一種陣列式AC-LED芯片的驅動方法技術

本發明專利技術提供一種陣列式AC-LED芯片的驅動方法，提供一驅動電壓，該驅動電壓圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且該驅動電壓具有一驅動波形，在任何時間，該驅動電壓值始終不小于LED閾值開啟端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅動電壓來驅動LED發光單元進行工作。本發明專利技術的有益效果是結構簡單、電子元件數量少、電路體積小、壽命長且光源為連續發光更加接近于自然光。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于AC-LED
，尤其是涉及一種陣列式AC-LED芯片的驅動方法。
技術介紹
到目前為止，雖然LED恒定直流電源的發展先后經歷了簡易恒流-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，價格方面所固有的缺點尚無法得到明顯的改善。為此，一種新型的被 命名為交流驅動的高壓陣列式LED芯片(陣列式AC-LED芯片)的技術在近五年來被提出 并得到了迅速發展。陣列式AC-LED的基本概念是不使用額外(芯片以外)的交直流轉換及整流電路， 改為搭配限流電阻的方式直接以交流電驅動LED，避免使用恒定直流電源造成的效率損失、 較大尺寸、復雜結構、以及壽命限制。AC-LED光源的重大突破在于LED器件作為獨立元件或 集成單元在封裝或芯片陣列集成過程中的特殊組合技術，同時利用LED PN結或khottky 結的二極管特性兼作整流，采用交錯的矩陣式排列工藝，并在芯片設計中加入橋式電路，兩 組反向并聯LED器件或khottky結排列組成一個類似整流橋的結構，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LED器件，及限流電阻交流電的正半周 期和負半周兩個橋臂及共用的串聯LED器件保持導通，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，其對應頻率為60或120Hz，由于眼睛具有視覺暫留特 性，周期性光強變化的LED工作模式在人眼中可被解讀為連續發光。在AC-LED中串聯使用的LED數目需根據光路、LED及khottky結的具體參數、 市電網電壓(110V或220V)、以及所需的光照度來確定，并通過串聯電阻或電容進行電流限 制，作為交流LED的一個重要特征是LED即使在正向偏置電壓的條件上也是連續發光的，這 是因為LED端電壓總是以正弦形式自0至峰值周期變化。當低于LED的開啟電壓時，LED將 保持關斷狀態，無電流通過，亦不發光，只有在LED兩端電壓超過閾值開啟開壓之后，LED才 導通，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 光輸出功率則呈現非正弦形式自0至峰值間不斷變化，計算表明AC-LED在一個周期中，有 接近40%的時間處于關斷狀態，而在導通的時間里，近40%的時間LED的工作電流超過具 有相同發光亮度的恒定電流供電LED的工作電流，且其峰值電流達到恒定電流LED的四倍 以上。由于AC-LED的應用舍棄了傳統上的恒壓恒流電源，去除了多余的電子零件，而降 低了成本，LED燈具設計簡單化且體積可進一步減小，并且完全避免了交-直流轉換以及穩 壓穩流電路中引入的效率損失以及壽命限制。使得AC-LED技術在LED燈具小型化，可靠性 及長工作壽命領域取得了較大的成功。目前，美國Link labs, III-N Technology，韓國的 Soul-semiconductors，以及臺灣工研院電光所都已申請了相關的專利技術，全力開發并推 廣AC-LED在照明領域的應用。但AC-LED具有一個潛在的根本弱點既由于AC-LED的工作電流在器件發光的 狀態下，大多數時間要遠高于對應的同一亮度的DC-LED工作電流，在峰值達到四倍差距， AC-LED器件本身的內量子效率由于光效率下降(droop effect)的限制要低于具有相同發 光亮度的DC-LED ,Droop effect存在的原因較為復雜，取決于包括氮化物材料的極化效應， 俄歇復合(Auger combination)，二極管的結溫度(junction temperature)，銦原子的群聚 效應αη-rich)等多種材料和LED結構的影響，AC-LED的內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中驅動電壓呈爭先周期變化，所以驅動電流和光強 呈現脈沖變化特征，占容比(Duty cycle)只有60%左右。