中心議題：

• LED常見的連接形式
• LED不同連接形式的比較

解決方案：

• 帶并聯(lián)齊納二極管的串聯(lián)形式
• 獨(dú)立匹配的并聯(lián)形式

LED在應(yīng)用中的配置形式取決于多方面的因素，其中包括應(yīng)用要求、LED參數(shù)與數(shù)量、輸入電壓、效率、散熱管理、尺寸與布局限制及光學(xué)等。最簡單的配置形式是單個(gè)LED，采用這種設(shè)計(jì)的應(yīng)用例多，如汽車內(nèi)頂燈(地圖燈、閱讀燈)等。

由于目前LED的功率和亮度還不是很高，而實(shí)際使用場合通常需要平面發(fā)光，因此需要將多個(gè)LED按照需要排列組合起來，以滿足較大范圍、較高亮度、動(dòng)態(tài)顯示、色彩變換等應(yīng)用要求及LED與配套驅(qū)動(dòng)器之間的匹配要求。
　　
一、常見的連接形式

1.整體串聯(lián)形式

(1)簡單串聯(lián)形式

LED的簡單串聯(lián)連接形式如圖1所示。

圖1簡單串聯(lián)連接形式

一般簡單的串聯(lián)連接形式中的LED1～LEDn首尾相連，LED工作時(shí)流過的電流相等。對(duì)于同-規(guī)格和批次的LED來說，雖然單個(gè)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(qiáng)度相一致，困此，簡單的串聯(lián)形式的LED就具有電路簡單、連接方便等特點(diǎn)。然而，由于采用串聯(lián)形式，當(dāng)其中一個(gè)LED發(fā)生開路故障時(shí)，將造成整個(gè)LED燈串的熄滅，影響了使用的可靠性。

(2)帶并聯(lián)齊納二極管的串聯(lián)形式

每個(gè)LED都并聯(lián)一個(gè)齊納二極管的改進(jìn)型串聯(lián)連接形式如圖2所示。在這種連接方式中，每個(gè)齊納二極管的擊穿電壓都高于LED的工作電壓。在LED正常工作時(shí)，由于齊納二極管VD1～VDn，不導(dǎo)通，電流主要流過LED1～LEDn，當(dāng)LED串中有損壞的LED所造成燈串開路時(shí)，由于VD1～VDn，導(dǎo)通，除了有故障的LED外，其他LED仍有電流通過而發(fā)光。這種連接方式與圖1所示的簡單串聯(lián)形式比較9在可靠性方面得到很大提高。




圖2帶并聯(lián)齊納二極管串聯(lián)連接形式

2.整體并聯(lián)形式

(1)簡單并聯(lián)形式

圖3所示為LED的簡單并聯(lián)形式。

          圖3簡單并聯(lián)形式

簡單并聯(lián)形式中的LED1～LEDn首尾并聯(lián)，工作時(shí)每個(gè)LED承受的電壓相等。由LED的特性可見，其屬于電流型器件，加在LED上的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的，因此LED1～LEDn工作時(shí)，誰過每個(gè)LED的電流是不相等的。由此可見，每個(gè)LED電流分配的不均可能使電流過大的LED壽命銳減，甚至燒壞。這種連接方式雖然較為簡單。但是可靠性并不高，特別是對(duì)于LED數(shù)量較多情況下的應(yīng)用就更容易造成使用的故障。

(2)獨(dú)立匹配的并聯(lián)形式

針對(duì)圖3中存在的可靠性問題，獨(dú)立匹配的并聯(lián)形式是一種很好的方式(見圖4)。這種方式中的每個(gè)LED都具有電流獨(dú)自可調(diào)性(驅(qū)動(dòng)器V+輸出端分別為L1～Ln，)，保證流過每個(gè)LED的電流在其要求的范圍內(nèi)，具有驅(qū)動(dòng)效果好、單個(gè)LED保護(hù)完整、故障時(shí)不影響其他的LED工作、可以匹配具有較大差異的LED等特點(diǎn)。存在的主要問題是：整個(gè)驅(qū)動(dòng)電路的構(gòu)成較為復(fù)雜，裝置的造價(jià)高，占用的體積太，不適用于數(shù)量較多的LED電路。

