如何克服驅(qū)動(dòng)并聯(lián) LED 串的難題?解答如下!
發(fā)布時(shí)間:2014-10-05 責(zé)任編輯:sherryyu
【導(dǎo)讀】使用恒流驅(qū)動(dòng)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(dòng)多個(gè) LED 串完成。但是,將大量 LED 連成長串會導(dǎo)致高電壓及單點(diǎn)故障問題。同樣,以并聯(lián)形式為多個(gè)串供電需要多個(gè)電流調(diào)節(jié)器,每串一個(gè),這可導(dǎo)致更高的復(fù)雜度與成本。當(dāng)前的趨勢是讓多個(gè)串并聯(lián)工作,本文將探討實(shí)施電路系統(tǒng)達(dá)到這一目標(biāo)的方法和原理。
LED 正在尋找其擴(kuò)充產(chǎn)品應(yīng)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(gè)需要多個(gè) LED 的應(yīng)用。使用恒流驅(qū)動(dòng)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(dòng)多個(gè) LED 串完成。但是,將大量 LED 連成長串會導(dǎo)致高電壓及單點(diǎn)故障問題。同樣,以并聯(lián)形式為多個(gè)串供電需要多個(gè)電流調(diào)節(jié)器,每串一個(gè),這可導(dǎo)致更高的復(fù)雜度與成本。當(dāng)前的趨勢是讓多個(gè)串并聯(lián)工作,本文將探討實(shí)施電路系統(tǒng)達(dá)到這一目標(biāo)的方法和原理。
LED 與標(biāo)準(zhǔn)二極管類似,也是電流驅(qū)動(dòng)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(gè)小小變化就會導(dǎo)致一個(gè)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(yīng)用來說精確控制電流至關(guān)重要。但并不是所有應(yīng)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(dòng),那么亮度肯定匹配,因?yàn)槊總€(gè) LED 具有相同的電流強(qiáng)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(dá) 20%。如果串聯(lián)使用 10 個(gè) 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(dòng),而第二串則需要 39.6V。如果將這兩個(gè)串并聯(lián),較低電壓串分流的電流明顯比預(yù)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(shí)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(jìn)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(shí)現(xiàn)更好的性能。圖 1A 是一種實(shí)現(xiàn)雙串并聯(lián)的簡單低成本實(shí)施方案,只需固定電壓電源以及用來設(shè)定電流強(qiáng)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(jìn)行調(diào)節(jié),以通過調(diào)高或調(diào)低輸出電壓實(shí)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(shí)它會使第二串的電流更差。
當(dāng)應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)二極管中時(shí),LED 正向壓降隨溫度上升而降低。如果一個(gè)串比另一個(gè)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(jìn)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(dǎo)致 LED 故障。這種情況需求驅(qū)動(dòng)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(yīng)安裝在一個(gè)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(dòng)各串時(shí),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(dú)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(dòng)時(shí)故障容差較好,但是,在一個(gè)串中的電流通過 Vfb 進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí),故障容差也不好。在這種情況下,如果一個(gè) LED 在經(jīng)過調(diào)節(jié)的串中打開,驅(qū)動(dòng)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(dǎo)致故障。在采用無反饋電壓電源驅(qū)動(dòng)足以滿足需求時(shí),圖 1A 中的電路不會為要求更為嚴(yán)格的應(yīng)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(gè)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(qiáng)制第二個(gè)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(gè)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(dāng)?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。
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