【導(dǎo)讀】最近有一種說(shuō)法“去電源化是大勢(shì)所趨”，對(duì)于這種說(shuō)法是需要加以澄清的，因?yàn)樗`導(dǎo)了LED的電源行業(yè)。如果按照這種說(shuō)法，那么所有從事LED驅(qū)動(dòng)電源的公司人員都應(yīng)該馬上做好關(guān)門(mén)的準(zhǔn)備了。其中有一些基本的問(wèn)題需要搞清楚。這里茅于海老先生將從技術(shù)層面來(lái)為大家澄清為何說(shuō)去電源化不是大勢(shì)所趨！
什么是AC-LED
我們知道LED是一種發(fā)光二極管，它本質(zhì)上是一個(gè)直流器件。如果我們采用交流市電供電那就至少要有交流變換為直流的電源。那么能不能完全不用這種變換呢，也是可以的，那就是把LED本身當(dāng)作是整流二極管來(lái)用，這就是所謂的“AC-LED”，這是7、8年以前就有人提出來(lái)的，而且韓國(guó)的首爾半導(dǎo)體業(yè)曾經(jīng)大肆宣揚(yáng)過(guò)的。我們可以來(lái)看一下它的原理：
圖1. 把LED連接成為全波整流橋
只要整流橋的每個(gè)臂串聯(lián)足夠的LED就可以承受高壓。為了要讓每個(gè)臂能都流通，就必須加上中間這個(gè)臂，這樣問(wèn)題就來(lái)了，無(wú)論在正弦波的正半周還是負(fù)半周，中間這一個(gè)臂是一直都導(dǎo)電的，而其他四個(gè)臂就只在上半周或下半周導(dǎo)通，所以它的LED利用率不高發(fā)光效率不高。
恒流驅(qū)動(dòng)源
更大的問(wèn)題在于如果把這個(gè)AC-LED直接加到市電上，就一定會(huì)把LED全部燒毀，因?yàn)長(zhǎng)ED是必須采用恒流電源驅(qū)動(dòng)的，就是不管所加的電壓如何變動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)電源必須是電流恒定，否則LED就會(huì)燒毀。這是由于其伏安特性的負(fù)溫度系數(shù)決定的。
圖2是LED伏安特性的負(fù)溫度系數(shù)曲線示意圖。一個(gè)LED如果在25°C時(shí)，加3.3V電壓時(shí)的電流是20mA，那么當(dāng)結(jié)溫升高到85°C（通常加電以后就會(huì)升高到至少85°C）后，即使電壓還是3.3V，電流就會(huì)升高到37mA左右，而電流的升高會(huì)帶來(lái)結(jié)溫的進(jìn)一步升高。
圖2. LED伏安特性的負(fù)溫度系數(shù)示意圖
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也就是說(shuō)當(dāng)LED的結(jié)溫升高時(shí)，由于其伏安特性的負(fù)溫度系數(shù)的特點(diǎn)，其伏安特性會(huì)整體左移。如果采用恒壓電源供電，其電流就會(huì)增加而形成正反饋，最后會(huì)導(dǎo)致LED燒毀。所以在AC-LED中，假如直接接到交流電源器結(jié)果一定是燒毀。為了解決這個(gè)問(wèn)題就必須串聯(lián)限流電阻和一個(gè)正溫度系數(shù)的保護(hù)電阻PTC如圖3所示。
圖3. AC-LED必須串聯(lián)限流電阻以防燒毀
串上限流電阻以后，其結(jié)果是耗費(fèi)更多無(wú)用功率，而使得其效率更低，這種AC-LED要使用比普通LED多一倍的LED數(shù)目，再加上效率極低，所以是根本沒(méi)有實(shí)用價(jià)值的！推出來(lái)就沒(méi)有市場(chǎng)！
HV-LED 這只是把一定數(shù)量的LED串聯(lián)起來(lái)，所以它的規(guī)格有限，例如45V等。過(guò)去還曾經(jīng)說(shuō)這是LED的新方向，其實(shí)完全不是這樣，因?yàn)橛脩粲懈鞣N不同的應(yīng)用，就要求用不同的串聯(lián)個(gè)數(shù)，所以串聯(lián)的數(shù)目不容易確定，例如下面的無(wú)電解電容系統(tǒng)就很難采用HV-LED。
不要把去電解電容說(shuō)成是去電源化！
現(xiàn)在有不少人把無(wú)電解電容恒流驅(qū)動(dòng)源說(shuō)成是去電源化，這是十分錯(cuò)誤的。因?yàn)闊o(wú)電解電容恒流驅(qū)動(dòng)源只不過(guò)是在恒流驅(qū)動(dòng)源里拿掉了電解電容而已，其他的很多元器件都在，怎么就變成了去電源了呢？去電解電容不等于去電源！
我們先來(lái)了解一下什么是無(wú)電解電容恒流驅(qū)動(dòng)源吧。
無(wú)解電容電源的最早創(chuàng)始人是美國(guó)硅谷的ExClara公司，他們開(kāi)發(fā)的芯片是EXC100。它的工作原理如圖4（圖中采用了Supertex的CL8801的原理圖）。
