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大功率LED连接方式的优缺点分析

鼎创L网  2022-11-23 16:57:37
集成的芯片连接排列方式一般分为三种主要结构,即串联、并联以及串、并联混合的方式,几种方式各有利弊。   LED串联   优点:电流处处相等 LED亮度基本一致   缺点:一个LED开路所有LED都不工作   LED串联方式的优点是,在整个串联电路中LED电流处处相等,因为LED的生产过程存在着批次差异及个体差异的问题,当LED的一致性差别较大时,虽然加在不同的LED两端电压不同,但由于通过每颗LED的电流相同,LED的亮度还是基本一致的。但是,LED的串联也存在显著的缺点,如果其中一个LED 开路,那么所有的LED都不会工作。采用LED串联的形式要求LED驱动器输出相对较高的电压。通常,LED驱动器输出电压越接近串联中总的前向电压,LED驱动的效率越高,但串联方式的LED要求驱动电路输出的LED电压必须大于串联电路中总的LED前向电压,这也对系统效率稍有影响。   值得注意的是,串联情况下发生短路时,恒流控制不会出现问题,恒压控制则会停止工作。串联情况下发生断路时,恒流控制和恒压控制都会出现问题,这是驱动电路设计时必须注意的问题。当某一颗LED因品质不良或其他原因导致短路时,若采用恒压源的驱动方式,那么由于驱动器输出电压不变,分配在剩余的LED两端电压必然将升高,驱动器输出电流将增大,这可能导致余下的所有LED损坏。如采用恒流式LED驱动,当某一颗LED品质不良短路时,由于驱动器输出电流保持不变,此串联电路中余下的所有LED都将正常工作。当某一颗LED因品质不良或其他故障原因出现开路状态时,串联在一起的LED会全部不亮。解决此问题的一个简单的办法是在每个LED两端并联一个齐纳二极管。当然并联的齐纳二极管击穿电压需要比LED的导通电压高,否则LED就不亮了,这种解决方案会增加额外的功耗和成本,因此在LED的大量应用时不宜采用。    LED并联   优点:一个LED出现开路状态不会影响其他LED工作   缺点:要求LED驱动器输出较大电流   当需要单独调整每一个LED的电流时,会使用共阳极或共阴极并联的连接方式。并联方式的优点是,当一个LED出现开路状态时不会对其他LED的工作造成影响,其缺点是,要求LED驱动器输出较大的电流。由于并联方式分配在所有LED两端电压相同,所以当LED的一致性差别较大时,通过每颗LED的电流会出现不一致的情况,LED的亮度也会有明显差异。而由于LED制造技术的限制,这种差异是不可避免的。因此LED工作时,由于并联方式的固有缺点导致的每个 LED电流分配的不均可能使电流过大的LED寿命锐减,甚至烧坏。   当某一个颗LED断路时,如果采用恒压源LED驱动,那么驱动电路输出电流将减小,余下的所有LED仍然可以正常工作。如果是采用恒流源进行LED驱动,由于驱动电路输出电流保持不变,分配给余下的LED的电流将会增大,这可能导致剩余的LED损坏。解决此问题的办法是尽量多的并联LED,当某一颗LED 断路时,其余LED的电流增量并不大,不会过多影响其余LED的正常工作。因此,LED以并联方式连接时,不适合选用恒流源进行驱动。当某一颗LED短路时,所有剩余的LED都会不工作。但有一种特殊情况,如果并联的LED数量较多,通过短路的LED电流很大,瞬间的发热量会将短路的LED烧成断路,则其余LED仍可以工作。 LED混联   优点:综合体现串联和并联各自优点   缺点:设计较复杂   在需要大量使用LED的产品中,如果仅采用LED串联的方式,将需要LED驱动电路输出较高的电压。如果仅采用LED并联的方式,则需要LED驱动电路输出较大的电流。将所有LED单纯地串联或并联,不仅限制了LED的用量,还将导致驱动电路的设计复杂程度提升,成本加大。通常情况下采用混联方式解决这个问题。混联的连接方式是在综合了串联形式和并联形式的各自优点的基础上提出的,主要的形式有两种,先串联后并联和先并联后串联。   串并联的LED数量平均分配,分配在一串LED上的电压相同,通过同一串每颗LED上的电流也基本相同,LED亮度一致。同时通过每串LED的电流也相近。当某一串联LED上有一颗短路时,不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动,这串LED相当于少了一颗LED,通过这串LED的电流将大增,很容易就会损坏这串LED。大电流通过损坏的这串LED后,由于通过的电流较大,多表现为断路。断开一串LED后,如果采用稳压式驱动,驱动器输出电流将减小,而不影响余下所有LED正常工作。   如果是采用恒流式LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,分配在余下LED上的电流将增大,容易导致余下的所有LED损坏。解决办法是尽量多并联 LED,当断开某一颗LED时,分配在余下LED上的电流不大,不至于影响余下的LED正常工作。混联方式还有另一种接法,即是将LED平均分配后,分组并联,再将每组串联一起,当有一颗LED短路时,不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动,并联在这一路的LED将全部不亮,如果是采用恒流式LED驱动,由于驱动器输出电流保持不变,除了并联在短路LED的这一并联支路外,其余的LED正常工作。假设并联的LED数量较多,驱动器的驱动电流较大,通过这颗短路的LED电流将增大,大电流通过这颗短路的LED后,很容易就变成断路。由于并联的LED较多,断开一颗LED的这一并联支路,平均分配电流不大,依然可以正常工作,那么所有LED灯仅有一颗不亮。如果采用稳压式驱动,LED短路瞬间,负载端相当于少了一路并联LED,加在其余LED上的电压增高,驱动器输出电流将大大增加,很有可能立刻损坏所有LED,也有可能只将这颗短路的LED烧成断路,驱动器输出电流将恢复正常。由于并联的LED较多,断开一颗 LED的这一并联支路平均后的电流增量不大,依然可以正常工作,整个LED阵列也仅有一颗LED不亮。   驱动器与负载LED串并联方式搭配选择是非常重要的,恒流式驱动功率型LED不适合采用并联负载而适合采用串联负载。同样的,恒压式LED驱动器不适合选用串联负载而适合采用并联。不同的连接方式具有各自不同的特点,并且对驱动器的要求也有不同。特别是电路工作在单个LED发生故障时的情况下,整体发光的可靠性、整组LED能够继续工作以及减少损坏、降低LED失效率等就显得十分重要。   采用不同的LED连接方式对于LED的使用和对驱动电路的设计要求等都至关重要。因此在实际光源电路的组合中,正确选择LED连接方式对于提高其发光效果、工作可靠性,简化驱动电路设计和加工,以及提高整个电路的效率等都具有积极的意义。
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