如何克服驱动并联LED灯串的问题

LED正在寻找扩大其产品应用范围的方法。汽车照明，电视背光和平板电脑只是少数需要多个LED的应用。
使用恒定电流来驱动大量LED可以通过长的串行连接来完成，也可以通过并行驱动多个LED串来实现。但是，在长串中连接大量LED会导致高压和单点故障问题。
同样，为多个串并联供电需要多个电流调节器，每个串一个。当前的趋势是允许多个串联和并联连接工作。
本文将讨论实现此目标的电路系统的方法和原理。 LED与标准二极管相似，也是电流驱动的设备。
它具有一条I-V曲线，其中电流和电压是非线性的，正向电压的小变化将导致大的电流变化。由于LED电流几乎与LED光通量成正比，因此精确控制电流对于电视等应用至关重要。
但并非所有应用都必须要求高精度的LED亮度匹配。如果以单串驱动LED，则亮度必须匹配，因为每个LED具有相同的电流强度。
随着使用的LED数量的增加，必须使用并联的灯串，并且必须对如何控制每个灯串中的电流进行选择。典型的白光LED的正向电压为3.3V，在额定电流下，正向电压变化高达20％。
如果串联使用10个LED，则第一串可能需要以相同的电流完全驱动33V，而第二串​​则需要39.6V。如果将这两个串并联连接，则较低电压串分流的电流将大大超过预期，而第二个串的电流将大大减小。
单个串中的所有LED不可能都处于其正向电压规格的高端，并且使用的LED越多，可能性就越小。实际上，这两根弦之间的平衡要好得多，但可能仍然存在几伏的差异。
为了在这种情况下提供帮助，LED制造商使用分箱方法对组件进行分组，可以准确地匹配LED正向电压（Vf）的下降（以及光通量和波长），以实现更好的性能。图1A是双串联并联的一种简单且低成本的实现，只需一个固定电压电源和一个简单的电阻器即可设置电流强度。
感测电阻上的电压可以通过外部控制电路进行调节，以通过增加或减小输出电压来实现对LED电流的精确控制。尽管这会调整第一串中的LED电流，但不一定在第二串中起作用。
如果控制回路可以增加调节后的LED灯串的输出电压，但第二个灯串的电压降低于两者，则实际上会使第二个灯串的电流变差。当用于标准二极管时，LED的正向压降会随温度升高而降低。
如果一个串的温度比另一串的温度高得多，则其正向压降将减小，并开始消耗更多电流。这种增加的散热将进一步加热它，这不仅会增加其电流，而且还可能由于热失控而导致LED故障。
在这种情况下，驱动每个串的电压由电流调节并保持恒定。此外，所有LED均应安装在公共散热器上，以在它们之间保持尽可能相同的工作温度。
当使用恒定电压驱动每个弦时，热失控不是问题，但是弦之间的电流匹配将非常差。由于每一串都彼此独立（即，一串中的电流不会直接影响另一串中的电流），因此在由电压电源驱动时，容错性更好，但一串中的电流会通过Vfb调整时，容错性不好。
在这种情况下，如果以调节串的形式打开LED，则可以通过控制电路将驱动每个串的电压调高，最终将导致未调节串中的过电压，从而导致故障。当无反馈电压电源足以满足需求时，图1A中的电路将无法为要求更高的应用提供准确的LED串电流匹配。
图1.电流镜（B）可以为简单的电阻器电流调节（A）提供各种优势。图1B电流镜用于调节两个灯串中的电流。
第一个串不仅使用来自感测电阻器Rs1的电压反馈（Vfb）来调整其电流，而且还依赖于Q1和Q2与s的Vbe匹配。