多顆LED共同使用時(shí)的連接方式淺析

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

　　單顆封裝的大功率高亮度LED的造價(jià)高，并且主要是點(diǎn)光源，因此距離大范圍實(shí)用化尚有時(shí)日。目前進(jìn)人實(shí)用化的單只高亮度LED的功率很小，而在實(shí)際使用的場(chǎng)合大部分需要平面發(fā)光，因此必須是將多個(gè)LED按照要求排列組合起來(lái)，一方面能夠滿(mǎn)足較大范圍、較高亮度、動(dòng)態(tài)顯示、色彩變幻等應用的要求，另一方面能夠滿(mǎn)足與LED相配套的驅動(dòng)器的驅動(dòng)匹配要求。

　　
　　常見(jiàn)的連接形式

　　在應用中，由多個(gè)LED按照一定規律排列組合常見(jiàn)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(jiǎn)單的串聯(lián)連結方式中的LED1-n、首尾相連，LED工作時(shí)流過(guò)的電流相等。對于同一規格和批次的LED來(lái)說(shuō)，雖然單個(gè)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)光強度相一致。因此簡(jiǎn)單的串聯(lián)形式的LED就具有電路簡(jiǎn)單、連結方便等特點(diǎn)。然而，由于LED1-n二采用的為串聯(lián)形式，當其中一個(gè)LED發(fā)生開(kāi)路故障時(shí)，將造成整個(gè)LED燈串的熄滅，影響了使用的可靠性。

　　帶旁路的串聯(lián)連結方式為1.1的改進(jìn)方式。這種方式中的每個(gè)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(shí)，由于D1-n不導通，電流主要流過(guò)的LED1-n串，且相等，LED1-n串正常發(fā)光;當LED1-n串中有損壞而造成燈串開(kāi)路時(shí)，由于D1-n的導通，保證了電流流過(guò)整個(gè)LED串，因此只有故障的LED失效，而整個(gè)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(jiǎn)單的并聯(lián)形式

簡(jiǎn)單并聯(lián)方式中的LED1-n首尾并聯(lián)，工作時(shí)每個(gè)LED上承受的電壓相等。由LED的特性可見(jiàn)，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(shí)，流過(guò)每個(gè)LED的電流是不相等的。由此可見(jiàn)，每個(gè)LED電流分配的不均可能使電流過(guò)大的LED壽命銳減，甚至燒壞。這種連接方式雖然較為簡(jiǎn)單，但是可靠性并不高，特別是對于LED數量較多情況下的應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(wèn)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(gè)LED都具有電流獨自可調性(驅動(dòng)器V+輸出端分別為L(cháng)1-n)，保證流過(guò)每個(gè)LED的電流在其要求的范圍內。具有驅動(dòng)效果好、單個(gè)LED保護完整，故障時(shí)不影響其它的LED工作、可以匹配具有較大差異的LED等特點(diǎn)。存在的主要問(wèn)題是:整個(gè)驅動(dòng)電路的構成較為復雜、裝置的造價(jià)高、占用的體積大，不適用于數量較多的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?xún)?yōu)點(diǎn)而提出的，主要的形式有兩種。

　　3.1 先串后并的混聯(lián)方式

　　當應用的LED1-n數量較多時(shí)，簡(jiǎn)單的串聯(lián)或者是簡(jiǎn)單并聯(lián)都不現實(shí)，因為前者要求驅動(dòng)器輸出很高的電壓(單個(gè)LED電壓VF的n倍)，后者要求驅動(dòng)器輸出很大電流(單個(gè)LED電流IF的n倍)。這對于驅動(dòng)器的設計和制造都帶來(lái)困難，并且還牽涉到驅動(dòng)電路的結構問(wèn)題和總體的效率問(wèn)題。串聯(lián)的LED數量n與單個(gè)LED的工作電壓VF的乘積nVF決定驅動(dòng)器輸出電壓;并聯(lián)的LED串的數量m與單個(gè)LED的工作電流IF的乘積mIF決定驅動(dòng)器輸出電流，而mIF×nVF的值就決定驅動(dòng)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)，又保證與驅動(dòng)電路的匹配(驅動(dòng)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(gè)電路具有結構較為簡(jiǎn)單、連結方便、效率較高等特點(diǎn)，適用于LED數量多的應用場(chǎng)合。

　　3.2 先并后串的混聯(lián)方式

　　先并后串的LED連結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，提高了每組LED故障時(shí)的工作可靠性，但是由此一來(lái)每一組并聯(lián)的LED的均流問(wèn)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(gè)LED串連小的均流電阻來(lái)解決。至于這種連接方式的其他特點(diǎn)和存在的向題可以參照3.1中相應的表述。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(lái)的。主要構成形式是:每串以3個(gè)LED為一組，分別接入驅動(dòng)器輸出的Va,Vb,Vc輸出端。當一串中的3個(gè)LED都正常時(shí)，3個(gè)LED同時(shí)發(fā)光;一旦其中有一個(gè)或兩個(gè)LED失效開(kāi)路時(shí)，可以保證至少有一個(gè)LED的正常工作。這樣一來(lái)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(gè)LED發(fā)光的總體可靠性。