CN102098845A - 一种阵列式ac-led芯片的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法，提供一驱动电压，该驱动电压围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且该驱动电压具有一驱动波形，在任何时间，该驱动电压值始终不小于LED阈值开启端电压，不大于LED峰值端电压；使用该驱动电压来驱动LED发光单元进行工作。本发明的有益效果是结构简单、电子元件数量少、电路体积小、寿命长且光源为连续发光更加接近于自然光。

Description

一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法

技术领域

本发明属于AC-LED技术领域，尤其是涉及一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法。

背景技术

到目前为止，虽然LED恒定直流电源的发展先后经历了简易恒流-非隔离型的第一阶段以及恒流-隔离型的第二阶段，并正在进入PF校正-恒流恒压-隔离型的第三阶段，其在寿命，电源尺寸，价格方面所固有的缺点尚无法得到明显的改善。为此，一种新型的被命名为交流驱动的高压阵列式LED芯片(阵列式AC-LED芯片)的技术在近五年来被提出并得到了迅速发展。

阵列式AC-LED的基本概念是不使用额外(芯片以外)的交直流转换及整流电路，改为搭配限流电阻的方式直接以交流电驱动LED，避免使用恒定直流电源造成的效率损失、较大尺寸、复杂结构、以及寿命限制。AC-LED光源的重大突破在于LED器件作为独立元件或集成单元在封装或芯片阵列集成过程中的特殊组合技术，同时利用LED PN结或Schottky结的二极管特性兼作整流，采用交错的矩阵式排列工艺，并在芯片设计中加入桥式电路，两组反向并联LED器件或Schottky结排列组成一个类似整流桥的结构，整流桥的两端分别直接连接交流电源，另两端连接更多的可共用的串联LED器件，及限流电阻交流电的正半周期和负半周两个桥臂及共用的串联LED器件保持导通，LED上电流具有单向、非正弦变化特性，在0至峰值电流之间周期性变化，其对应频率为60或120Hz，由于眼睛具有视觉暂留特性，周期性光强变化的LED工作模式在人眼中可被解读为连续发光。

在AC-LED中串联使用的LED数目需根据光路、LED及Schottky结的具体参数、市电网电压(110V或220V)、以及所需的光照度来确定，并通过串联电阻或电容进行电流限制，作为交流LED的一个重要特征是LED即使在正向偏置电压的条件上也是连续发光的，这是因为LED端电压总是以正弦形式自0至峰值周期变化。当低于LED的开启电压时，LED将保持关断状态，无电流通过，亦不发光，只有在LED两端电压超过阈值开启开压之后，LED才导通，具有光输出，且光输出功率将随电压增加一直攀升至峰值，如图1所示。

因此在AC-LED中，每个LED器件两端的电压是正弦周期变化，而LED的电流以及光输出功率则呈现非正弦形式自0至峰值间不断变化，计算表明AC-LED在一个周期中，有接近40％的时间处于关断状态，而在导通的时间里，近40％的时间LED的工作电流超过具有相同发光亮度的恒定电流供电LED的工作电流，且其峰值电流达到恒定电流LED的四倍以上。

由于AC-LED的应用舍弃了传统上的恒压恒流电源，去除了多余的电子零件，而降低了成本，LED灯具设计简单化且体积可进一步减小，并且完全避免了交-直流转换以及稳压稳流电路中引入的效率损失以及寿命限制。使得AC-LED技术在LED灯具小型化，可靠性及长工作寿命领域取得了较大的成功。目前，美国Link labs，III-N Technology，韩国的Soul-semiconductors，以及台湾工研院电光所都已申请了相关的专利技术，全力开发并推广AC-LED在照明领域的应用。

但AC-LED具有一个潜在的根本弱点：既由于AC-LED的工作电流在器件发光的状态下，大多数时间要远高于对应的同一亮度的DC-LED工作电流，在峰值达到四倍差距，AC-LED器件本身的内量子效率由于光效率下降(droop effect)的限制要低于具有相同发光亮度的DC-LED，Droop effect存在的原因较为复杂，取决于包括氮化物材料的极化效应，俄歇复合(Auger combination)，二极管的结温度(junction temperature)，铟原子的群聚效应(In-rich)等多种材料和LED结构的影响，AC-LED的内量子效率较同等功率输出的恒定直流LED低15-20％左右，且在AC-LED中驱动电压呈争先周期变化，所以驱动电流和光强呈现脉冲变化特征，占容比(Duty cycle)只有60％左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种AC-LED的驱动方法简单，占容比高，且其驱动电路结构简单、电子元件数量少、电路体积小、寿命长阵列式AC-LED芯片的驱动方法。

本发明的技术方案是：

一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法，至少包括：提供一驱动电压，该驱动电压围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且该驱动电压具有一驱动波形，在任何时间，该驱动电压值始终不小于LED阈值开启端电压，不大于LED峰值端电压；

使用该驱动电压来驱动LED发光单元进行工作，使得阵列中每一个LED单元的工作电流和输出光功率围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且始终处于通路状态。

