，但主要缺点是LED占用的空间。还有其他挑战，如闪烁（参见TechZone文章“表征和最小化照明应用中的LED闪烁”）和高总谐波失真（THD）。

缩小AC LED

理论上，单个非常大的LED需要高电流以确保在典型的Vf为3 V时具有足够的发光度。但是，如果将该裸片细分为‘n’个较小的自包含段串联连接后，驱动电压将增加“n”倍，驱动电流减小“n”倍。这样的布置将提高提供驱动电流的电源效率并减少芯片中的电阻损耗。¹几家制造商已经将这一理论付诸实践，试图减少LED供电串占用的空间。来自交流电源。将大型芯片切割成单独的段，这些段使用板上芯片（CoB）布置中的引线键合串联连接。这是一种可行的解决方案，但是存在一些缺点，包括成本和由于引线键合的数量而导致的可靠性降低。

首尔半导体通过在晶圆级细分LED芯片，改进了CoB技术。芯片本身并没有物理上分成许多部分，而是在同一块硅片上结合了几个结（或“单元”）。该公司称采用多结技术（MJT）技术并解释说，通过改变单个芯片上的结点数量，它可以制造具有不同电压降和流明输出的LED，作为串联LED串联的替代方案。

该技术已在该公司的Acrich MJT系列中实现商业化。图3显示了Acrich MJT管芯结构，其中使用金属化层来形成管芯结之间的互连。

图3：Seoul Semiconductor Acrich MJT模具结构。

虽然首尔半导体的Acrich2 MJT LED能够处理相对较高的电压，但单个设备本身无法承受110/120 V或220/240 V交流电源。该公司生产的模块包括由单个“直接驱动架构”芯片控制的多个MJT LED。模块尺寸远小于由LED串和AC-DC转换器组成的等效AC LED。

该公司表示，直驱式架构芯片集成了LED电源所需的所有外围组件，包括桥式二极管和无源器件。所有设计工程师必须做的是连接主电源。

图4a，b和c说明了该系统如何用于Acrich2多LED 8 W，100/120 V模块。该模块可直接使用120 V AC电源供电，产生650 lm。还提供4，12和16 W模块，可直接使用110/120或220/240 V交流电源供电。

图4a：Acrich驱动IC按照下面图4b和4c所示的顺序激活MJT LED。

图4b

区域1 2 3 Acrich 1，3，5，7 ON ON ON Acrich 2，4，6，8 OFF OFF

图4c

Acrich驱动器IC根据AC正弦波的位置以预定顺序激活LED。该公司声称这种方法可逐步增加Vf，允许更早的开启时间，以及更好地匹配电流波形，从而提高系统的功率因数和THD。