最近很多網(wǎng)站都大肆報道一種“高壓LED”，認為它是一種全新的LED品種，而且具有很多優(yōu)點(diǎn)，甚至認為它將使“今天的低壓LED將淡出未來(lái)的LED通用照明市場(chǎng)”而高壓LED將“主導未來(lái)的LED通用照明”，真的是這樣嗎？ 

我們知道，LED的中文是“發(fā)光二極管”，它從根本上來(lái)講只是一種“二極管”。而且是工作在正向的二極管。過(guò)去只有高反壓二極管，那是指高的反向擊穿電壓。如果工作在正向的話(huà)，那么一定是電壓越高，電流越大�？墒沁@種高壓LED的最大特點(diǎn)卻是高電壓、小電流。那又是怎么一回事呢？ 

一. 什么是高壓LED 

再仔細了解一下，原來(lái)它只是很多20mA的小功率LED串聯(lián)起來(lái)，變成了所謂的高壓LED。把很多小功率LED串聯(lián)起來(lái)并不是什么新鮮事，其實(shí)在很多燈具里早就這樣用了。唯一不同的是過(guò)去燈具廠(chǎng)商都是把已經(jīng)封裝好了的小功率LED串聯(lián)起來(lái)。例如圖1就是上海龍興公司將80顆表面貼裝的0.1W小功率LED全部串聯(lián)起來(lái)以得到高電壓小電流的特性，用于LED球泡燈中。 

圖1. 80顆0.1W小功率LED的串聯(lián)

現在則是由LED生產(chǎn)廠(chǎng)家提供一種串聯(lián)好了的小功率LED，并把它稱(chēng)之為“高壓LED”而已。它只是集成LED中的一種。其實(shí)過(guò)去早就有各種集成的LED，以不同數量的LED串并聯(lián)起來(lái)，得到各種不同功率和電壓的LED�？梢哉f(shuō)最早是美國的普瑞（Bridgelux）公司就已經(jīng)推出了這種集成LED了。也就是把很多小功率LED在基板上就串并聯(lián)起來(lái)，以得到一顆大功率LED。他們稱(chēng)之為L(cháng)ED陣列，例如他們在2009年推出的一顆30W的LED陣列BXRA-C2000實(shí)際上是把25個(gè)1W的LED在芯片上5并5串而得來(lái)，其尺寸為25.3x22.3mm發(fā)光面的直徑為17.5mm（圖2），正向電壓16.6V，正向電流1.75A，熱阻0.5°C/W。 

圖2. 美國普瑞公司的集成LED

高壓LED和這種集成LED的主要差別在于高壓LED是全部串聯(lián)，而集成LED則是串并聯(lián)。集成LED的特點(diǎn)是在一個(gè)大晶片上采用開(kāi)槽的方法，將其切割成為很多小的LED，溝槽的深度約在4-8μm，溝槽不能太寬以免減小發(fā)光面積。在開(kāi)出溝槽以后，為了敷設連接各個(gè)LED的導線(xiàn)，還要用絕緣層把這些溝槽填平，再按照串聯(lián)或并聯(lián)的要求而敷上相應的鋁線(xiàn)。 

二．高壓LED的性能指標 

目前只知道臺灣的晶元光電正在生產(chǎn)這種高壓LED，但是在晶元光電的網(wǎng)站：http://www.epistar.com.tw/_chinese/01_product/03_prodetail_03.php?MID=3&AID=2上只查到幾種電壓并不太高的HV LED。其指標如下表所示： 

晶元光電HVLED指標 

其中并沒(méi)有他們宣傳的耐壓50V的高壓LED�？磥�(lái)真正的高壓LED也還沒(méi)有成熟。所以也無(wú)從進(jìn)行定量的比較。

三．高壓LED的優(yōu)缺點(diǎn) 

