LED連接方式分析及其對(duì)背光源技術(shù)的影響

LED背光源技術(shù)液晶電視從技術(shù)上講，目前主要有側(cè)入式和直下式兩種方式。雖然兩種技術(shù)各有千秋，但從成本等方面綜合考慮，側(cè)導(dǎo)光LED背光模組正在成為一種主流趨勢(shì)。

　　側(cè)導(dǎo)光LED背光模組的設(shè)計(jì)要考慮在滿足光學(xué)指標(biāo)的基礎(chǔ)上盡量降低成本，同時(shí)還要體現(xiàn)側(cè)導(dǎo)光LED背光源輕、薄的特點(diǎn)。所以，LED的發(fā)光效率和色域?qū)σ壕щ娨暠?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/光源">光源LED的選型有著重要的影響。

LED的連接排列方式一般分為三種主要結(jié)構(gòu)，即串聯(lián)、并聯(lián)以及串、并聯(lián)混合的方式，幾種方式各有利弊。

　　LED串聯(lián)

　　優(yōu)點(diǎn)：電流處處相等 LED亮度基本一致

　　缺點(diǎn)：一個(gè)LED開路所有LED都不工作

　　LED串聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是，在整個(gè)串聯(lián)電路中LED電流處處相等，因?yàn)長(zhǎng)ED的生產(chǎn)過(guò)程存在著批次差異及個(gè)體差異的問(wèn)題，當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，雖然加在不同的LED兩端電壓不同，但由于通過(guò)每顆LED的電流相同，LED的亮度還是基本一致的。但是，LED的串聯(lián)也存在顯著的缺點(diǎn)，如果其中一個(gè)LED 開路，那么所有的LED都不會(huì)工作。采用LED串聯(lián)的形式要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出相對(duì)較高的電壓。通常，LED驅(qū)動(dòng)器輸出電壓越接近串聯(lián)中總的前向電壓，LED驅(qū)動(dòng)的效率越高，但串聯(lián)方式的LED要求驅(qū)動(dòng)電路輸出的LED電壓必須大于串聯(lián)電路中總的LED前向電壓，這也對(duì)系統(tǒng)效率稍有影響。

　　值得注意的是，串聯(lián)情況下發(fā)生短路時(shí)，恒流控制不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，恒壓控制則會(huì)停止工作。串聯(lián)情況下發(fā)生斷路時(shí)，恒流控制和恒壓控制都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，這是驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)時(shí)必須注意的問(wèn)題。當(dāng)某一顆LED因品質(zhì)不良或其他原因?qū)е露搪窌r(shí)，若采用恒壓源的驅(qū)動(dòng)方式，那么由于驅(qū)動(dòng)器輸出電壓不變，分配在剩余的LED兩端電壓必然將升高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將增大，這可能導(dǎo)致余下的所有LED損壞。如采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，此串聯(lián)電路中余下的所有LED都將正常工作。當(dāng)某一顆LED因品質(zhì)不良或其他故障原因出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)，串聯(lián)在一起的LED會(huì)全部不亮。解決此問(wèn)題的一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法是在每個(gè)LED兩端并聯(lián)一個(gè)齊納二極管。當(dāng)然并聯(lián)的齊納二極管擊穿電壓需要比LED的導(dǎo)通電壓高，否則LED就不亮了，這種解決方案會(huì)增加額外的功耗和成本，因此在LED的大量應(yīng)用時(shí)不宜采用。

　　LED并聯(lián)

　　優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)LED出現(xiàn)開路狀態(tài)不會(huì)影響其他LED工作

　　缺點(diǎn)：要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大電流

　　當(dāng)需要單獨(dú)調(diào)整每一個(gè)LED的電流時(shí)，會(huì)使用共陽(yáng)極或共陰極并聯(lián)的連接方式。并聯(lián)方式的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)一個(gè)LED出現(xiàn)開路狀態(tài)時(shí)不會(huì)對(duì)其他LED的工作造成影響，其缺點(diǎn)是，要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。由于并聯(lián)方式分配在所有LED兩端電壓相同，所以當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，通過(guò)每顆LED的電流會(huì)出現(xiàn)不一致的情況，LED的亮度也會(huì)有明顯差異。而由于LED制造技術(shù)的限制，這種差異是不可避免的。因此LED工作時(shí)，由于并聯(lián)方式的固有缺點(diǎn)導(dǎo)致的每個(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。

