【導讀】使用恒流驅(qū)動大量 LED 即可通過長長的串行連接完成，也可通過并行驅(qū)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(lián)形式為多個串供電需要多個電流調(diào)節(jié)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(lián)工作，本文將探討實施電路系統(tǒng)達到這一目標的方法和原理。
LED 正在尋找其擴充產(chǎn)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(qū)動大量 LED 即可通過長長的串行連接完成，也可通過并行驅(qū)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(lián)形式為多個串供電需要多個電流調(diào)節(jié)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(lián)工作，本文將探討實施電路系統(tǒng)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(qū)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(guān)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(qū)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(shù)量的增加，就必須使用并聯(lián)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(lián)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(qū)動，而第二串則需要 39.6V。如果將這兩個串并聯(lián)，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(guī)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(xiàn)更好的性能。圖 1A 是一種實現(xiàn)雙串并聯(lián)的簡單低成本實施方案，只需固定電壓電源以及用來設(shè)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(diào)節(jié)，以通過調(diào)高或調(diào)低輸出電壓實現(xiàn)對 LED 電流的精確控制。盡管這可調(diào)節(jié)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(diào)節(jié) 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(qū)動各串的電壓經(jīng)過電流調(diào)節(jié)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(qū)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(qū)動時故障容差較好，但是，在一個串中的電流通過 Vfb 進行調(diào)節(jié)時，故障容差也不好。在這種情況下，如果一個 LED 在經(jīng)過調(diào)節(jié)的串中打開，驅(qū)動各串的電壓就可被控制電路調(diào)高，而且最終會在未調(diào)節(jié)串中引起過壓，從而導致故障。在采用無反饋電壓電源驅(qū)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(diào)節(jié) (A) 提供各種優(yōu)勢。
圖 1B 采用電流鏡調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)其電流，而且還依靠 Q1 及 Q2 的 Vbe 匹配在 Rs2 中設(shè)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(diào)節(jié)精確度主要取決于 Q1 與 Q2 Vbe 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?shù)木_度，但基本電流不匹配以及 Vbe 與 Rs的比率會產(chǎn)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。
