LED常見的連接形式及特點

LED是基于電致發(fā)光原理的固體半導體光源，具有色彩豐富、體積小巧、高亮度、壽命長、工作電壓低、使用安全、響應速度快、0~100%可調(diào)光輸出、耐沖擊防震動、無紫外線和紅外線輻射等許多優(yōu)點。因此應用范圍在逐漸的擴大，具有良好的應用前景。      單顆封裝的大功率高亮度LED的造價高，并且主要是點光源，因此距離大范圍實用化尚有時日。目前進人實用化的單只高亮度LED的功率很小，而在實際使用的場合大部分需要平面發(fā)光，因此必須是將多個LED按照要求排列組合起來，一方面能夠滿足較大范圍、較高亮度、動態(tài)顯示、色彩變幻等應用的要求，另一方面能夠滿足與LED相配套的驅(qū)動器的驅(qū)動匹配要求。     1 常見的連接形式      在應用中，由多個LED按照一定規(guī)律排列組合常見的連接形式主要有四種，分別介紹如下。     1.1  整體串聯(lián)形式     1.1.1 簡單的串聯(lián)形式      一般簡單的串聯(lián)連結(jié)方式中的LED1-n、首尾相連，LED工作時流過的電流相等。對于同一規(guī)格和批次的LED來說，雖然單個的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)光強度相一致。因此簡單的串聯(lián)形式的LED就具有電路簡單、連結(jié)方便等特點。然而，由于LED1-n二采用的為串聯(lián)形式，當其中一個LED發(fā)生開路故障時，將造成整個LED燈串的熄滅，影響了使用的可靠性。 　　帶旁路的串聯(lián)連結(jié)方式為1.1.1的改進方式。這種方式中的每個LED并聯(lián)有擊穿電壓稍高于LED工作電壓的齊納二極管D1-n。LED正常工作時，由于D1-n不導通，電流主要流過的LED1-n串，且相等，LED1-n串正常發(fā)光;當LED1-n串中有損壞而造成燈串開路時，由于D1-n的導通，保證了電流流過整個LED串，因此只有故障的LED失效，而整個燈串不熄滅。相對于上一種連接方式，大大地提高了使用的可靠性。     1.2  整體并聯(lián)形式 　　1.2.1  簡單的并聯(lián)形式 　　簡單并聯(lián)方式中的LED1-n首尾并聯(lián)，工作時每個LED上承受的電壓相等。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 有存在的，因此LED1-n工作時，流過每個LED的電流是不相等的。由此可見，每個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，特別是對于LED數(shù)量較多情況下的應用就更容易造成使用的故障。     1.2.2 獨立匹配的并聯(lián)形式      針對1.2.1中存在的可靠性問題，獨立匹配的并聯(lián)形式是一種很好的方式。這種方式中的每個LED都具有電流獨自可調(diào)性(驅(qū)動器V+輸出端分別為L1-n)，保證流過每個LED的電流在其要求的范圍內(nèi)。具有驅(qū)動效果好、單個LED保護完整，故障時不影響其它的LED工作、可以匹配具有較大差異的LED等特點。存在的主要問題是:整個驅(qū)動電路的構(gòu)成較為復雜、裝置的造價高、占用的體積大，不適用于數(shù)量較多的LED電路。 　　1.3 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)點而提出的，主要的形式有兩種。      1.3.1 先串后并的混聯(lián)方式 　　當應用的LED1-n數(shù)量較多時，簡單的串聯(lián)或者是簡單并聯(lián)都不現(xiàn)實，因為前者要求 驅(qū)動器輸出很高的電壓(單個LED電壓VF的n倍)，后者要求驅(qū)動器輸出很大電流(單個 LED電流IF的n倍)。這對于驅(qū)動器的設計和制造都帶來困難，并且還牽涉到驅(qū)動電路的 結(jié)構(gòu)問題和總體的效率問題。串聯(lián)的LED數(shù)量n與單個LED的工作電壓VF的乘積nVF決定 驅(qū)動器輸出電壓;并聯(lián)的LED串的數(shù)量m與單個LED的工作電流IF的乘積mIF決定驅(qū)動器 輸出電流，而mIF×nVF的值就決定驅(qū)動器的輸出功率。因此采用先串后并的混聯(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)動電路的匹配(驅(qū)動器輸出合適的電壓)，比單純的串聯(lián)形式提高了可靠性。整個電 路具有結(jié)構(gòu)較為簡單、連結(jié)方便、效率較高等特點，適用于LED數(shù)量多的應用場合。 　　1.3.2先并后串的混聯(lián)方式 　　先并后串的LED連結(jié)方式是另一種有別于1.3.1的混聯(lián)方式。由于采用的是LED1- n~LED1-n先并聯(lián)連結(jié)，提高了每組LED故障時的工作可靠性，但是由此一來每一組并 聯(lián)的LED的均流問題就至關重要，可以采用配對挑選的方式，選擇工作電壓電流盡量相 同的LED作為并聯(lián)的一組，或者給每個LED串連小的均流電阻來解決。至于這種連接方 式的其他特點和存在的向題可以參照1.3.1中相應的表述。限于篇幅，不再贅述。 　　1.3 交叉陣列形式 　　交叉陣列形主要是為了提高LED工作的可靠性，降低故障率提出來的。主要構(gòu)成形式是: 每串以3個LED為一組，分別接入驅(qū)動器輸出的Va,Vb,Vc輸出端。當一串中的3個LED都正常時，3個LED同時發(fā)光;一旦其中有一個或兩個LED失效開路時，可以保證至少有一個LED的正常工作。這樣一來就能夠大大地提高了每組LED發(fā)光的可靠性，也就能夠提高整個LED發(fā)光的總體可靠性。     2 不同形式連接的比較 　　不同的連結(jié)方式具有各自不同的特點，并且對驅(qū)動器的要求也有不同。特別是在單個LED發(fā)生故障時電路工作的情況、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給出了采用不同連結(jié)方式下的相關情祝的比較，可以有一個直觀的了解。     3  結(jié)束語     總而言之，LED的群體應用是LED實際應用的重要方式。不同的LED連結(jié)方式對于大范圍LED的使用和對驅(qū)動電路的設計要求等都至關重要。因此在實際電路的組合中，正確選擇相適應的LED連緒方式對于提高其發(fā)光的效果、工作的可靠性、驅(qū)動器設計制造的難易程度，以及整個電路的效率等都具有積極的意義。