【詳解】高壓LED：主導未來LED通用照明

最近很多網站都大肆報道一種“高壓LED”，認為它是一種全新的LED品種，而且具有很多優(yōu)點，甚至認為它將使“今天的低壓LED將淡出未來的LED通用照明市場”而高壓LED將“主導未來的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，其實在很多燈具里早就這樣用了。唯一不同的是過去燈具廠商都是把已經封裝好了的小功率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。

　　現(xiàn)在則是由LED生產廠家提供一種串聯(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?？梢哉f最早是美國的普瑞(Bridgelux)公司就已經推出了這種集成LED了。也就是把很多小功率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，例如他們在2009年推出的一顆30W的LED陣列BXRA-C2000實際上是把25個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

　　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的特點是在一個大晶片上采用開槽的方法，將其切割成為很多小的LED，溝槽的深度約在4-8μm，溝槽不能太寬以免減小發(fā)光面積。在開出溝槽以后，為了敷設連接各個LED的導線，還要用絕緣層把這些溝槽填平，再按照串聯(lián)或并聯(lián)的要求而敷上相應的鋁線。

　　二.高壓LED的性能指標

　　只查到幾種電壓并不太高的HVLED。其指標如下表所示：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。所以也無從進行定量的比較。

　　三.高壓LED的優(yōu)缺點

　　那么我們來看一下到底這種高壓LED有何優(yōu)缺點。

　　1.功率耗散和散熱器大小：有的報道宣稱1W的高壓LED的電壓為50V，電流為20mA；而普通低壓的1WLED電壓為3V，電流為350mA，所以“同樣輸出功率的高壓LED在工作時耗散的功率要遠低于低壓LED，這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低?！保@個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，而不是由其標稱功率決定。標稱功率不等于輸入功率。

如果要決定散熱器的大小，應當是在同樣的發(fā)光效率來計算。通常認為對于目前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%的電能轉換為光能，其余的70%的電能都轉換為熱能而需要經過散熱器散去。所以對于具有同樣發(fā)光效率的1W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動電源效率的情況下是不會有什么差別的。

　　2.AC/DC轉換器的效率：在同文中認為“輸入和輸出壓差越低，AC到DC的轉換效率就越高”。該文還認為因為220V輸入時，高壓LED只要4個串聯(lián)就是200V，和220V只差20V。而用低壓LED，即使是10個串聯(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，從而可大幅降低AC-DC轉換時的功率損失，這一熱耗減少又可進一步降低散熱外殼的成本?！睂嶋H上做過AC/DC恒流驅動的人都知道，AC/DC轉換器的效率幾乎是和最后的輸出電壓沒有什么關系?？赡茏儔浩鞔渭壍碾娏鞔罅藭黾右恍┿~損，但是這是很小的，還不至于影響到散熱器的設計?！　≌嬲绊慉C/DC轉換器的效率的因素還有很多，例如非隔離的轉換器效率就比隔離型轉換器的效率要高很多(因為通常非隔離轉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。。所以認為輸出電壓高，可以大大降低轉換器的功率損失，甚至也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：對于一個36W的LED，如果采用36個1W的LED那么就會占據(jù)很大的面積，而如果做一個集成的36W高壓LED，那么就只要很小的面積(圖3)。這個看上去是優(yōu)點，但如果從散熱的觀點來看就未必是優(yōu)點。因為假如二者的發(fā)光效率相同的話，那么它們將要散發(fā)的熱量是相同的。而在一個很小的面積里要散發(fā)出大量的熱量，這在散熱器的設計中將是一個大難題。