專利名稱：一種陣列式ac-led芯片的驅(qū)動(dòng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于AC-LED技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法。
背景技術(shù)：
到目前為止，雖然LED恒定直流電源的發(fā)展先后經(jīng)歷了簡(jiǎn)易恒流-非隔離型的第 一階段以及恒流-隔離型的第二階段，并正在進(jìn)入PF校正-恒流恒壓-隔離型的第三階段， 其在壽命，電源尺寸，價(jià)格方面所固有的缺點(diǎn)尚無(wú)法得到明顯的改善。為此，一種新型的被 命名為交流驅(qū)動(dòng)的高壓陣列式LED芯片(陣列式AC-LED芯片)的技術(shù)在近五年來(lái)被提出 并得到了迅速發(fā)展。陣列式AC-LED的基本概念是不使用額外(芯片以外)的交直流轉(zhuǎn)換及整流電路， 改為搭配限流電阻的方式直接以交流電驅(qū)動(dòng)LED，避免使用恒定直流電源造成的效率損失、 較大尺寸、復(fù)雜結(jié)構(gòu)、以及壽命限制。AC-LED光源的重大突破在于LED器件作為獨(dú)立元件或 集成單元在封裝或芯片陣列集成過(guò)程中的特殊組合技術(shù)，同時(shí)利用LED PN結(jié)或khottky 結(jié)的二極管特性兼作整流，采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝，并在芯片設(shè)計(jì)中加入橋式電路，兩 組反向并聯(lián)LED器件或khottky結(jié)排列組成一個(gè)類似整流橋的結(jié)構(gòu)，整流橋的兩端分別直 接連接交流電源，另兩端連接更多的可共用的串聯(lián)LED器件，及限流電阻交流電的正半周 期和負(fù)半周兩個(gè)橋臂及共用的串聯(lián)LED器件保持導(dǎo)通，LED上電流具有單向、非正弦變化特 性，在0至峰值電流之間周期性變化，其對(duì)應(yīng)頻率為60或120Hz，由于眼睛具有視覺暫留特 性，周期性光強(qiáng)變化的LED工作模式在人眼中可被解讀為連續(xù)發(fā)光。在AC-LED中串聯(lián)使用的LED數(shù)目需根據(jù)光路、LED及khottky結(jié)的具體參數(shù)、 市電網(wǎng)電壓(110V或220V)、以及所需的光照度來(lái)確定，并通過(guò)串聯(lián)電阻或電容進(jìn)行電流限 制，作為交流LED的一個(gè)重要特征是LED即使在正向偏置電壓的條件上也是連續(xù)發(fā)光的，這 是因?yàn)長(zhǎng)ED端電壓總是以正弦形式自0至峰值周期變化。當(dāng)?shù)陀贚ED的開啟電壓時(shí)，LED將 保持關(guān)斷狀態(tài)，無(wú)電流通過(guò)，亦不發(fā)光，只有在LED兩端電壓超過(guò)閾值開啟開壓之后，LED才 導(dǎo)通，具有光輸出，且光輸出功率將隨電壓增加一直攀升至峰值，如圖1所示。因此在AC-LED中，每個(gè)LED器件兩端的電壓是正弦周期變化，而LED的電流以及 光輸出功率則呈現(xiàn)非正弦形式自0至峰值間不斷變化，計(jì)算表明AC-LED在一個(gè)周期中，有 接近40%的時(shí)間處于關(guān)斷狀態(tài)，而在導(dǎo)通的時(shí)間里，近40%的時(shí)間LED的工作電流超過(guò)具 有相同發(fā)光亮度的恒定電流供電LED的工作電流，且其峰值電流達(dá)到恒定電流LED的四倍 以上。由于AC-LED的應(yīng)用舍棄了傳統(tǒng)上的恒壓恒流電源，去除了多余的電子零件，而降 低了成本，LED燈具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化且體積可進(jìn)一步減小，并且完全避免了交-直流轉(zhuǎn)換以及穩(wěn) 壓穩(wěn)流電路中引入的效率損失以及壽命限制。使得AC-LED技術(shù)在LED燈具小型化，可靠性 及長(zhǎng)工作壽命領(lǐng)域取得了較大的成功。目前，美國(guó)Link labs, III-N Technology，韓國(guó)的 Soul-semiconductors，以及臺(tái)灣工研院電光所都已申請(qǐng)了相關(guān)的專利技術(shù)，全力開發(fā)并推 廣AC-LED在照明領(lǐng)域的應(yīng)用。
但AC-LED具有一個(gè)潛在的根本弱點(diǎn)既由于AC-LED的工作電流在器件發(fā)光的 狀態(tài)下，大多數(shù)時(shí)間要遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)的同一亮度的DC-LED工作電流，在峰值達(dá)到四倍差距， AC-LED器件本身的內(nèi)量子效率由于光效率下降(droop effect)的限制要低于具有相同發(fā) 光亮度的DC-LED ,Droop effect存在的原因較為復(fù)雜，取決于包括氮化物材料的極化效應(yīng)， 俄歇復(fù)合(Auger combination)，二極管的結(jié)溫度(junction temperature)，銦原子的群聚 效應(yīng)αη-rich)等多種材料和LED結(jié)構(gòu)的影響，AC-LED的內(nèi)量子效率較同等功率輸出的恒 定直流LED低15-20 %左右，且在AC-LED中驅(qū)動(dòng)電壓呈爭(zhēng)先周期變化，所以驅(qū)動(dòng)電流和光強(qiáng) 呈現(xiàn)脈沖變化特征，占容比(Duty cycle)只有60%左右。