圖4. 無(wú)電解電容電源系統(tǒng)的原理圖
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這種系統(tǒng)是把整流橋后面的電解電容去掉，使得其輸出電壓保持為半個(gè)正弦波的樣子，后面接的全部串聯(lián)的LED串分為幾個(gè)小串，然后在半個(gè)正弦波期間按照電壓的變化依次點(diǎn)亮這些小串，其點(diǎn)亮?xí)r間圖如圖5所示；
圖5. 無(wú)電解電容時(shí)各串LED的導(dǎo)通時(shí)間圖
由圖中可見(jiàn)，第一串最早導(dǎo)通，導(dǎo)通的時(shí)間最長(zhǎng)，但導(dǎo)通的電流最小；第二串稍晚導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間其次，電流也稍大。第三串最晚導(dǎo)通，導(dǎo)通時(shí)間最短，電流也最大。這種無(wú)電解電容系統(tǒng)后來(lái)發(fā)展了很多版本，基本原理都是一樣，只是分的段數(shù)有所不同，例如圖4的原理圖里就是分成4段。國(guó)內(nèi)還有分成23段的。不管怎樣，它們都有同樣的缺點(diǎn)和問(wèn)題。
每串都不是全時(shí)間點(diǎn)亮，所以其LED的利用效率低。
各串的電流各不相同，有的低于其額定值，有的高于額定值，所以低于額定值的沒(méi)有充分發(fā)揮LED的作用，而高于額定值的就有過(guò)負(fù)荷的危險(xiǎn)，壽命明顯低于正常驅(qū)動(dòng)。
前兩項(xiàng)加在一起，使得其總的發(fā)光效率降低，經(jīng)過(guò)測(cè)試大約低15%左右。
最大的缺點(diǎn)是電流形狀也是半個(gè)正弦波，所以其發(fā)光有100Hz的閃爍（在美國(guó)為120Hz），這種閃爍對(duì)于人眼和人腦都有損害，根據(jù)醫(yī)學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為要更高的頻率才沒(méi)有影響，所以美國(guó)能源之星明確規(guī)定，LED光源的閃爍頻率必須高于150Hz，這也就意味著這種產(chǎn)品根本就無(wú)法通過(guò)美國(guó)能源之星，只好拿到中國(guó)和第三世界來(lái)用。
而且從圖5的波形圖可以看到還有一段時(shí)間是完全不亮的，如果用數(shù)碼相機(jī)或是手機(jī)照相的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生明顯的斑馬條紋（見(jiàn)圖6）。
圖6. 采用手機(jī)拍攝的無(wú)電解電容和有電解電容的照片
更為嚴(yán)重的是如果用到安防攝像機(jī)就有可能在黑暗的瞬間拍攝而遺漏了最重要的場(chǎng)景。所以，在安防監(jiān)控?cái)z像區(qū)的照明是嚴(yán)禁采用無(wú)電解電容燈具照明的。
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這種無(wú)電解電容的恒流驅(qū)動(dòng)源仍然只是普通的線性恒流源（例如恒流二極管），所以它的效率是十分低下的。當(dāng)輸入交流市電電壓變化時(shí)，它的效率如圖7所示：
圖7. 無(wú)電解電容SU1203的電源效率和輸入電壓關(guān)系曲線
其實(shí)所有的線性恒流源的效率曲線都是一樣的，也就是說(shuō)都是和這條曲線完全一樣，在195-255Vrms從98%變到70%，220V的時(shí)候是84%。
無(wú)電解電容光引擎
把上面所說(shuō)的無(wú)電解電容恒流源用到光引擎上就成為無(wú)電解電容光引擎，光引擎就是光源和電源一體化的產(chǎn)品。實(shí)際上無(wú)電解電容光引擎的最大特點(diǎn)就是去掉了體積最大的電解電容，而其他所有的元器件都是體積很小的貼片式元器件，所以把這些元器件都放在LED鋁基板上做成光引擎以后，給人產(chǎn)生了一種好像不需要電源的錯(cuò)覺(jué)，最早首爾半導(dǎo)體就用這種辦法來(lái)使人以為AC-LED又復(fù)活了。他們也仍然把它稱(chēng)為模塊化的AC-LED。
例如他們的光引擎Acrich2，從它的電路圖可以看出，它就是采用了無(wú)電解電容方案的線性恒流源，只是把所有電路都做到一個(gè)模塊里，其外形圖如圖8所示，電路圖如圖9所示。
我們實(shí)測(cè)了它的參數(shù)：在220V時(shí)，其輸入功率為4.489W，總光通量為297.7 lm，發(fā)光效率只有66.3 lm/W，顯色指數(shù)為83.1，功率因數(shù)為0.975。可見(jiàn)其光效十分低下。而且隨著輸入電壓的增高，其效率還會(huì)進(jìn)一步降低（見(jiàn)圖10a和圖10b）。
