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)。

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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?

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