多顆LED共同使用時的連接方式淺析

　　LED是基于電致發(fā)光原理的固體半導(dǎo)體光源，具有色彩豐富、體積小巧、高亮度、壽命長、工作電壓低、使用安全、響應(yīng)速度快、0~100%可調(diào)光輸出、耐沖擊防震動、無紫外線和紅外線輻射等許多優(yōu)點。因此應(yīng)用范圍在逐漸的擴(kuò)大，具有良好的應(yīng)用前景。

　　單顆封裝的大功率高亮度LED的造價高，并且主要是點光源，因此距離大范圍實用化尚有時日。目前進(jìn)人實用化的單只高亮度LED的功率很小，而在實際使用的場合大部分需要平面發(fā)光，因此必須是將多個LED按照要求排列組合起來，一方面能夠滿足較大范圍、較高亮度、動態(tài)顯示、色彩變幻等應(yīng)用的要求，另一方面能夠滿足與LED相配套的驅(qū)動器的驅(qū)動匹配要求。

　　
　　常見的連接形式

　　在應(yīng)用中，由多個LED按照一定規(guī)律排列組合常見的連接形式主要有四種，分別介紹如下。
　　
　　1、整體串聯(lián)形式

　　一般簡單的串聯(lián)連結(jié)方式中的LED1-n、首尾相連，LED工作時流過的電流相等。對于同一規(guī)格和批次的LED來說，雖然單個的LED上的電壓可能有微小的差異，但是由于LED是電流型器件，因此可以保證各自的發(fā)光強(qiáng)度相一致。因此簡單的串聯(lián)形式的LED就具有電路簡單、連結(jié)方便等特點。然而，由于LED1-n二采用的為串聯(lián)形式，當(dāng)其中一個LED發(fā)生開路故障時，將造成整個LED燈串的熄滅，影響了使用的可靠性。

　　帶旁路的串聯(lián)連結(jié)方式為1.1的改進(jìn)方式。這種方式中的每個LED并聯(lián)有擊穿電壓稍高于LED工作電壓的齊納二極管D1-n。LED正常工作時，由于D1-n不導(dǎo)通，電流主要流過的LED1-n串，且相等，LED1-n串正常發(fā)光;當(dāng)LED1-n串中有損壞而造成燈串開路時，由于D1-n的導(dǎo)通，保證了電流流過整個LED串，因此只有故障的LED失效，而整個燈串不熄滅。相對于上一種連接方式，大大地提高了使用的可靠性。

　　2、整體并聯(lián)形式

2.1 簡單的并聯(lián)形式

簡單并聯(lián)方式中的LED1-n首尾并聯(lián)，工作時每個LED上承受的電壓相等。由LED的特性可見，其屬于電流型器件，加在LED上電壓的微小變化，都將引起電流的較大變化。此外由于受到LED制造技術(shù)的限制，即使是同一批次的LED，其性能上的差異也是固有存在的，因此LED1-n工作時，流過每個LED的電流是不相等的。由此可見，每個LED電流分配的不均可能使電流過大的LED壽命銳減，甚至燒壞。這種連接方式雖然較為簡單，但是可靠性并不高，特別是對于LED數(shù)量較多情況下的應(yīng)用就更容易造成使用的故障。

　　2.2 獨立匹配的并聯(lián)形式

　　針對2.1中存在的可靠性問題，獨立匹配的并聯(lián)形式是一種很好的方式。這種方式中的每個LED都具有電流獨自可調(diào)性(驅(qū)動器V+輸出端分別為L1-n)，保證流過每個LED的電流在其要求的范圍內(nèi)。具有驅(qū)動效果好、單個LED保護(hù)完整，故障時不影響其它的LED工作、可以匹配具有較大差異的LED等特點。存在的主要問題是:整個驅(qū)動電路的構(gòu)成較為復(fù)雜、裝置的造價高、占用的體積大，不適用于數(shù)量較多的LED電路。

　　3、混聯(lián)形式

　　混聯(lián)形式是綜合了串聯(lián)形式和并聯(lián)形式的各自優(yōu)點而提出的，主要的形式有兩種。

　　3.1 先串后并的混聯(lián)方式

　　當(dāng)應(yīng)用的LED1-n數(shù)量較多時，簡單的串聯(lián)或者是簡單并聯(lián)都不現(xiàn)實，因為前者要求驅(qū)動器輸出很高的電壓(單個LED電壓VF的n倍)，后者要求驅(qū)動器輸出很大電流(單個LED電流IF的n倍)。這對于驅(qū)動器的設(shè)計和制造都帶來困難，并且還牽涉到驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)問題和總體的效率問題。串聯(lián)的LED數(shù)量n與單個LED的工作電壓VF的乘積nVF決定驅(qū)動器輸出電壓;并聯(lián)的LED串的數(shù)量m與單個LED的工作電流IF的乘積mIF決定驅(qū)動器輸出電流，而mIF×nVF的值就決定驅(qū)動器的輸出功率。因此采用先串后并的混聯(lián)方式主要是既保證有一定的可靠性(每串中的LED故障最多只影響本串的正常發(fā)光)，又保證與驅(qū)動電路的匹配(驅(qū)動器輸出合適的電壓)，比單純的串聯(lián)形式提高了可靠性。整個電路具有結(jié)構(gòu)較為簡單、連結(jié)方便、效率較高等特點，適用于LED數(shù)量多的應(yīng)用場合。

　　3.2 先并后串的混聯(lián)方式

　　先并后串的LED連結(jié)方式是另一種有別于3.1的混聯(lián)方式。由于采用的是LED1-n~LED1-n先并聯(lián)連結(jié)，提高了每組LED故障時的工作可靠性，但是由此一來每一組并聯(lián)的LED的均流問題就至關(guān)重要，可以采用配對挑選的方式，選擇工作電壓電流盡量相同的LED作為并聯(lián)的一組，或者給每個LED串連小的均流電阻來解決。至于這種連接方式的其他特點和存在的向題可以參照3.1中相應(yīng)的表述。限于篇幅，不再贅述。

　　4、交叉陣列形式

　　交叉陣列形主要是為了提高LED工作的可靠性，降低故障率提出來的。主要構(gòu)成形式是:每串以3個LED為一組，分別接入驅(qū)動器輸出的Va,Vb,Vc輸出端。當(dāng)一串中的3個LED都正常時，3個LED同時發(fā)光;一旦其中有一個或兩個LED失效開路時，可以保證至少有一個LED的正常工作。這樣一來就能夠大大地提高了每組LED發(fā)光的可靠性，也就能夠提高整個LED發(fā)光的總體可靠性。