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如何克服驅動并聯LED串的難題

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所屬頻道:新聞中心

關鍵詞: LED,LED照明

      LED正在尋找其擴充產品應用范圍的途徑。汽車照明、電視背光燈以及平板電腦只是幾個需要多個LED的應用。使用恒流驅動大量LED即可通過長長的串行連接完成,也可通過并行驅動多個LED串完成。但是,將大量LED連成長串會導致高電壓及單點故障問題。同樣,以并聯形式為多個串供電需要多個電流調節器,每串一個,這可導致更高的復雜度與成本。當前的趨勢是讓多個串并聯工作,本文將探討實施電路系統達到這一目標的方法和原理。

      LED與標準二極管類似,也是電流驅動型器件。它具有I-V曲線,其中電流與電壓為非線性,而且正向電壓的一個小小變化就會導致一個大的電流變化。由于LED電流差不多與LED光通量成正比,因此對于電視等應用來說精確控制電流至關重要。但并不是所有應用都必須要求LED亮度匹配的高精度。如果LED采用單串形式驅動,那么亮度肯定匹配,因為每個LED具有相同的電流強度。隨著所用LED數量的增加,就必須使用并聯串,并必須做出如何控制每串電流的選擇。

      典型白光LED具有3.3V的正向電壓,在額定電流下變量高達20%。如果串聯使用10個LED,那么在相同電流下可能第一串需要33V電壓才能充分驅動,而第二串則需要39.6V。如果將這兩個串并聯,較低電壓串分流的電流明顯比預期的要多,而第二串明顯要少。單串中所有LED都位于其正向電壓規范高端的可能性很小,而且所用的LED越多,這種可能性就越小。

      事實上,這兩串之間的平衡性要好得多,但可能仍有幾伏的差異。為針對這種情形提供幫助,LED制造商使用分檔法對零部件進行分組,其可精確匹配LED正向電壓(Vf)壓降(以及通量與波長),實現更好的性能。圖1A是一種實現雙串并聯的簡單低成本實施方案,只需固定電壓電源以及用來設定電流強度的簡單電阻器。

      傳感電阻器上的電壓可通過外部控制電路進行調節,以通過調高或調低輸出電壓實現對LED電流的精確控制。盡管這可調節第一串中的LED電流,但不一定在第二串中管用。如果控制回路可提高被調節LED串的輸出電壓,但第二串的電壓壓降在二者中較低,其實它會使第二串的電流更差。

      當應用于標準二極管中時,LED正向壓降隨溫度上升而降低。如果一個串比另一個串熱得多,其正向壓降就會降低,并開始消耗更多電流。這樣所增加的熱耗散會進一步使其升溫,從而不僅會增大其電流,而且還很有可能因熱失控而導致LED故障。這種情況需求驅動各串的電壓經過電流調節并保持恒定。此外,所有LED都應安裝在一個共用散熱片上,以便在它們之間保持盡量相等的工作溫度。

      在采用恒定電壓驅動各串時,熱失控不是什么問題,但是各串間的電流匹配會很差。由于每串都是相互獨立的(即一串中的電流不會直接影響另一串中的電流),因此采用電壓電源驅動時故障容差較好,但是,在一個串中的電流通過Vfb進行調節時,故障容差也不好。在這種情況下,如果一個LED在經過調節的串中打開,驅動各串的電壓就可被控制電路調高,而且最終會在未調節串中引起過壓,從而導致故障。在采用無反饋電壓電源驅動足以滿足需求時,圖1A中的電路不會為要求更為嚴格的應用提供精確的LED串電流匹配。

      圖1.電流鏡(B)可針對簡單電阻器電流調節(A)提供各種優勢

      圖1 B采用電流鏡調節兩個串中的電流。第一串不僅使用來自傳感電阻器Rs1的電壓反饋(Vfb)調節其電流,而且還依靠Q1及Q2的Vbe匹配在Rs2中設定相同的電壓。有了相同的傳感電阻器電壓值,可強制第二個串中流入相同的電流。調節精確度主要取決于Q1與Q2Vbe電壓間的匹配。為此,在相同裸片上提供支持兩個組件的雙路電阻器可幫助降低溫度、處理以及其它變化。

      這種電路可提供適當的精確度,但基本電流不匹配以及Vbe與Rs的比率會產生誤差,使其不太完美。Vfb電壓與Vbe的比值越大,誤差就越低,但會增大功耗。此外,為Q1/Q2添加串連基極電阻器可能也有助于提高精確度。 

    (審核編輯: 智匯張瑜)

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