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半導體:LED常見的連接形式及特點

發布時間:2018-10-08 來源:數碼電腦網

  LED是基于電致發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%可調光輸出、耐沖擊防震動、無紫外線和紅外線輻射等許多優點。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相配套的驅動器的驅動匹配要求。  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 整體串聯形式1.1.1 簡單的串聯形式一般簡單的串聯連結方式中的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光強度相一致。因此簡單的串聯形式的LED就具有電路簡單、連結方便等特點。然而,由于LED1-n二采用的為串聯形式,當其中一個LED發生開路故障時,將造成整個LED燈串的熄滅,影響了使用的可靠性。  帶旁路的串聯連結方式為1.1.1的改進方式。這種方式中的每個LED并聯有擊穿電壓稍高于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 整體并聯形式1.2.1 簡單的并聯形式簡單并聯方式中的LED1-n首尾并聯,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 獨立匹配的并聯形式針對1.2.1中存在的可靠性問題,獨立匹配的并聯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性(驅動器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。具有驅動效果好、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:整個驅動電路的構成較為復雜、裝置的造價高、占用的體積大,不適用于數量較多的LED電路。  1.3 混聯形式混聯形式是綜合了串聯形式和并聯形式的各自優點而提出的,主要的形式有兩種。  1.3.1 先串后并的混聯方式當應用的LED1-n數量較多時,簡單的串聯或者是簡單并聯都不現實,因為前者要求驅動器輸出很高的電壓(單個LED電壓VF的n倍),后者要求驅動器輸出很大電流(單個LED電流IF的n倍)。這對于驅動器的設計和制造都帶來困難,并且還牽涉到驅動電路的結構問題和總體的效率問題。串聯的LED數量n與單個LED的工作電壓VF的乘積nVF決定驅動器輸出電壓;并聯的LED串的數量m與單個LED的工作電流IF的乘積mIF決定驅動器輸出電流,而mIF×nVF的值就決定驅動器的輸出功率。因此采用先串后并的混聯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光),又保證與驅動電路的匹配(驅動器輸出合適的電壓),比單純的串聯形式提高了可靠性。整個電路具有結構較為簡單、連結方便、效率較高等特點,適用于LED數量多的應用場合。  1.3.2先并后串的混聯方式先并后串的LED連結方式是另一種有別于1.3.1的混聯方式。由于采用的是LED1-n~LED1-n先并聯連結,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。主要構成形式是:每串以3個LED為一組,分別接入驅動器輸出的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發光的可靠性,也就能夠提高整個LED發光的總體可靠性。  2 不同形式連接的比較不同的連結方式具有各自不同的特點,并且對驅動器的要求也有不同。特別是在單個LED發生故障時電路工作的情況、整體發光的可靠性、保證整體LED盡量能夠繼續工作能力、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方式下的相關情祝的比較,可以有一個直觀的了解。  3 結束語總而言之,LED的群體應用是LED實際應用的重要方式。不同的LED連結方式對于大范圍LED的使用和對驅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光的效果、工作的可靠性、驅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。

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