LED应用中常见的连接形式介绍

LED应用常见连接形式的中心议题：
    * LED常见的连接形式
    * LED不同连接形式的比较
LED应用常见连接形式的解决方案：
    * 带并联齐纳二极管的串联形式
    * 独立匹配的并联形式

LED在应用中的配置形式取决于多方面的因素，其中包括应用要求、LED参数与数量、输入电压、效率、散热管理、尺寸与布局限制及光学等。最简单的配置形式是单个LED，采用这种设计的应用例多，如汽车内顶灯(地图灯、阅读灯)等。

由于目前LED的功率和亮度还不是很高，而实际使用场合通常需要平面发光，因此需要将多个LED按照需要排列组合起来，以满足较大范围、较高亮度、动态显示、色彩变换等应用要求及LED与配套驱动器之间的匹配要求。
　　
一、常见的连接形式

1.  整体串联形式

(1)  简单串联形式

LED的简单串联连接形式如图1所示。

图1简单串联连接形式

一般简单的串联连接形式中的LED1～LEDn首尾相连，LED工作时流过的电流相等。对于同-规格和批次的LED来说，虽然单个LED上的电压可能有微小的差异，但是由于LED是电流型器件，因此可以保证各自的发光强度相一致，困此，简单的串联形式的LED就具有电路简单、连接方便等特点。然而，由于采用串联形式，当其中一个LED发生开路故障时，将造成整个LED灯串的熄灭，影响了使用的可靠性。

(2)  带并联齐纳二极管的串联形式

每个LED都并联一个齐纳二极管的改进型串联连接形式如图2所示。在这种连接方式中，每个齐纳二极管的击穿电压都高于LED的工作电压。在LED正常工作时，由于齐纳二极管VD1～VDn，不导通，电流主要流过LED1～LEDn，当LED串中有损坏的LED所造成灯串开路时，由于VD1～VDn，导通，除了有故障的LED外，其他LED仍有电流通过而发光。这种连接方式与图1所示的简单串联形式比较9在可靠性方面得到很大提高。

图2带并联齐纳二极管串联连接形式

2.  整体并联形式

(1)  简单并联形式

图3所示为LED的简单并联形式。


图3简单并联形式

简单并联形式中的LED1～LEDn首尾并联，工作时每个LED承受的电压相等。由LED的特性可见，其属于电流型器件，加在LED上的电压的微小变化都将引起电流的较大变化。此外，由于受到LED制造技术的限制，即使是同一批次的LED，其性能上的差异也是固有的，因此LED1～LEDn工作时，谁过每个LED的电流是不相等的。由此可见，每个LED电流分配的不均可能使电流过大的LED寿命锐减，甚至烧坏。这种连接方式虽然较为简单。但是可靠性并不高，特别是对于LED数量较多情况下的应用就更容易造成使用的故障。

(2)  独立匹配的并联形式

针对图3中存在的可靠性问题，独立匹配的并联形式是一种很好的方式(见图4)。这种方式中的每个LED都具有电流独自可调性(驱动器V+输出端分别为L1～Ln，)，保证流过每个LED的电流在其要求的范围内，具有驱动效果好、单个LED保护完整、故障时不影响其他的LED工作、可以匹配具有较大差异的LED等特点。存在的主要问题是：整个驱动电路的构成较为复杂，装置的造价高，占用的体积太，不适用于数量较多的LED电路。

图4独立匹配的并联形式

3.  混联形式

混联形式是综合了串联形式和并联形式的各自优点而提出的，主要的形式有以下两种。

(1)  先串后并的混联形式(见图5)

当应用的LED数量较多时，简单的串联或者并联都不现实，困为前者要求驱动器输出很高的电压(单个LED电压VF的n倍)，后者要摔驱动器输出很大的电流(单个LED电流IF的n倍)。这给驱动器的设计和制造都带来困难，并且还牵涉到驱动电路的结构问题和总体的效率问题。串联的LED数量刀与单个LED的工作电压VF的乘积nVE决定了驱劝器的输出电压;并联的LED串的数量m与单个LED的工作电流IF的乘积mIF决定了驱动器输出电流，而mIF*nVF值就决定了驱动器的输出功率。因此，采用混串后并的混联方式主要是既保证有一定的可靠性(每串中的LED故障最多只影响本串的正常发光)，又保证与驱动电路的匹配(驱动器输出合适的电压)，比单纯的串联形式提高了可靠性。整个电路具有结构较为简单、连接方便、效率较高等特点，适用于LED数量多的应用场合。
　　
(2)  先并后串的混联形式
　　
若干个LED先并后串的混联形式如图6所示。由于LED1-n～LEDm-n先并联连接，提高了每组LED故障下的可靠性，但是由此一来每组并联LED的均流问题就至关重要。为此，可以通过配对挑选，将工作电压和电流尽量相同的LED作为并联的一组，或者给每个LED串接小的均流电阻来解决。这种混联形式具有的其他特点和存在的问题，与先串后并连接形式相类似。

图5先串后并的混联方式

图6先并后串的混联方式

(3)  交叉阵列形式

图7所示为LED交叉阵列形式

交叉阵列形式主要是为了提高LED工作的可靠性，降低故障率。主要构成形式是：每串以3个LED为一组，分别接入驱动器输出的Va、Vb、Vc输出端。当一串中的3个LED都正常时，3个LED同时发光;一旦其中一个或两个LED失效开路时，可以保证至少有一个LED正常工作。这样一来就能够大大地提高每组LED发光的可靠性，也就能够提高整个LED发光的总体可靠性。

2.  不同连接形式的比较

不同的连接形式具有各自不同的特点，并且对驱动器的要求也不相同，特别是在单个LED发生故障时电路工作的情况、整体发光的可靠性、保证整体LED尽量能够继续工作的能力、减少总体LED的失效率等就显得尤为重要。表1给出了采用不同连接形式时的相关情况的比较。

表1ED不同连接形式之比较

总而言之，LED的群体应用是LED实际应用的重要方式。不同的LED连接形式对于大范围LED的便用和驱动电路的设计要求等都至关重要。因此，在实际电路的组合中，正确选择相适应的LED连接方式，对于提高其发光的效果、工作的可靠性、驱动器设计制造的方便程度以及整个电路的效率等都具有积极的意义。