[发明专利]一种AC-LED日光灯

说明书

技术领域

本发明属于照明领域，特别涉及一种AC-LED日光灯。

背景技术

目前，市场上主流LED产品主要采用基于单颗低压大功率LED芯片的低压恒流直流源供电方式，因此被称为DC-LED，其特征是采用不同拓扑结构、不同架构（隔离型与非隔离型）且集成了APFC、AC-DC转换器及各种异常状态保护功能的DC-LED驱动开关电源将高压交流电转换成适合DC-LED使用的低压恒流直流源。

DC-LED驱动电源性能优劣直接决定了LED产品的性能。随着DC-LED产品的广泛应用，对其性能提出更高的要求：高功率因数。DC-LED驱动开关电源中必须包括APFC电路，以减少电路中容性元件和感性元件引起的输入交流电压和电流的相位差，减少无功功率的损耗，延长使用寿命。DC-LED 芯片理论上使用寿命为50000h，而DC-LED驱动开关电源中的电解电容的使用寿命制约了产品的使用寿命，维护成本高；产品小型化。DC-LED驱动开关电源为了减小变压器工作时的损耗，保证磁芯不饱和，常常需要增大磁芯的体积，占用空间大；以电源管理芯片为核心的整体驱动电源设计架构成为目前LED照明主要模式，制约了LED新技术发展。此外，在低压DC-LED大功率照明应用中仍需过多考虑热学、电学、机械应力等综合因素带来的问题，故基于高功率DC-LED照明较小功率DC-LED照明应用还存在诸多挑战。

近些年LED半导体芯片技术快速发展，尤其是小功率LED芯片产品更为成熟且成本不断下降的趋势，已为以高压直流(HVdc)、高压交流(HVac)的LED高压照明提供了广阔的发展机遇，此类照明的好处在于，舍弃了恒流源，设计简单化，成本低，解决了DC-LED常规照明因引入交直流转换及稳压电流电路而造成的效率下降及使用寿命缩短等问题。但现有DC-LED诸多成熟技术并不能直接应用上述新领域。

AC-LED是直接应用于市电交流高电压下AC-LED光源兼做整流和发光体的方案。台湾工研院、首尔半导体以及美国的Link labs,III-N Technology相继开发出直接面向市电环境下应用的集成AC-LED阵列光源芯片技术，其特征是使用特殊的组合技术将独立的LED器件或单元封装或集成到芯片阵列中，利用LED PN结的特性实现片内降压，AC-LED集成阵列中每个LED器件两端电压均偏置于周期性正弦变化的高压信号，每颗LED的电流及光功率呈现非正弦形式自零至峰值间规律性变化。该芯片首次将高压直接偏置于集成AC-LED阵列芯片中，创新实现了片内降压和同步AC-LED照明，但这也带来了制程工艺复杂、成本高等问题，且未能从AC-LED终端产品设计与开发角度全面考虑。因此，市面上还无AC-LED终端照明产品问世。此外，桥式结构的AC-LED存在频闪现象，而且LED芯片兼做整流和发光体，利用率低。

本发明定位于AC-LED整灯产品开发，针对AC-LED集成阵列所特有的周期性0～320V高压交流工作和频繁经受瞬态电压脉冲冲击的工作机理，分别从AC-LED集成阵列拓扑结构和整灯耐压设计入手，分解AC-LED光源单芯片所面临的片内降压和同步照明等技术难点，在精确设计该阵列内部LED颗粒安全工作的冗余度和满足照明光效参数的同时，同步完成对AC-LED整灯产品耐压设计，探索出一条可完全替代首尔AC-LED光源芯片的LED整灯高压照明国产化技术路线。

在实际设计过程中，需要解决以下技术问题：一是确保每颗LED芯片的工作电压小于其峰值耐压，消除瞬态电压；二是桥式结构AC-LED的频闪现象；三是产品的耐压问题。

（1）确保每颗LED芯片的工作电压小于其峰值耐压，消除瞬态电压。这是产品设计的核心。高压LED照明与DC-LED照明的机理不同，是通过串接一定数量的LED芯片使其阻抗与脉动直流高压匹配，因此合理设计LED芯片的排列结构、合理设计LED芯片的数量是设计的关键，LED芯片数量的设计也必须考虑光参数的要求，要求光通量需达到1300lm；此外，驱动电路中还需设计保护电路用来消除瞬态电压，避免LED芯片击穿；