LED采用混聯(lián)方式
在需要使用比較多LED的電子設(shè)備中,如果將所有LED串聯(lián),將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓;如果將所有LED并聯(lián),則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián),不但限制了LED的使用量,而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大,驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)增加。解決辦法是采用混聯(lián)方式,如圖所示,串、并聯(lián)的LED數(shù)量平均分配,分配在每個(gè)LED串聯(lián)支路上的電壓相同,通過(guò)同一串聯(lián)支路中每只LED上的電流也基本相同,LED亮度一致,同時(shí)通過(guò)每串聯(lián)支路LED的電流也相近。
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圖 LED采用混聯(lián)方式的連接圖
當(dāng)某一串聯(lián)支路LED中有一只短路時(shí),不管采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng),這一LED串聯(lián)支路相當(dāng)于少了一只LED通過(guò)這一LED串聯(lián)支路的電流將大增,很容易損壞這一串聯(lián)支路的LED。大電流通過(guò)損壞的LED串聯(lián)支路后,由于通過(guò)的電流較大,會(huì)使這串聯(lián)支路中的LED斷路。斷開(kāi)這一LED串聯(lián)支路后,如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng),驅(qū)動(dòng)器的輸出電流將減小,則會(huì)影響余下所有LED的正常工作。
如果是采用恒流式驅(qū)動(dòng)LED,由于驅(qū)動(dòng)器的輸出電流保持不變,分配在余下LED的電流將增大,容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)經(jīng)串聯(lián)后的LED支路,當(dāng)斷開(kāi)某串聯(lián)后的LED支路時(shí),分配在余下LED的電流不大,不至于影響余下LED的正常工作。
這種先串后并的線路優(yōu)點(diǎn)是線路簡(jiǎn)單、亮度穩(wěn)定、可靠性高,并且對(duì)器件的一致性要求較低,即使個(gè)別LED失效,對(duì)整個(gè)發(fā)光組件的影響也較小。假定為n=8的GaAs材料LED,設(shè)計(jì)正向電流IF=20mA為目標(biāo)值,單個(gè)LED正向電壓UF=2.0V,則UD=8×UF=16.0V,UR=IF×R=20×200=4.0V(R為L(zhǎng)ED正向電阻,R的值為200Ω),UCC=UD+UR=20.0V。當(dāng)單個(gè)LED的UF離散性較大時(shí),假設(shè)UD=15.6~1*V時(shí),則對(duì)應(yīng)UR=4.4~3.6V,很容易計(jì)算出IF=22~18mA,可以看出單個(gè)LED光強(qiáng)變化量在10%以內(nèi)時(shí),基本上可保持發(fā)光組件的亮度均勻。當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)LED短路時(shí),UD=14V,則UR=6V,IF=UR/R-30mA,實(shí)際上由于單管短路會(huì)造成IF上升,單管UF會(huì)隨IF的增加而增加,則UD應(yīng)高于14V,則UR6V,LED串聯(lián)支路電流應(yīng)小于30mA,具體電流值與所采用的不同的單個(gè)LED有關(guān);當(dāng)出現(xiàn)一個(gè)LED開(kāi)路時(shí),這串8個(gè)LED都將熄滅,但從原理上講LED開(kāi)路的可能性極小。無(wú)論單個(gè)LED開(kāi)路或短路,均不影響其他LED串聯(lián)支路發(fā)光,不至于使整個(gè)發(fā)光組件失效,這種連接形式的發(fā)光組件可靠性較高,并且對(duì)LED的要求也較寬松,適用范圍大,不需要特別挑選,整個(gè)發(fā)光組件的亮度也相對(duì)均勻。在工作環(huán)境因素變化較大的情況下,使用這種連接形式的發(fā)光組件的效果較為理想。
由先并后串混合連接構(gòu)成的發(fā)光組件的問(wèn)題主要存在于單組并聯(lián)LED中,由于器件和使用條件的差別,會(huì)導(dǎo)致單組中個(gè)別LED出現(xiàn)短路,使正常的LED失去工作電流IF,導(dǎo)致整組LED熄滅,總電流IF×n全部從短路器件通過(guò),而較長(zhǎng)時(shí)間的短路電流又使LED內(nèi)部鍵合金屬絲或其他部分燒毀,出現(xiàn)開(kāi)路,這時(shí)正常的LED重新獲得電流,恢復(fù)正常發(fā)光,只是工作電流IF,較原來(lái)大一點(diǎn)。這就是這種連接形式的發(fā)光組件會(huì)出現(xiàn)先是一組幾個(gè)LED一起熄滅,一段時(shí)間后除其中一個(gè)LED不亮,其他LED又恢復(fù)正常的原因。由于LED的U,的不穩(wěn)定性,多個(gè)LED并聯(lián)使用時(shí),工作電流精度范圍會(huì)受到限制。因此采用LED并聯(lián)形式時(shí),應(yīng)考慮器件和環(huán)境差別等因素對(duì)電路的影響,設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)留有一定的裕量,以保證其可靠性。
混聯(lián)方式還有另一種接法,即將LED平均分配后,分組并聯(lián),再將每組串聯(lián)在一起。當(dāng)有一只LED短路時(shí),如果是采用恒流式驅(qū)動(dòng),由于驅(qū)動(dòng)器的輸出電流保持不變,除了短路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)這只短路的LED的電流將增大,大電流通過(guò)這只短路的LED后,很容易使短路的LED變成斷路。由于并聯(lián)的LED較多,斷開(kāi)一只LED的并聯(lián)支路后,平均分配電流的變化不大,電路依然可以正常工作,而整個(gè)LED組件僅有一只LED不亮。
如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng),品質(zhì)不良的LED短路瞬間,負(fù)載相當(dāng)于少并聯(lián)一路LED,加在其余LED上的電壓增高,驅(qū)動(dòng)器輸出電流將大增,極有可能立刻損壞所有LED,只有將這只短路的LED燒成斷路,驅(qū)動(dòng)器輸出電流才能恢復(fù)正常。由于并聯(lián)的LED較多,斷開(kāi)一只LED的并聯(lián)支路后,平均分配電流變化不大,依然可以正常工作。
通過(guò)以上分析可知,驅(qū)動(dòng)器與LED串、并聯(lián)方式搭配的選擇是非常重要的,恒流式驅(qū)動(dòng)器不適合采用LED并聯(lián)方式,同樣的,穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)器不適合選用LED串聯(lián)方式。
評(píng)論