那么我們來(lái)看一下到底這種高壓LED有何優(yōu)缺點(diǎn)。 

1、功率耗散和散熱器大�。河械膱蟮佬�稱(chēng)1W的高壓LED的電壓為50V，電流為20mA；而普通低壓的1W LED電壓為3V，電流為350mA，所以“同樣輸出功率的高壓LED在工作時(shí)耗散的功率要遠低于低壓LED，這意味著(zhù)散熱鋁外殼的成本可大大降低。”，這個(gè)說(shuō)法顯然是不成立的。耗散功率的大小主要由LED的發(fā)光效率決定，而不是由其標稱(chēng)功率決定。標稱(chēng)功率不等于輸入功率。如果要決定散熱器的大小，應當是在同樣的發(fā)光效率來(lái)計算。通常認為對于目前100lm/W的發(fā)光效率來(lái)說(shuō)，其真正的電光效率（就是由電能變成光能的效率）只有30%左右，就是只有30%的電能轉換為光能，其余的70%的電能都轉換為熱能而需要經(jīng)過(guò)散熱器散去。所以對于具有同樣發(fā)光效率的1W高壓LED和普通低壓LED來(lái)說(shuō)，其變成熱能的部分都是0.7W，需要通過(guò)散熱器散去。所以這種高壓LED所需要的散熱器大小在同樣的輸入功率和同樣的驅動(dòng)電源效率的情況下是不會(huì )有什么差別的。 

2、AC/DC轉換器的效率：在同文中認為“輸入和輸出壓差越低，AC到DC的轉換效率就越高”。該文還認為因為220V輸入時(shí)，高壓LED只要4個(gè)串聯(lián)就是200V，和220V只差20V。而用低壓LED，即使是10個(gè)串聯(lián)正向壓降也只有30V，和220V相差很大。所以“如采用高壓LED，變壓器的效率就可以得到大大提高，從而可大幅降低AC-DC轉換時(shí)的功率損失，這一熱耗減少又可進(jìn)一步降低散熱外殼的成本。” 實(shí)際上做過(guò)AC/DC恒流驅動(dòng)的人都知道，AC/DC轉換器的效率幾乎是和最后的輸出電壓沒(méi)有什么關(guān)系�？赡茏儔浩鞔渭壍碾娏鞔罅藭�(huì )增加一些銅損，但是這是很小的，還不至于影響到散熱器的設計。真正影響AC/DC轉換器的效率的因素還有很多，例如非隔離的轉換器效率就比隔離型轉換器的效率要高很多（因為通常非隔離轉換器根本就不用變壓器，只要采用了變壓器，不管變比是多少，都會(huì )大大降低效率）；此外，隔離型反激式的輸出整流二極管的損耗也會(huì )影響效率，為了提高整流二極管的效率最好采用肖特基二極管，而如果輸出是200V高電壓，那么是很難買(mǎi)到這種高壓肖特基二極管，即使買(mǎi)到其價(jià)格也是很高的，如果采用同樣低效的普通整流二極管，那么其效率也不可能提高。。所以認為輸出電壓高，可以大大降低轉換器的功率損失，甚至也能降低散熱器的成本的說(shuō)法也是不確切的。 

3、“高壓LED減小了LED的面積”，的確如此。例如：對于一個(gè)36W的LED，如果采用36個(gè)1W的LED那么就會(huì )占據很大的面積，而如果做一個(gè)集成的36W高壓LED，那么就只要很小的面積（圖3）。這個(gè)看上去是優(yōu)點(diǎn)，但如果從散熱的觀(guān)點(diǎn)來(lái)看就未必是優(yōu)點(diǎn)。因為假如二者的發(fā)光效率相同的話(huà)，那么它們將要散發(fā)的熱量是相同的。而在一個(gè)很小的面積里要散發(fā)出大量的熱量，這在散熱器的設計中將是一個(gè)大難題。 

圖3.集成LED和普通LED在面積上的差別

實(shí)際上，集成LED的生產(chǎn)廠(chǎng)商已經(jīng)注意到這個(gè)問(wèn)題，而且做了很多改進(jìn)。首先是減小其熱阻。一般的1WLED的熱阻大約在6-9°C/W，而集成LED的熱阻可以減小到2°C/W甚至更小。其次它的背板改用紫銅，以改進(jìn)其導熱。然而這些措施并不能從根本上改善小面積高熱量這個(gè)基本狀況。為了快速地將熱量導出，唯一的辦法是采用熱管。而這反而會(huì )增加散熱器的成本。同樣，由于高壓LED的底板采用了紫銅，那么和它直接接觸的散熱器部分也必須采用紫銅而不能采用鋁，因為二者的膨脹系數不同，直接接觸會(huì )產(chǎn)生縫隙而影響導熱。如果采用紫銅散熱器就會(huì )增加成本。所以這種高壓LED不僅不會(huì )降低散熱器的成本，反而會(huì )增加散熱器的成本。 