圖10a 輸入功率和輸入電壓的關(guān)系 圖10b 輸出流明和輸入電壓的關(guān)系
從圖11a中可以看出，當(dāng)輸入電壓從220V增加到255V時(shí)，輸入功率增加1.2倍，而輸出流明只增加1.1倍。也就是光效會(huì)降低1.1倍。也就是降低為60.3lm/W。根據(jù)Acrich2的數(shù)據(jù)表，它的電源芯片的功率耗散為1W，而輸入功率為4.5W，所以它的電源效率只有78%。而且這個(gè)1W的功率加到LED鋁基板上，肯定會(huì)增加鋁基板的熱量，提高LED結(jié)溫，從而降低LED的壽命！
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國(guó)產(chǎn)的無(wú)電解電容光引擎更是多如牛毛，不計(jì)其數(shù)。
例如芯片采用韓國(guó)Login-digital的LID-PC-F103A，LID-PC-R101B的光引擎，采用臺(tái)灣AIC的DS6602芯片的光引擎，采用臺(tái)灣昌旸SQ9920芯片的光引擎，采用臺(tái)灣達(dá)鑫DS6622芯片的光引擎，采用國(guó)產(chǎn)晟碟集成SDS3101，SDS3108芯片的光引擎，采用明微電子SM2087芯片的光引擎，Zonopo 8260芯片的光引擎等等。
實(shí)際上所有采用無(wú)電解電容的光引擎除了上述的缺點(diǎn)以外，還都具有另一個(gè)更為嚴(yán)重的問(wèn)題，就是把一個(gè)低效率的線性電源放到了鋁基板上，其結(jié)果就是增加了鋁基板的溫度降低了LED的壽命。究竟降低了多少，可以舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明。
假定一個(gè)10W的LED燈，就是說(shuō)其燈板上有9W的LED?；蛘哒f(shuō)它需要9W的供電。采用無(wú)電解電容方案以后它的效率為70%-98%，平均值為84%。也就是它在供給8.4W的功率給LED燈板時(shí)，本身要消耗16%的功率，也就是消耗了1.6W的功率。那么如果這個(gè)電源也安裝到燈板上去，勢(shì)必要增加燈板的熱量，但是燈板增加了不止16%的熱量！為什么？
因?yàn)楣┙o8.4W給LED并不是這8.4W全部變成了熱，而是有一部分變成了光發(fā)出去。當(dāng)前的LED的發(fā)光效率在40%左右，也就是有60%的能量都變成了熱量，也就是有5.04W的熱量需要散發(fā)出去?，F(xiàn)在又增加了1.6W，變成6.64W。也就是增加了31.7%的熱量。雖然本來(lái)的散熱器也需要把這部分熱量散發(fā)出去，但是現(xiàn)在把這部分熱加到了LED燈板。因?yàn)殡娫词欠旁跓舭宓碾娐访妫娐访嬉獋鞯缴崞餍枰ㄟ^(guò)兩個(gè)絕緣介質(zhì)，一個(gè)是印制板的絕緣介質(zhì)，另一個(gè)是鋁基板和散熱器之間的絕緣介質(zhì)，所以電路面的溫度和散熱器的溫度是不同的，而LED是放在鋁基板的電路面的。也就是說(shuō)由于電源放到了電路面就會(huì)使鋁基板的電路面熱量增加了31.7%，這會(huì)導(dǎo)致LED的結(jié)溫也升高31.7%。假如原來(lái)的結(jié)溫是85°C，現(xiàn)在就變成了111.9°C。而結(jié)溫增加對(duì)壽命的影響到底有多大呢？這可以參看Cree公司給出的結(jié)溫和壽命的曲線（圖11）。
圖11. 結(jié)溫和壽命的關(guān)系曲線
也就是假如原來(lái)結(jié)溫是85度，壽命是31，000小時(shí)，那么現(xiàn)在結(jié)溫是112度，壽命就降低到10，000小時(shí)。 所以，凡是采用無(wú)電解電容恒流源的光引擎其壽命都在10，000小時(shí)左右，也就是說(shuō)，無(wú)電解電容光引擎的壽命要比其他LED燈具的壽命縮短3倍！
現(xiàn)在無(wú)電解電容光引擎在市面上大行其道，然而他們的生產(chǎn)廠家都沒(méi)有告訴消費(fèi)者這些真實(shí)的情況。
把“去電源化”作為口號(hào)來(lái)提倡是不恰當(dāng)?shù)模?/strong>
首先，去電解電容根本不等于去電源，而只是恒流驅(qū)動(dòng)源的一種形式而已，而且它具有很多缺點(diǎn)和問(wèn)題，根本就不值得提倡。其次，LED是必須要有恒流驅(qū)動(dòng)源來(lái)驅(qū)動(dòng)的，如果去掉了恒流驅(qū)動(dòng)而直接用初級(jí)電源驅(qū)動(dòng)，不論是市電還是大功率電池，都是內(nèi)阻很小的恒壓源，很容易就把LED燒毀，更是不應(yīng)該去提倡的。所有的LED都是需要有恒流驅(qū)動(dòng)源驅(qū)動(dòng)的，不管是開(kāi)關(guān)恒流源還是線性恒流源都是一種電源，所以去電源化是根本不可能實(shí)現(xiàn)的！
