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)通過每串聯(lián)支路LED的電流也相近。

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。大電流通過損壞的LED串聯(lián)支路后，由于通過的電流較大，會(huì)使這串聯(lián)支路中的LED斷路。斷開這一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UR<6V，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開路時(shí)，這串8個(gè)LED都將熄滅，但從原理上講LED開路的可能性極小。無論單個(gè)LED開路或短路，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，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，通過這只短路的LED的電流將增大，大電流通過這只短路的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。