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種AC-LED的驅(qū)動(dòng)方法簡(jiǎn)單，占容比高，且其驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、電子元件數(shù)量少、電路體積小、壽命長(zhǎng)陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法，至少包括提供一驅(qū)動(dòng)電壓，該驅(qū)動(dòng)電壓圍 繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且該驅(qū)動(dòng)電壓具有一驅(qū)動(dòng)波形，在 任何時(shí)間，該驅(qū)動(dòng)電壓值始終不小于LED閾值開啟端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光單元進(jìn)行工作，使得陣列中每一個(gè)LED單元的工 作電流和輸出光功率圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且始終處于 通路狀態(tài)。所述驅(qū)動(dòng)波形呈現(xiàn)近似鋸齒波，正弦波或三角波。該驅(qū)動(dòng)方法利用一驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提供該驅(qū)動(dòng)電壓，且該驅(qū)動(dòng)電路電連接一輸入電 源，該輸入電源為一交流電源。本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1、改變了 AC-LED的驅(qū)動(dòng)方法，使得LED發(fā)光單元在整個(gè)周期范圍內(nèi)保持持續(xù)發(fā)光。2、本發(fā)明LED發(fā)光單元在輸入電流和輸入光強(qiáng)在整個(gè)周期中保持非零狀態(tài)，且在 平均值附近微脈動(dòng)變化，占容比遠(yuǎn)高于現(xiàn)有AC-LED的60%占容比，和DC-LED —樣達(dá)到了 100%。3、由于電壓變化范圍小，所以電流變化范圍小，使得本發(fā)明的LED光強(qiáng)的變化范 圍遠(yuǎn)小于現(xiàn)有AC-LED，更接近于連續(xù)燈光照明技術(shù)。4、在電路設(shè)計(jì)和構(gòu)成上取得了極大地簡(jiǎn)化，由于無(wú)須精確地降壓及穩(wěn)流，而極大 限度地減少了電子元件，減少了電路體積，降低了成本。5、該電路只需要使用10UF以下的固陶瓷電容，完全避免了傳統(tǒng)恒定直流電源中 使用大容量電解液電容所帶來(lái)的壽命問(wèn)題(< 10000小時(shí))，加速實(shí)驗(yàn)證明本發(fā)明壽命在正 常環(huán)境(常溫，溫度)條件下超過(guò)5萬(wàn)小時(shí)，接近LED器件的極限壽命。


圖1是現(xiàn)有AC-LED的驅(qū)動(dòng)波形的示意圖；圖2是本發(fā)明的每一個(gè)LED單元的工作電流的波形圖3是本發(fā)明的實(shí)施例中第一種驅(qū)動(dòng)電路示意圖；圖4是本發(fā)明的實(shí)施例中另一中驅(qū)動(dòng)電路示意圖。
具體實(shí)施例方式提出一種陣列式AC-LED芯片的工作模式陣列式芯片中每一個(gè)LED單元的工作電 流(I)和輸出光功率(P)圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且始終 處于通路狀態(tài)(I > 0，P > 0)，如圖2所示；提出對(duì)應(yīng)的AC-LED的驅(qū)動(dòng)方法，至少包括提供一驅(qū)動(dòng)電壓，該驅(qū)動(dòng)電壓圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng) 變化，且該驅(qū)動(dòng)電壓具有一驅(qū)動(dòng)波形，在任何時(shí)間，該驅(qū)動(dòng)電壓值始終不小于LED閾值開啟 端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光單元進(jìn)行工作。所述驅(qū)動(dòng)波形呈現(xiàn)近似正弦波、鋸齒波或三角波。該驅(qū)動(dòng)方法利用一驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提供該驅(qū)動(dòng)電壓，且該驅(qū)動(dòng)電路電連接一輸入電 源，該輸入電源為一交流電源。如圖3所示，用于驅(qū)動(dòng)該芯片的一種驅(qū)動(dòng)電路，顯示了一種AC-LED的驅(qū)動(dòng)電路可 提供上述驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)由一個(gè)或多個(gè)LED串聯(lián)而成的LED發(fā)光單元1，所述驅(qū)動(dòng)電路包括 交流輸入整流單元2、保護(hù)單元3和穩(wěn)流單元4，所述交流輸入整流單元2分別和所述保護(hù) 單元3、所述LED發(fā)光單元1相連，所述保護(hù)單元3和所述穩(wěn)流單元4相連，所述LED發(fā)光單 元1和所述穩(wěn)流單元4相連；在該電路中Ql和Q2為兩個(gè)高電壓NPN三極管且放大系數(shù)在 100左右，C1/R1和C2/R2作為陶瓷電容對(duì)LED電流進(jìn)行限流和過(guò)壓保護(hù)，使LED的工作不 受電涌高壓尖脈沖電壓下陷，及電線噪聲的影響，最后由三極管和射極電阻組成的鏡像電 源作為穩(wěn)流單元將LED電流控制在平均值附近作脈動(dòng)變化。