LED的混联阵列及驱动方式

张明轩，张 达，师少飞

(1.石家庄学院，石家庄 050035;2.河北润达石化工程公司，石家庄 050032）

0 引言

单颗LED的功率较小，作为照明，要求在一定区域内具有所需的光通量和照度。所以常需要将LED以阵列形式组合，增加发光强度和发光面积。LED阵列的连接方式通常有串联、并联和混联。不同的连接方式将直接影响光源的发光效率、可靠性、成本、寿命及颜色稳定性，同时对驱动电路的选择也至关重要。

单纯串联方式的特点是电路简单，但需要电源有较高的输出电压。而且，当某一只LED因品质不良开路时，将导致所有LED全部熄灭，光源的可靠性差。单纯并联方式的特点是工作电压低，但要求电源的输出电流却很大，这将大大增加大功率光源的驱动电路成本。单纯的串、并联方式，仅适用于要求不高的低成本小功率照明场合。一般高质量的LED照明光源均采用混联的方式，LED的混联方式有多种，每种混联方式特点各有不同。下面通过对常见的三种LED混联方式的讨论，为更好地应用高端LED光源提供参考。

1 先串后并式混联及驱动

先串后并的混联方式如图1所示。以12支LED阵列为例，它是以4支串联的LED为一组，再将各组并联在一起。相对单纯的串、并联电路，这种混联方式既能在一定程度上提高电路的可靠性，又不需要较高的电源驱动电压。电路特点是当某一串LED开路损坏时，其余各串LED仍能正常发光，整灯仍能工作。整个电路结构较为简单，连接方便。

图1 先串后并的混联方式

常见的LED工作电压 Vf为 3.0 V～3.2 V，工作电流If为18 mA～20 mA，如12支LED采用图1混联方式，电源输出电压和电流分别为

先串后并的混联方式对LED的正向电压Vf的一致性要求比较严格。若Vf差别比较大，电流分配不平均，将导致发光组件整体亮度的不均匀。我们在同一批次中随机选择了两支正向导通电压不同的LED并联，将电源的电压挡调至0位置，当LED接入电源后缓慢增加电压，并分别测量两支路中的电流。实际测试表明，当这两支LED并联时，虽然LED的端电压相同，正向导通电压低的LED电流要比正向电压高的大得多。如图2所示，D点的电流要比C电流大一倍以上。所以，为保证混联阵列中LED亮度均匀，需要对LED进行适当的筛选。

图2 LED正向导通电压与工作电流的关系

驱动电源若采用简单的电容降压式驱动电路，当一路中某个LED出现开路时，虽然并不影响其他各组LED的发光，但其余各路的路端电压会升高，从而导致LED产生光衰现象。为避免这种现象的发生，驱动电路应采用稳压电路，这在一定程度上增加了电路的成本，但电路稳定性大大提高了。整流电路可选择LED专用整流桥芯片MB6S/HD06。

2 先并后串(交叉阵列）式混联及驱动

先并后串混联方式如图3所示，以12支LED阵列为例，它是以3支并联的LED为一组，再将各组串联在一起。由于每组有3支LED并联，如果一支LED失效开路时，仍有两支在工作，光源仍能继续发光。从而大大提高了整个LED阵列的可靠性。由于可靠性高，虽然电路复杂些，但驱动的LED个数可以更多一些。

图3 先并后串的混联方式

这种混联方式采用恒流式驱动电路更为合理。因为对这种混联方式，即使电路中某个LED短路或开路，仅使并联在同一行中的LED电流略有增加，不会对整个电路的电流产生较大影响。如果LED的Vf相对接近，电路工作会更加稳定。

3 分组恒流式混联及驱动

分组恒流的混联方式如图4所示，以12支LED阵列为例，它是以4支串联的LED为一组，各组由恒流驱动芯片IC单独提供驱动电流。目前，许多高端LED照明光源都采用这种连接方式。虽然电路成本增加了一些，但所带来的好处是显而易见的。

(1）阵列中的LED采用单路恒流供电，所以单个LED的亮度与Vf没有多大的关系，整个光源的亮度均匀。

(2）对电源的要求降低了，在保证功率的前提下采用一般稳压源就可以了。

(3）电路工作稳定，整灯熄灭的现象几乎杜绝。

图4 分组恒流的混联方式

电源驱动电路采用分路恒流模式，恒流驱动芯片IC可以采用PAM2861CBR等型号。该芯片输入电压6～40 V，输出电压4.5～38.5 V，支持1～10串 LED。若有单颗LED击穿损坏，不会影响其他LED的正常工作，若有单颗LED开路，此串不亮，不影响其他各串LED的正常工作。电路的功能扩展也比较方便，恒流模块的附加功能可以进行二次开发，可增加各种保护功能如温控、时控、调光等。但电路相对复杂，成本也会略有增加。

4 小结

综上所述，第一、二种方案的电路相对简单，成本较低。当光源的LED数量不多时，在LED的参数经过有条件筛选的前提下，也可以较好地使用。理论上应使每个LED的Vf相同，同时尽量让每个LED的Vf－I曲线基本一致，才能保证每个LED的工作电流相近。然而由于LED参数的离散性，Vf的一致性通常都很难保证，更不要说每颗LED的Vf－I曲线相同了。但这并不是很大的问题，如果将不同Vf－I曲线的LED在使用中混合得合理，散热功能再做得好些，发生严重光衰的概率会降低很多。第三种方案应该是最好的，该方式为单路分组恒流控制，整个电路工作稳定，温升低，故障少，解决了LED光衰减的问题。但它的成本相对较高，一般用于LED光源的高端市场。

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