4、“高壓LED可以根本不需要變壓器”。在不少的報道中都把高壓LED和AC-LED相提并論。所以認為高壓LED可以根本不需要恒流電源（圖4）。 

圖4.通常把高壓LED和AC-LED相提并論

我們知道首先并不是只有高壓LED和AC-LED可以不用恒流源，而所有LED也都可以不采用恒流源，只是不用恒流源以后都會(huì )使LED的使用壽命大大降低。這是因為由于LED伏安特性的負溫度系數，使得LED的正向電流隨著(zhù)LED的溫升而增高，從而使得LED的結溫升高，而降低了LED的壽命，高壓LED也不例外。 

所以這個(gè)優(yōu)點(diǎn)是不成立的。用犧牲壽命的方法來(lái)降低成本，好像并不是一種好方法。因為假定本來(lái)可以工作五萬(wàn)小時(shí)，現在變成只有2.5萬(wàn)小時(shí)，那對于用戶(hù)來(lái)說(shuō)，豈不是使用成本提高了2倍。遠比省下一個(gè)恒流源要貴很多。 

5、發(fā)光效率的高低：據稱(chēng)，臺灣晶元光電將于今年推出發(fā)光效率高達160lm/W的冷白光LED。而暖白光的LED發(fā)光效率將高達150lm/W，而且顯色系數（CRI）高達90%。 

圖5.晶元光電的150lm/W的暖白LED采用藍光和紅光LED的組合

這個(gè)數據在當前來(lái)說(shuō)的確是相當高的，但是提高發(fā)光效率的手段有很多，它并不是高壓LED的特點(diǎn)。只是應用到這種高壓LED而已。如果應用到普通LED也是可以提高發(fā)光效率的。當然，如果這個(gè)高壓LED真的有這么高的發(fā)光效率，那的確是一個(gè)很好的LED，比起那些100lm/W的LED，當然可以減小散熱器的大小。不過(guò)Cree公司也在今年1月宣布了其低壓LED（XLamp XM-L，2.9V，350mA）的發(fā)光效率也可以高達160lm/W（圖6），也可以減小散熱器的大小，因為散熱器的大小只是和發(fā)光效率有關(guān)，和低壓LED還是高壓LED并沒(méi)有什么關(guān)系。 

圖6. Cree公司的XLamp XM-L，發(fā)光效率可達160lm/W

6、成本低，一個(gè)50V，20mA的高壓LED的售價(jià)是不是能夠低于1個(gè)3.3V，350mA的1W LED或者10個(gè)3.3V，30mA的小功率LED，并不清楚。假如能夠低于，那么當然是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。至少10個(gè)已經(jīng)封裝好了的30mA的小功率LED的價(jià)錢(qián)的確是比一個(gè)1W大功率LED為便宜。所以這也是為什么很多燈具廠(chǎng)商選用很多小功率LED串聯(lián)來(lái)取代一個(gè)大功率LED的原因之一。

四．高壓LED和分立小功率LED的比較 

目前可以和高壓LED相比較的就是分立小功率LED了。如前所述，高壓LED是集成LED的一種，而小功率分立LED也可以串聯(lián)起來(lái)得到和高壓LED完全一樣的外特性。二者比較的結果如下： 

1、分立LED的優(yōu)點(diǎn)是靈活性比較強，用戶(hù)可以根據需要串聯(lián)任意個(gè)數的LED以得到所需的伏安特性。也可以進(jìn)行串并聯(lián)得到更為靈活的特性。 

2、分立LED的發(fā)光面可以在一定范圍里調節（增大），以使發(fā)光均勻，減小眩光。 

3、分立LED的散熱面積比較大，容易分散熱量，簡(jiǎn)化散熱器的設計。 

4、集成高壓LED減小了封裝成本。 

5、集成高壓LED減少了元件數和焊點(diǎn)數，提高了可靠性。 

總之，高壓LED不失為一種具有特點(diǎn)的LED，它可以增加使用者的選擇。但并不如某些媒體的宣傳那樣，會(huì )取代所有的低壓LED，更何況，由太陽(yáng)能供電的燈具系統里，本來(lái)就是低壓直流的電源，當然也就會(huì )直接采用低壓直流的LED了。所以各種LED都會(huì )存在，只是供給不同的場(chǎng)合罷了。