如何克服驅動(dòng)并聯(lián) LED 串的難題

　　LED 正在尋找其擴充產(chǎn)品應用范圍的途徑。汽車(chē)照明、電視背光燈以及平板電腦只是幾個(gè)需要多個(gè) LED 的應用。使用恒流驅動(dòng)大量 LED 即可通過(guò)長(cháng)長(cháng)的串行連接完成，也可通過(guò)并行驅動(dòng)多個(gè) LED 串完成。但是，將大量 LED 連成長(cháng)串會(huì )導致高電壓及單點(diǎn)故障問(wèn)題。同樣，以并聯(lián)形式為多個(gè)串供電需要多個(gè)電流調節器，每串一個(gè)，這可導致更高的復雜度與成本。當前的趨勢是讓多個(gè)串并聯(lián)工作，本文將探討實(shí)施電路系統達到這一目標的方法和原理。

　　LED 與標準二極管類(lèi)似，也是電流驅動(dòng)型器件。它具有 I-V 曲線(xiàn)，其中電流與電壓為非線(xiàn)性，而且正向電壓的一個(gè)小小變化就會(huì )導致一個(gè)大的電流變化。由于 LED 電流差不多與 LED 光通量成正比，因此對于電視等應用來(lái)說(shuō)精確控制電流至關(guān)重要。但并不是所有應用都必須要求 LED 亮度匹配的高精度。如果 LED 采用單串形式驅動(dòng)，那么亮度肯定匹配，因為每個(gè) LED 具有相同的電流強度。隨著(zhù)所用 LED 數量的增加，就必須使用并聯(lián)串，并必須做出如何控制每串電流的選擇。

　　典型白光 LED 具有 3.3V 的正向電壓，在額定電流下變量高達 20%。如果串聯(lián)使用 10 個(gè) LED，那么在相同電流下可能第一串需要 33V 電壓才能充分驅動(dòng)，而第二串則需要 39.6V。如果將這兩個(gè)串并聯(lián)，較低電壓串分流的電流明顯比預期的要多，而第二串明顯要少。單串中所有 LED 都位于其正向電壓規范高端的可能性很小，而且所用的 LED 越多，這種可能性就越小。

　　事實(shí)上，這兩串之間的平衡性要好得多，但可能仍有幾伏的差異。為針對這種情形提供幫助，LED 制造商使用分檔法對零部件進(jìn)行分組，其可精確匹配 LED 正向電壓 （Vf） 壓降（以及通量與波長(cháng)），實(shí)現更好的性能。圖 1A 是一種實(shí)現雙串并聯(lián)的簡(jiǎn)單低成本實(shí)施方案，只需固定電壓電源以及用來(lái)設定電流強度的簡(jiǎn)單電阻器。

　　傳感電阻器上的電壓可通過(guò)外部控制電路進(jìn)行調節，以通過(guò)調高或調低輸出電壓實(shí)現對 LED 電流的精確控制。盡管這可調節第一串中的 LED 電流，但不一定在第二串中管用。如果控制回路可提高被調節 LED 串的輸出電壓，但第二串的電壓壓降在二者中較低，其實(shí)它會(huì )使第二串的電流更差。

　　當應用于標準二極管中時(shí)，LED 正向壓降隨溫度上升而降低。如果一個(gè)串比另一個(gè)串熱得多，其正向壓降就會(huì )降低，并開(kāi)始消耗更多電流。這樣所增加的熱耗散會(huì )進(jìn)一步使其升溫，從而不僅會(huì )增大其電流，而且還很有可能因熱失控而導致 LED 故障。這種情況需求驅動(dòng)各串的電壓經(jīng)過(guò)電流調節并保持恒定。此外，所有 LED 都應安裝在一個(gè)共用散熱片上，以便在它們之間保持盡量相等的工作溫度。

　　在采用恒定電壓驅動(dòng)各串時(shí)，熱失控不是什么問(wèn)題，但是各串間的電流匹配會(huì )很差。由于每串都是相互獨立的（即一串中的電流不會(huì )直接影響另一串中的電流），因此采用電壓電源驅動(dòng)時(shí)故障容差較好，但是，在一個(gè)串中的電流通過(guò) Vfb 進(jìn)行調節時(shí)，故障容差也不好。在這種情況下，如果一個(gè) LED 在經(jīng)過(guò)調節的串中打開(kāi)，驅動(dòng)各串的電壓就可被控制電路調高，而且最終會(huì )在未調節串中引起過(guò)壓，從而導致故障。在采用無(wú)反饋電壓電源驅動(dòng)足以滿(mǎn)足需求時(shí)，圖 1A 中的電路不會(huì )為要求更為嚴格的應用提供精確的 LED 串電流匹配。

　　圖 1. 電流鏡 （B） 可針對簡(jiǎn)單電阻器電流調節 （A） 提供各種優(yōu)勢。

　　圖 1B 采用電流鏡調節兩個(gè)串中的電流。第一串不僅使用來(lái)自傳感電阻器 Rs1 的電壓反饋 （Vfb） 調節其電流，而且還依靠 Q1 及 Q2 的 Vbe 匹配在 Rs2 中設定相同的電壓。有了相同的傳感電阻器電壓值，可強制第二個(gè)串中流入相同的電流。調節精確度主要取決于 Q1 與 Q2 Vbe 電壓間的匹配。為此，在相同裸片上提供支持兩個(gè)組件的雙路電阻器可幫助降低溫度、處理以及其它變化。

　　這種電路可提供適當的精確度，但基本電流不匹配以及 Vbe 與 Rs的比率會(huì )產(chǎn)生誤差，使其不太完美。Vfb 電壓與 Vbe 的比值越大，誤差就越低，但會(huì )增大功耗。此外，為 Q1/Q2 添加串連基極電阻器可能也有助于提高精確度。

　　原文請參見(jiàn)： http://www.deyisupport.com/blog/b/power_house/archive/2014/01/27/123-led.aspx

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