LED在应用中的配置取决于LED参数和数量、输入电压、效率、散热管理、尺寸和布局限制以及光学等诸多因素。最简单的配置形式是单个LED,有很多应用,如汽车顶灯、地图灯、阅读灯等。
由于实际应用场合通常需要平面发光,因此需要根据需要组合多个LED,以满足大范围、高亮度、动态显示、色彩变换等应用要求,以及LED与配套驱动器之间的匹配要求。
一、整体串联形式
1、简单串联形式:简单串联连接形式中的LED1~LEDN首尾连接,LED工作时流过的电流相等。对于同一规格和批次的LED,虽然单个LED上的电压可能略有差异,但由于LED是一个电流设备,它可以确保其发光强度一致。因此,简单的串联LED具有电路简单、连接方便的特点。
(缺点:由于串联形式,当其中一个LED出现开路故障时,整个LED灯串会熄灭,影响使用的可靠性。)
2、并联齐纳二极管的串联形式:每个LED并联齐纳二极管的改进串联形式。在这种连接方式下,每个齐纳二极管的击穿电压都高于LED的工作电压。LED正常工作时,由于齐纳二极管VD1~VDN不导通,电流主要通过LED1~LEDn,当LED串中损坏的LED导致灯串开路时,由于VD1~VDN导通,除故障LED外,其他LED仍通过电流发光。微信官方账号:深圳LED商会(与简单串联相比,这种连接方式在可靠性上有了很大的提高。)
二、整体并联形式
1、简单并联形式:简单并联形式中的LED1~LEDN首尾并联,每个LED工作时承受的电压相等。从LED的特性可以看出,它属于电流设备,LED上加入的电压的微小变化会导致电流的巨大变化。此外,由于LED制造技术的限制,即使是同一批LED,其性能也存在差异。因此,当LED1~LEDN工作时,流过每个LED的电流是不相等的。由此可见,每个LED电流分布的不均匀可能会大大降低LED的使用寿命,甚至烧毁电流过大的LED。(缺点:虽然这种连接方式比较简单,但可靠性不高,尤其是LED数量多的时候。)
2、独立匹配的并联形式:对于简单并联中的可靠性问题,独立匹配的并联形式是一种很好的方式。该方法中的每个LED都具有电流独立可调性(驱动V+输出端分别为L1~Ln),确保流过每个LED的电流在其要求范围内,具有驱动效果好、单个LED保护完整、故障时不影响其他LED工作、可匹配差异较大的LED等特点。
(缺点:整个驱动电路组成复杂,设备成本高,占用体积过大,不适合大量LED电路。)
三、混联形式
混合形式是结合串联形式和并联形式各自的优点而提出的,主要形式有以下两种。
1、先串联后并联的混合形式:当应用的LED数量较多时,简单的串联或并联是不现实的,因为前者要求驱动器输出高电压(单LED电压VF的n倍),后者要求驱动器输出大电流(单LED电流IF的n倍)。这给驱动器的设计和制造带来了困难,也涉及到驱动电路的结构和整体效率。串联LED数量和单个LED工作电压VF的乘积NVE决定了劝导器的输出电压;并联LED串的数量m和单个LED工作电流IF的乘积MIF决定了驱动器的输出电流,而MIF*NVF值决定了驱动器的输出功率。因此,混合串的混合方法主要是为了保证一定的可靠性(每串的LED故障最多只影响串的正常发光),并确保与驱动电路的匹配(驱动输出适当的电压),比简单的串联形式提高了可靠性。微信微信官方账号:深圳LED商会(整个电路结构简单,连接方便,效率高,适用于LED数量多的应用。)
2、先后串的混合形式:几种LED先后串的混合形式。由于LED11-n~LEDm-n首先并联提高了每组LED故障下的可靠性,但每组并联LED的均流问题非常重要。因此,工作电压和电流尽可能相同的LED可以通过匹配选择作为并联组,或者为每个LED串联小均流电阻来解决。(这种混合形式的其他特点和存在的问题与先串联后并联的形式相似。)
4、交叉阵列形式:交叉阵列形式主要是提高LED工作的可靠性,降低故障率。主要形式是:每串以3个LED为一组,分别连接到驱动器输出的Va、Vb、VC输出端。当一系列中的三个LED正常时,三个LED同时发光;一旦其中一个或两个LED失效,至少可以保证一个LED正常工作。这样可以大大提高每组LED发光的可靠性,提高整个LED发光的整体可靠性。
结论:不同的连接形式有不同的特点,对驱动器的要求也不同,特别是当单个LED故障电路工作时,整体发光的可靠性,确保整个LED继续工作的能力,降低整体LED的故障效率尤为重要。