　　當(dāng)某一個(gè)顆LED斷路時(shí)，如果采用恒壓源LED驅(qū)動(dòng)，那么驅(qū)動(dòng)電路輸出電流將減小，余下的所有LED仍然可以正常工作。如果是采用恒流源進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)電路輸出電流保持不變，分配給余下的LED的電流將會(huì)增大，這可能導(dǎo)致剩余的LED損壞。解決此問(wèn)題的辦法是盡量多的并聯(lián)LED，當(dāng)某一顆LED 斷路時(shí)，其余LED的電流增量并不大，不會(huì)過(guò)多影響其余LED的正常工作。因此，LED以并聯(lián)方式連接時(shí)，不適合選用恒流源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)某一顆LED短路時(shí)，所有剩余的LED都會(huì)不工作。但有一種特殊情況，如果并聯(lián)的LED數(shù)量較多，通過(guò)短路的LED電流很大，瞬間的發(fā)熱量會(huì)將短路的LED燒成斷路，則其余LED仍可以工作。

　　LED混聯(lián)

　　優(yōu)點(diǎn)：綜合體現(xiàn)串聯(lián)和并聯(lián)各自優(yōu)點(diǎn)

　　缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)較復(fù)雜

　　在需要大量使用LED的產(chǎn)品中，如果僅采用LED串聯(lián)的方式，將需要LED驅(qū)動(dòng)電路輸出較高的電壓。如果僅采用LED并聯(lián)的方式，則需要LED驅(qū)動(dòng)電路輸出較大的電流。將所有LED單純地串聯(lián)或并聯(lián)，不僅限制了LED的用量，還將導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)復(fù)雜程度提升，成本加大。通常情況下采用混聯(lián)方式解決這個(gè)問(wèn)題?；炻?lián)的連接方式是在綜合了串聯(lián)形式和并聯(lián)形式的各自優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上提出的，主要的形式有兩種，先串聯(lián)后并聯(lián)和先并聯(lián)后串聯(lián)。

　　串并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配，分配在一串LED上的電壓相同，通過(guò)同一串每顆LED上的電流也基本相同，LED亮度一致。同時(shí)通過(guò)每串LED的電流也相近。當(dāng)某一串聯(lián)LED上有一顆短路時(shí)，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，這串LED相當(dāng)于少了一顆LED，通過(guò)這串LED的電流將大增，很容易就會(huì)損壞這串LED。大電流通過(guò)損壞的這串LED后，由于通過(guò)的電流較大，多表現(xiàn)為斷路。斷開一串LED后，如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將減小，而不影響余下所有LED正常工作。

　　如果是采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，分配在余下LED上的電流將增大，容易導(dǎo)致余下的所有LED損壞。解決辦法是盡量多并聯(lián) LED，當(dāng)斷開某一顆LED時(shí)，分配在余下LED上的電流不大，不至于影響余下的LED正常工作。混聯(lián)方式還有另一種接法，即是將LED平均分配后，分組并聯(lián)，再將每組串聯(lián)一起，當(dāng)有一顆LED短路時(shí)，不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)在這一路的LED將全部不亮，如果是采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路LED的這一并聯(lián)支路外，其余的LED正常工作。假設(shè)并聯(lián)的LED數(shù)量較多，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)電流較大，通過(guò)這顆短路的LED電流將增大，大電流通過(guò)這顆短路的LED后，很容易就變成斷路。由于并聯(lián)的LED較多，斷開一顆LED的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，那么所有LED燈僅有一顆不亮。如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，LED短路瞬間，負(fù)載端相當(dāng)于少了一路并聯(lián)LED，加在其余LED上的電壓增高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將大大增加，很有可能立刻損壞所有LED，也有可能只將這顆短路的LED燒成斷路，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將恢復(fù)正常。由于并聯(lián)的LED較多，斷開一顆 LED的這一并聯(lián)支路平均后的電流增量不大，依然可以正常工作，整個(gè)LED陣列也僅有一顆LED不亮。

　　驅(qū)動(dòng)器與負(fù)載LED串并聯(lián)方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅(qū)動(dòng)功率型LED不適合采用并聯(lián)負(fù)載而適合采用串聯(lián)負(fù)載。同樣的，恒壓式LED驅(qū)動(dòng)器不適合選用串聯(lián)負(fù)載而適合采用并聯(lián)。不同的連接方式具有各自不同的特點(diǎn)，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求也有不同。特別是電路工作在單個(gè)LED發(fā)生故障時(shí)的情況下,整體發(fā)光的可靠性、整組LED能夠繼續(xù)工作以及減少損壞、降低LED失效率等就顯得十分重要。

　　采用不同的LED連接方式對(duì)于LED的使用和對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求等都至關(guān)重要。因此在實(shí)際背光源電路的組合中，正確選擇LED連接方式對(duì)于提高其發(fā)光效果、工作可靠性，簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)和加工，以及提高整個(gè)電路的效率等都具有積極的意義。對(duì)于LED背光源液晶電視來(lái)說(shuō)，保證其觀看壽命是很重要的，所以如何保證背光源的可靠性是關(guān)鍵因素。