【詳解】高壓LED：主導(dǎo)未來LED通用照明

最近很多網(wǎng)站都大肆報道一種“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，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”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(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(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。

　　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(jīng)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(shè)連接各個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)

　　只查到幾種電壓并不太高的HVLED。其指標(biāo)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?。河械膱蟮佬Q1W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?！?，這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(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)光效率來計算。通常認(rèn)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(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(qū)動電源效率的情況下是不會有什么差別的。

　　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(zhuǎn)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(qū)動的人都知道，AC/DC轉(zhuǎn)換器的效率幾乎是和最后的輸出電壓沒有什么關(guān)系。可能變壓器次級的電流大了會增加一些銅損，但是這是很小的，還不至于影響到散熱器的設(shè)計?！　≌嬲绊慉C/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(因為通常非隔離轉(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(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(shè)計中將是一個大難題。