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種AC-LED的驅動方法簡單，占容比高，且其驅動電路結構 簡單、電子元件數量少、電路體積小、壽命長陣列式AC-LED芯片的驅動方法。本專利技術的技術方案是一種陣列式AC-LED芯片的驅動方法，至少包括提供一驅動電壓，該驅動電壓圍 繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且該驅動電壓具有一驅動波形，在 任何時間，該驅動電壓值始終不小于LED閾值開啟端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅動電壓來驅動LED發光單元進行工作，使得陣列中每一個LED單元的工 作電流和輸出光功率圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且始終處于 通路狀態。所述驅動波形呈現近似鋸齒波，正弦波或三角波。該驅動方法利用一驅動電路來提供該驅動電壓，且該驅動電路電連接一輸入電 源，該輸入電源為一交流電源。本專利技術具有的優點和積極效果是1、改變了 AC-LED的驅動方法，使得LED發光單元在整個周期范圍內保持持續發光。2、本專利技術LED發光單元在輸入電流和輸入光強在整個周期中保持非零狀態，且在 平均值附近微脈動變化，占容比遠高于現有AC-LED的60%占容比，和DC-LED —樣達到了 100%。3、由于電壓變化范圍小，所以電流變化范圍小，使得本專利技術的LED光強的變化范 圍遠小于現有AC-LED，更接近于連續燈光照明技術。4、在電路設計和構成上取得了極大地簡化，由于無須精確地降壓及穩流，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，完全避免了傳統恒定直流電源中 使用大容量電解液電容所帶來的壽命問題(< 10000小時)，加速實驗證明本專利技術壽命在正 常環境(常溫，溫度)條件下超過5萬小時，接近LED器件的極限壽命。附圖說明圖1是現有AC-LED的驅動波形的示意圖；圖2是本專利技術的每一個LED單元的工作電流的波形圖3是本專利技術的實施例中第一種驅動電路示意圖；圖4是本專利技術的實施例中另一中驅動電路示意圖。具體實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LED單元的工作電 流(I)和輸出光功率(P)圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且始終 處于通路狀態(I > 0，P > 0)，如圖2所示；提出對應的AC-LED的驅動方法，至少包括提供一驅動電壓，該驅動電壓圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動 變化，且該驅動電壓具有一驅動波形，在任何時間，該驅動電壓值始終不小于LED閾值開啟 端電壓，不大于LED峰值端電壓；使用該驅動電壓來驅動LED發光單元進行工作。所述驅動波形呈現近似正弦波、鋸齒波或三角波。該驅動方法利用一驅動電路來提供該驅動電壓，且該驅動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，用于驅動該芯片的一種驅動電路，顯示了一種AC-LED的驅動電路可 提供上述驅動電壓，驅動由一個或多個LED串聯而成的LED發光單元1，所述驅動電路包括 交流輸入整流單元2、保護單元3和穩流單元4，所述交流輸入整流單元2分別和所述保護 單元3、所述LED發光單元1相連，所述保護單元3和所述穩流本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種陣列式ＡＣ－ＬＥＤ芯片的驅動方法，其特征在于，至少包括：提供一驅動電壓，該驅動電壓圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且該驅動電壓具有一驅動波形，在任何時間，該驅動電壓值始終不小于ＬＥＤ閾值開啟端電壓，不大于ＬＥＤ峰值端電壓；使用該驅動電壓來驅動ＬＥＤ發光單元進行工作，使得陣列中每一個ＬＥＤ單元的工作電流和輸出光功率圍繞著相應的平均值在一定范圍內做周期性的脈動變化，且始終處于通路狀態。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：張慶，
申請(專利權)人：張慶，東營市加文光電有限責任公司，
類型：發明
國別省市：12