破解AC-LED的迷思

swliu

自去年(2008)10月工研院與十多家廠商組成AC-LED應用研發聯盟之後，一時媒體競相報導，各方稱許，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，單晶AC-LED也不是新發明。市面上早就充斥著用多顆LED串聯，再加一個限流電阻的 discrete AC-LED產品。首爾半導體和工研院的單晶AC-LED基本概念和discrete AC-LED並沒有什麼不同。本人認為，所有的AC-LED 因為違反電力電子學的基本原則，所以都無法發展成為具有實用價值的照明產品。

首先探討報導「AC-LED可用在筆記電腦和顯示器的背光源應用」的說法。採用AC-LED為顯示器背光源和電腦業界的認知落差實在太大。所有筆記電腦的電源都是電池或20V左右的AC/DC電源轉換器，那有交流電來驅動AC-LED呢? 至於在液晶電視背光的應用，那的確會有交流電源可用。但是各種電腦、電視顯示器都要求很大的亮度調整範圍，AC-LED不使用驅動線路，缺乏調整電流的能力，自然無法提供調整亮度的功能。所以AC-LED想要在顯示器背光應用取得一席之地的說法，顯然不功自破了。

而AC-LED在照明市場的期望，應該在美國能源部今年一月公佈的「第七回合固態照明產品測試報告」 (DoE Solid-State Caliper Program, Summary of Results, Round 7 of Product Testing) 而落空了。

Caliper 是美國能源部為輔導產業開發符合Energy Star 節能標章LED照明產品所設立的測試實驗室。這次的測試報告包括了一款MR16，120Vac 的 AC-LED產品(編號 08-117)。其輸入功率為0.8W，輸出光通量為37流明，發光效率為49流明/瓦，CRI 演色指數66，功率因數居然低到難以置信的0.29。

本人從事電力電子研發多年，可是也沒看過一個電器可以把功率因數做到這樣差的地步。請注意，傳統的鎢絲燈泡功率因數是最理想的1.0，而 Energy Star對固態照明器具的要求是0.9以上。這個 discrete AC-LED為了提高效率，卻犧牲掉許多其他特性。包括超低的功率因數，只有37流明的輸出光通量，不到20W MR16鹵素燈200流明以上的五分之一。換言之，這種低亮度的AC-LED燈只能當小夜燈使用，是不能稱之為照明產品的。

本人對此 AC-LED (08-117)產品仔細推敲分析後，估計大概是串聯40多顆的 20mA，VF=3.8V的LED，再加一顆約1K歐姆的限流電阻而成。電學計算得到的效率是97%，功因則在0.50以下。 (註：AC-LED的電學分析並不困難，每個有大學電機科系學歷的工程師應該都可以勝任)。

swliu

在理想的操作條件下，AC-LED的確可以做到95%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40顆LED 的裝置功率是3.5V * 20mA * 40 = 2.8W。使用2.8W的LED容量卻只得到37流明的光通量，這是比鎢絲燈的15 Lm/W還差.

更糟糕的是，減少限流電阻的壓降，將使得AC-LED暴露在容易燒燬的危險。設計電子線路的工程師都該知道，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也隨溫度和製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偏低會燒燬的風險。

首爾半導體的AC-LED設計就比較保守，只串聯20顆左右的LED。但是如此一來電路效率卻降到59%以下。如果我們採用首爾半導體較安全的設計準則，我們可以推測 AC-LED的實際可行的效率是在60%左右。這個數字是很難被接受的，為什麼呢?

遊客，如果您要查看本帖隱藏內容請回復

FranKuo

想暸解一下AC-LED的發展

tomlai2232

其實研究AC LED
覺得其效率＆安全性
是有疑慮
但是成本卻是低的
個人淺見

priven

是不是要把市場放在居家直接的使用 ? 會不會跟家電 AC 110v 轉 DC 先浪費了一次有關 ?

但是如此一來就跟家用 Solar 是背道而馳了...

因為家用 Solar System 正希望能有 DC 家電的面市，以避免無謂的轉換損耗...

Yazu

正在被ac led迷惑中，進來看一下!

DennyT

光通量低還有一個原因，AC 60Hz表示LED發光也是跟著60Hz/50Hz波動，發光時間受duty cycle控制所致。但是樓主上面提的AC架構是一般DC-LED聖誕燈泡串的電路，與工研院的AC-LED大不相同。
　
工研院的AC-LED 單顆點亮點有100V與200V兩種，市電110V交流峰值電壓約在158V，100V型此時電流約在2.5mA，正壓反壓都會亮，即發光頻率為120Hz，但因此也沒有一般DC-LED逆向擊穿的問題，其V-I相位相同屬電阻性元功率消耗 (PF 0.85~0.93)，多顆應用電路架構是並聯也不是樓主提到的串聯，單顆損壞時電流由其他殘存LED分攤。
　
此外AC LED用在TV背光模組上可與驅動電路同步更新 (120Hz)，在更新畫面時不點亮，降低一般LCD畫面快速移動殘影問題，至於背光亮度調整改以限流方式運作 (同一般床頭燈座調光方式)，並無樓主所提不妥之處。




[ 本帖最後由 DennyT 於 2009-3-13 10:09 AM 編輯 ]

zjqmyron

学习学习，关注led，这个网站很有意思

touvictor

進來這篇文章看看
來了解一下AC LED 有看有學習! 長知識!

nepuba

相信在技术上一定会有解决方法的，
科技创造未来，一定可以的

jimmychung1977

好文章..提供另一種觀點..趕快看全文

Chamberplus

科技技術是需要大家集思廣益的啦！...

ahchoosage

小弟近來才得知有人用AC 來做LED DRIVER用 對於這方面還有很多不懂的地方 感謝板主的分享

shihtc

所有的AC-LED 因為違反電力電子學的基本原則，所以都無法發展成為具有實用價值的照明產品。
不知是哪裡違反?

不清楚耶?

有沒有高手指導一下吧

twqqq

AC LED 還是很多人在開發, 也許有一天有機會在特殊領域應用也難說!

rowentatw

原來我落後這麼多了喔
要加油了
看到發文者這樣詳細說明跟回文者的不同意見
這樣的討論使網站越來越有看頭了

hzcg

好文章，关注。学习！  

hcshih

Interesting article
Thanks for your information.

regina_ko

AC LED need any driver for transformation?

kokokiki

我個人的淺見,AC-LED往大功率展是有問題的,如大大所知,
但有一個方向是往指示用的小功率LED發展,可能有其發揮空間,
因為若要將DC-LED在市電AC驅動,需要小空間高效率低成本是不可能,
那就是AC-LED可發展的方向,是要將AC-LED的功率變小(將電流降低),
如1mA左右,那亮度如氖燈或者是耶誕燈的亮度,那其用途將會相當的廣,
且顏色不一定要白色,紅色,黃色,綠色...,那用裝飾或用來指示用途會是
相當的廣.(如運用紅綠燈,將現有的使用燈泡直接更換)....