圖4獨(dú)立匹配的并聯(lián)形式
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3.混聯(lián)形式

混聯(lián)形式是綜合了串聯(lián)形式和并聯(lián)形式的各自優(yōu)點(diǎn)而提出的，主要的形式有以下兩種。

(1)先串后并的混聯(lián)形式(見圖5)

當(dāng)應(yīng)用的LED數(shù)量較多時(shí)，簡單的串聯(lián)或者并聯(lián)都不現(xiàn)實(shí)，困為前者要求驅(qū)動(dòng)器輸出很高的電壓(單個(gè)LED電壓VF的n倍)，后者要摔驅(qū)動(dòng)器輸出很大的電流(單個(gè)LED電流IF的n倍)。這給驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和制造都帶來困難，并且還牽涉到驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)問題和總體的效率問題。串聯(lián)的LED數(shù)量刀與單個(gè)LED的工作電壓VF的乘積nVE決定了驅(qū)勸器的輸出電壓;并聯(lián)的LED串的數(shù)量m與單個(gè)LED的工作電流IF的乘積mIF決定了驅(qū)動(dòng)器輸出電流，而mIF*nVF值就決定了驅(qū)動(dòng)器的輸出功率。因此，采用混串后并的混聯(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(qū)動(dòng)電路的匹配(驅(qū)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(jié)構(gòu)較為簡單、連接方便、效率較高等特點(diǎn)，適用于LED數(shù)量多的應(yīng)用場合。
　　
(2)先并后串的混聯(lián)形式
　　
若干個(gè)LED先并后串的混聯(lián)形式如圖6所示。由于LED1-n～LEDm-n先并聯(lián)連接，提高了每組LED故障下的可靠性，但是由此一來每組并聯(lián)LED的均流問題就至關(guān)重要。為此，可以通過配對(duì)挑選，將工作電壓和電流盡量相同的LED作為并聯(lián)的一組，或者給每個(gè)LED串接小的均流電阻來解決。這種混聯(lián)形式具有的其他特點(diǎn)和存在的問題，與先串后并連接形式相類似。


圖5先串后并的混聯(lián)方式

圖6先并后串的混聯(lián)方式

(3)交叉陣列形式


圖7所示為LED交叉陣列形式

交叉陣列形式主要是為了提高LED工作的可靠性，降低故障率。主要構(gòu)成形式是：每串以3個(gè)LED為一組，分別接入驅(qū)動(dòng)器輸出的Va、Vb、Vc輸出端。當(dāng)一串中的3個(gè)LED都正常時(shí)，3個(gè)LED同時(shí)發(fā)光;一旦其中一個(gè)或兩個(gè)LED失效開路時(shí)，可以保證至少有一個(gè)LED正常工作。這樣一來就能夠大大地提高每組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。

2.不同連接形式的比較

不同的連接形式具有各自不同的特點(diǎn)，并且對(duì)驅(qū)動(dòng)器的要求也不相同，特別是在單個(gè)LED發(fā)生故障時(shí)電路工作的情況、整體發(fā)光的可靠性、保證整體LED盡量能夠繼續(xù)工作的能力、減少總體LED的失效率等就顯得尤為重要。表1給出了采用不同連接形式時(shí)的相關(guān)情況的比較。

表1ED不同連接形式之比較



總而言之，LED的群體應(yīng)用是LED實(shí)際應(yīng)用的重要方式。不同的LED連接形式對(duì)于大范圍LED的便用和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)要求等都至關(guān)重要。因此，在實(shí)際電路的組合中，正確選擇相適應(yīng)的LED連接方式，對(duì)于提高其發(fā)光的效果、工作的可靠性、驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)制造的方便程度以及整個(gè)電路的效率等都具有積極的意義。