所述驱动波形呈现近似锯齿波，正弦波或三角波。

该驱动方法利用一驱动电路来提供该驱动电压，且该驱动电路电连接一输入电源，该输入电源为一交流电源。

本发明具有的优点和积极效果是：

1、改变了AC-LED的驱动方法，使得LED发光单元在整个周期范围内保持持续发光。

2、本发明LED发光单元在输入电流和输入光强在整个周期中保持非零状态，且在平均值附近微脉动变化，占容比远高于现有AC-LED的60％占容比，和DC-LED一样达到了100％。

3、由于电压变化范围小，所以电流变化范围小，使得本发明的LED光强的变化范围远小于现有AC-LED，更接近于连续灯光照明技术。

4、在电路设计和构成上取得了极大地简化，由于无须精确地降压及稳流，而极大限度地减少了电子元件，减少了电路体积，降低了成本。

5、该电路只需要使用10UF以下的固陶瓷电容，完全避免了传统恒定直流电源中使用大容量电解液电容所带来的寿命问题(＜10000小时)，加速实验证明本发明寿命在正常环境(常温，温度)条件下超过5万小时，接近LED器件的极限寿命。

附图说明

图1是现有AC-LED的驱动波形的示意图；

图2是本发明的每一个LED单元的工作电流的波形图；

图3是本发明的实施例中第一种驱动电路示意图；

图4是本发明的实施例中另一中驱动电路示意图。

具体实施方式

提出一种阵列式AC-LED芯片的工作模式：阵列式芯片中每一个LED单元的工作电流(I)和输出光功率(P)围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且始终处于通路状态(I＞0，P＞0)，如图2所示；

提出对应的AC-LED的驱动方法，至少包括：

提供一驱动电压，该驱动电压围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且该驱动电压具有一驱动波形，在任何时间，该驱动电压值始终不小于LED阈值开启端电压，不大于LED峰值端电压；

使用该驱动电压来驱动LED发光单元进行工作。

所述驱动波形呈现近似正弦波、锯齿波或三角波。

该驱动方法利用一驱动电路来提供该驱动电压，且该驱动电路电连接一输入电源，该输入电源为一交流电源。

如图3所示，用于驱动该芯片的一种驱动电路，显示了一种AC-LED的驱动电路可提供上述驱动电压，驱动由一个或多个LED串联而成的LED发光单元1，所述驱动电路包括交流输入整流单元2、保护单元3和稳流单元4，所述交流输入整流单元2分别和所述保护单元3、所述LED发光单元1相连，所述保护单元3和所述稳流单元4相连，所述LED发光单元1和所述稳流单元4相连；在该电路中Q1和Q2为两个高电压NPN三极管且放大系数在100左右，C1/R1和C2/R2作为陶瓷电容对LED电流进行限流和过压保护，使LED的工作不受电涌高压尖脉冲电压下陷，及电线噪声的影响，最后由三极管和射极电阻组成的镜像电源作为稳流单元将LED电流控制在平均值附近作脉动变化。

所述交流输入整流单元2包括由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4构成的整流桥，所述整流桥的两个输入端分别连接电源的火线和零线，所述整流桥的第一输出端分别连接所述保护单元和所述LED发光单元的阳极端，所述整流桥的第二输出端接地。

所述保护单元3包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端和所述整流桥的第一输出端相连，其另一端通过第一电容C1接地，所述第二电阻R2的一端和所述整流桥的第一输出端相连，其另一端连接通过第二电容C2接地。

所述稳流单元包括NPN型第一三极管Q1、NPN型第二三极管Q2和第三电阻R3，所述第一三极管Q1的基极和所述第二三极管Q2的集电极相连于一个公共端，该公共端和所述第二电阻R2、所述第二电容C2之间的公共端相连，所述第一三极管Q1的发射极和所述第二三极管Q2的基极相连于一个公共端，该公共端通过第三电阻R3接地，所述第二三极管Q2的发射极接地，所述第一三极管Q1的集电极连接所述LED发光单元的阴极端。

如图4所示，用于驱动该芯片的另一种驱动电路，显示了一种AC-LED的驱动电路可提供上述驱动电压，驱动由一个或多个LED串联而成的LED发光单元1，所述驱动电路包括交流输入整流桥式电路、限流(保护)电阻R和稳流电容C，所述交流输入整流桥式电路分别和限流(保护)电阻R、所述LED发光单元1相连，所述限流(保护)电阻R和所述稳流电容C相连，所述LED发光单元1和所述稳流电容C相连。

以上对本发明的两个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法，其特征在于，至少包括：提供一驱动电压，该驱动电压围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且该驱动电压具有一驱动波形，在任何时间，该驱动电压值始终不小于LED阈值开启端电压，不大于LED峰值端电压；

使用该驱动电压来驱动LED发光单元进行工作，使得阵列中每一个LED单元的工作电流和输出光功率围绕着相应的平均值在一定范围内做周期性的脉动变化，且始终处于通路状态。

2.根据权利要求1所述的一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法，其特征在于，所述驱动波形呈现近似锯齿波，正弦波或三角波。

3.根据权利要求1所述的一种阵列式AC-LED芯片的驱动方法，其特征在于，该驱动方法利用一驱动电路来提供该驱动电压，且该驱动电路电连接一输入电源，该输入电源为一交流电源。

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