LED的热传导性能和交流特性

LED固态照明是继白炽灯发明以来最重要的照明革命。由于半导体材料将电能直接转化为光，所以LED固态照明与传统照明光源最大的不同在于它的光线不是由热而发光，是真正意义上的绿色光源，具有寿命长、能耗低、发光效率高、稳定性好、无频闪、无红外和紫外线辐射等优点，并且发出的光色度纯。

LED散热问题及其影响，为了适应通用照明的需要，固态照明光源迫切需要解决单个芯片散热问题，以及多芯或多个LED灯管集成组成的散热问题，其热聚效应及热阻过大，直接导致LED结温升高。据有关资料分析，大约70%的故障来自于LED的结温过高，并且在负载为额定功率一半的情况下，温度每升高20℃，故障率就上升1倍。

LED热的传导和疏散，LED固态照明光源需要解决如下几个环节的散热问题：芯片结到外延层；外延层到封装基板；封装基板到冷却装置。这三个环节构成固态照明光源热传导的通道，热传导的通道上任何薄弱环节的失败都会使LED光源毁于一旦。为了取得更好的导热效果，在三个环节上都需要采用热导系数高的材料。笔者重点论述热阻设计的第三个环节，即封装基板到冷却装置。

单晶粒LED发光芯片驱动电压在4V以内，无论多高的驱动电压都可以串联，获得到合适的驱动电压。这点是其它光源不可比拟的优势。CFL需要复杂的驱动电路，LED可以通过串接符合与市电等不同的电压的阻抗匹配。白炽灯钨丝长度和直径，决定球泡电阻阻抗，去符合不同的驱动电压。LED采用不同的串接数量也是同样的道理，虽然LED不是纯阻性负载。

交流LED是上百颗单晶粒LED在晶圆级串接而成，可以在市电交流高电压下自行整流点亮，再串接电阻或恒流源，保持在合适的驱动功率范围内。基于这种设计早在圣诞灯串上一直有使用，移植到LED晶粒封装是近年的事情。 为了兼容各国电压标准，要分4个部分串接而成，这样在220V取值一半正好是110V电压，规格上得到统一。交流LED理论上是正确的，可行的，市电50-60Hz单串LED分别工作在两个正负半周，设计上基本相似。

LED并非像白炽灯那样是阻性负载，较小的电压波动会使LED亮度变化较大，更容易看到闪烁。交流LED对AC电压稳定度有一定的要求，因为LED的伏安特性很陡，10%的电压变化就会引起剧烈的电流波动。例如正向电压从3.3V变到3.6V，电流就从20mA增加到34mA，增加了70%之多。电流大幅上升对LED是致命的，电压降低不会损坏LED，亮度的波动会影响客户体验度。

高压LED灯串用DC来驱动，暂且不分析具体驱动细节。AC用桥堆整流，这时LED利用率提升50%，而LED数量及成本也随之降低50%。整流桥价格低廉，工艺限制集成整流桥是非常不合算的。整流桥体积不大，体积容易接受，直接采用AC设计LED不太经济。由于交流电压是正弦波，所以流过LED的电流也是正弦波，对LED的利用率不像直流电利用那么高。也就是总体平均的光输出，没有像同样幅度的直流电那么高。