LED的混聯陣列及驅動方式

張明軒，張 達，師少飛

(1.石家莊學院，石家莊 050035;2.河北潤達石化工程公司，石家莊 050032）

0 引言

單顆LED的功率較小，作為照明，要求在一定區域內具有所需的光通量和照度。所以常需要將LED以陣列形式組合，增加發光強度和發光面積。LED陣列的連接方式通常有串聯、并聯和混聯。不同的連接方式將直接影響光源的發光效率、可靠性、成本、壽命及顏色穩定性，同時對驅動電路的選擇也至關重要。

單純串聯方式的特點是電路簡單，但需要電源有較高的輸出電壓。而且，當某一只LED因品質不良開路時，將導致所有LED全部熄滅，光源的可靠性差。單純并聯方式的特點是工作電壓低，但要求電源的輸出電流卻很大，這將大大增加大功率光源的驅動電路成本。單純的串、并聯方式，僅適用于要求不高的低成本小功率照明場合。一般高質量的LED照明光源均采用混聯的方式，LED的混聯方式有多種，每種混聯方式特點各有不同。下面通過對常見的三種LED混聯方式的討論，為更好地應用高端LED光源提供參考。

1 先串后并式混聯及驅動

先串后并的混聯方式如圖1所示。以12支LED陣列為例，它是以4支串聯的LED為一組，再將各組并聯在一起。相對單純的串、并聯電路，這種混聯方式既能在一定程度上提高電路的可靠性，又不需要較高的電源驅動電壓。電路特點是當某一串LED開路損壞時，其余各串LED仍能正常發光，整燈仍能工作。整個電路結構較為簡單，連接方便。

圖1 先串后并的混聯方式

常見的LED工作電壓 Vf為 3.0 V～3.2 V，工作電流If為18 mA～20 mA，如12支LED采用圖1混聯方式，電源輸出電壓和電流分別為

先串后并的混聯方式對LED的正向電壓Vf的一致性要求比較嚴格。若Vf差別比較大，電流分配不平均，將導致發光組件整體亮度的不均勻。我們在同一批次中隨機選擇了兩支正向導通電壓不同的LED并聯，將電源的電壓擋調至0位置，當LED接入電源后緩慢增加電壓，并分別測量兩支路中的電流。實際測試表明，當這兩支LED并聯時，雖然LED的端電壓相同，正向導通電壓低的LED電流要比正向電壓高的大得多。如圖2所示，D點的電流要比C電流大一倍以上。所以，為保證混聯陣列中LED亮度均勻，需要對LED進行適當的篩選。

圖2 LED正向導通電壓與工作電流的關系

驅動電源若采用簡單的電容降壓式驅動電路，當一路中某個LED出現開路時，雖然并不影響其他各組LED的發光，但其余各路的路端電壓會升高，從而導致LED產生光衰現象。為避免這種現象的發生，驅動電路應采用穩壓電路，這在一定程度上增加了電路的成本，但電路穩定性大大提高了。整流電路可選擇LED專用整流橋芯片MB6S/HD06。

2 先并后串(交叉陣列）式混聯及驅動

先并后串混聯方式如圖3所示，以12支LED陣列為例，它是以3支并聯的LED為一組，再將各組串聯在一起。由于每組有3支LED并聯，如果一支LED失效開路時，仍有兩支在工作，光源仍能繼續發光。從而大大提高了整個LED陣列的可靠性。由于可靠性高，雖然電路復雜些，但驅動的LED個數可以更多一些。

圖3 先并后串的混聯方式

這種混聯方式采用恒流式驅動電路更為合理。因為對這種混聯方式，即使電路中某個LED短路或開路，僅使并聯在同一行中的LED電流略有增加，不會對整個電路的電流產生較大影響。如果LED的Vf相對接近，電路工作會更加穩定。

3 分組恒流式混聯及驅動

分組恒流的混聯方式如圖4所示，以12支LED陣列為例，它是以4支串聯的LED為一組，各組由恒流驅動芯片IC單獨提供驅動電流。目前，許多高端LED照明光源都采用這種連接方式。雖然電路成本增加了一些，但所帶來的好處是顯而易見的。

(1）陣列中的LED采用單路恒流供電，所以單個LED的亮度與Vf沒有多大的關系，整個光源的亮度均勻。

(2）對電源的要求降低了，在保證功率的前提下采用一般穩壓源就可以了。

(3）電路工作穩定，整燈熄滅的現象幾乎杜絕。

圖4 分組恒流的混聯方式

電源驅動電路采用分路恒流模式，恒流驅動芯片IC可以采用PAM2861CBR等型號。該芯片輸入電壓6～40 V，輸出電壓4.5～38.5 V，支持1～10串 LED。若有單顆LED擊穿損壞，不會影響其他LED的正常工作，若有單顆LED開路，此串不亮，不影響其他各串LED的正常工作。電路的功能擴展也比較方便，恒流模塊的附加功能可以進行二次開發，可增加各種保護功能如溫控、時控、調光等。但電路相對復雜，成本也會略有增加。

4 小結

綜上所述，第一、二種方案的電路相對簡單，成本較低。當光源的LED數量不多時，在LED的參數經過有條件篩選的前提下，也可以較好地使用。理論上應使每個LED的Vf相同，同時盡量讓每個LED的Vf－I曲線基本一致，才能保證每個LED的工作電流相近。然而由于LED參數的離散性，Vf的一致性通常都很難保證，更不要說每顆LED的Vf－I曲線相同了。但這并不是很大的問題，如果將不同Vf－I曲線的LED在使用中混合得合理，散熱功能再做得好些，發生嚴重光衰的概率會降低很多。第三種方案應該是最好的，該方式為單路分組恒流控制，整個電路工作穩定，溫升低，故障少，解決了LED光衰減的問題。但它的成本相對較高，一般用于LED光源的高端市場。

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