所述交流輸入整流單元2包括由第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第 四二極管D4構(gòu)成的整流橋，所述整流橋的兩個(gè)輸入端分別連接電源的火線和零線，所述整 流橋的第一輸出端分別連接所述保護(hù)單元和所述LED發(fā)光單元的陽(yáng)極端，所述整流橋的第 二輸出端接地。所述保護(hù)單元3包括第一電容Cl、第二電容C2、第一電阻Rl和第二電阻R2，所述 第一電阻Rl的一端和所述整流橋的第一輸出端相連，其另一端通過(guò)第一電容Cl接地，所述 第二電阻R2的一端和所述整流橋的第一輸出端相連，其另一端連接通過(guò)第二電容C2接地。所述穩(wěn)流單元包括NPN型第一三極管Q1、NPN型第二三極管Q2和第三電阻R3，所 述第一三極管Ql的基極和所述第二三極管Q2的集電極相連于一個(gè)公共端，該公共端和所 述第二電阻R2、所述第二電容C2之間的公共端相連，所述第一三極管Ql的發(fā)射極和所述 第二三極管Q2的基極相連于一個(gè)公共端，該公共端通過(guò)第三電阻R3接地，所述第二三極管 Q2的發(fā)射極接地，所述第一三極管Ql的集電極連接所述LED發(fā)光單元的陰極端。如圖4所示，用于驅(qū)動(dòng)該芯片的另一種驅(qū)動(dòng)電路，顯示了一種AC-LED的驅(qū)動(dòng)電路 可提供上述驅(qū)動(dòng)電壓，驅(qū)動(dòng)由一個(gè)或多個(gè)LED串聯(lián)而成的LED發(fā)光單元1，所述驅(qū)動(dòng)電路包 括交流輸入整流橋式電路、限流(保護(hù))電阻R和穩(wěn)流電容C，所述交流輸入整流橋式電路 分別和限流(保護(hù))電阻R、所述LED發(fā)光單元1相連，所述限流(保護(hù))電阻R和所述穩(wěn)流電容C相連，所述LED發(fā)光單元1和所述穩(wěn)流電容C相連。 以上對(duì)本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施 例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實(shí)施范圍。凡依本發(fā)明申請(qǐng)范圍所作的均等變化與改進(jìn) 等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，至少包括提供一驅(qū)動(dòng)電壓，該 驅(qū)動(dòng)電壓圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且該驅(qū)動(dòng)電壓具有一驅(qū) 動(dòng)波形，在任何時(shí)間，該驅(qū)動(dòng)電壓值始終不小于LED閾值開啟端電壓，不大于LED峰值端電 壓；使用該驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光單元進(jìn)行工作，使得陣列中每一個(gè)LED單元的工作電 流和輸出光功率圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且始終處于通路 狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng) 波形呈現(xiàn)近似鋸齒波，正弦波或三角波。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法，其特征在于，該驅(qū)動(dòng)方 法利用一驅(qū)動(dòng)電路來(lái)提供該驅(qū)動(dòng)電壓，且該驅(qū)動(dòng)電路電連接一輸入電源，該輸入電源為一 交流電源。
全文摘要
本發(fā)明提供一種陣列式AC-LED芯片的驅(qū)動(dòng)方法，提供一驅(qū)動(dòng)電壓，該驅(qū)動(dòng)電壓圍繞著相應(yīng)的平均值在一定范圍內(nèi)做周期性的脈動(dòng)變化，且該驅(qū)動(dòng)電壓具有一驅(qū)動(dòng)波形，在任何時(shí)間，該驅(qū)動(dòng)電壓值始終不小于LED閾值開啟端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅(qū)動(dòng)電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光單元進(jìn)行工作。本發(fā)明的有益效果是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電子元件數(shù)量少、電路體積小、壽命長(zhǎng)且光源為連續(xù)發(fā)光更加接近于自然光。
文檔編號(hào)H05B37/02GK102098845SQ201110008819
公開日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者張慶 申請(qǐng)人:東營(yíng)市加文光電有限責(zé)任公司, 張慶