原创 克服驱动并联 LED 串的难题

作者：Timothy Hegarty

文章转自德州仪器在线技术支持社区，原文地址：

LED 正在寻找其扩充产品应用范围的途径。汽车照明、电视背光灯以及平板电脑只是几个需要多个 LED 的应用。使用恒流驱动大量 LED 即可通过长长的串行连接完成，也可通过并行驱动多个 LED 串完成。但是，将大量 LED 连成长串会导致高电压及单点故障问题。同样，以并联形式为多个串供电需要多个电流调节器，每串一个，这可导致更高的复杂度与成本。当前的趋势是让多个串并联工作，本文将探讨实施电路系统达到这一目标的方法和原理。

LED 与标准二极管类似，也是电流驱动型器件。它具有 I-V 曲线，其中电流与电压为非线性，而且正向电压的一个小小变化就会导致一个大的电流变化。由于 LED 电流差不多与 LED 光通量成正比，因此对于电视等应用来说精确控制电流至关重要。但并不是所有应用都必须要求 LED 亮度匹配的高精度。如果 LED 采用单串形式驱动，那么亮度肯定匹配，因为每个 LED 具有相同的电流强度。随着所用 LED 数量的增加，就必须使用并联串，并必须做出如何控制每串电流的选择。

典型白光 LED 具有 3.3V 的正向电压，在额定电流下变量高达 20%。如果串联使用 10 个 LED，那么在相同电流下可能第一串需要 33V 电压才能充分驱动，而第二串则需要 39.6V。如果将这两个串并联，较低电压串分流的电流明显比预期的要多，而第二串明显要少。单串中所有 LED 都位于其正向电压规范高端的可能性很小，而且所用的 LED 越多，这种可能性就越小。

事实上，这两串之间的平衡性要好得多，但可能仍有几伏的差异。为针对这种情形提供帮助，LED 制造商使用分档法对零部件进行分组，其可精确匹配 LED 正向电压 (Vf) 压降（以及通量与波长），实现更好的性能。图 1A 是一种实现双串并联的简单低成本实施方案，只需固定电压电源以及用来设定电流强度的简单电阻器。

传感电阻器上的电压可通过外部控制电路进行调节，以通过调高或调低输出电压实现对 LED 电流的精确控制。尽管这可调节第一串中的 LED 电流，但不一定在第二串中管用。如果控制回路可提高被调节 LED 串的输出电压，但第二串的电压压降在二者中较低，其实它会使第二串的电流更差。

当应用于标准二极管中时，LED 正向压降随温度上升而降低。如果一个串比另一个串热得多，其正向压降就会降低，并开始消耗更多电流。这样所增加的热耗散会进一步使其升温，从而不仅会增大其电流，而且还很有可能因热失控而导致 LED 故障。这种情况需求驱动各串的电压经过电流调节并保持恒定。此外，所有 LED 都应安装在一个共用散热片上，以便在它们之间保持尽量相等的工作温度。

在采用恒定电压驱动各串时，热失控不是什么问题，但是各串间的电流匹配会很差。由于每串都是相互独立的（即一串中的电流不会直接影响另一串中的电流），因此采用电压电源驱动时故障容差较好，但是，在一个串中的电流通过 Vfb 进行调节时，故障容差也不好。在这种情况下，如果一个 LED 在经过调节的串中打开，驱动各串的电压就可被控制电路调高，而且最终会在未调节串中引起过压，从而导致故障。在采用无反馈电压电源驱动足以满足需求时，图 1A 中的电路不会为要求更为严格的应用提供精确的 LED 串电流匹配。

图 1. 电流镜 (B) 可针对简单电阻器电流调节 (A) 提供各种优势。

图 1B 采用电流镜调节两个串中的电流。第一串不仅使用来自传感电阻器 Rs1 的电压反馈 (Vfb) 调节其电流，而且还依靠 Q1 及 Q2 的 Vbe 匹配在 Rs2 中设定相同的电压。有了相同的传感电阻器电压值，可强制第二个串中流入相同的电流。调节精确度主要取决于 Q1 与 Q2 Vbe 电压间的匹配。为此，在相同裸片上提供支持两个组件的双路电阻器可帮助降低温度、处理以及其它变化。

这种电路可提供适当的精确度，但基本电流不匹配以及 Vbe 与 Rs的比率会产生误差，使其不太完美。Vfb 电压与 Vbe 的比值越大，误差就越低，但会增大功耗。此外，为 Q1/Q2 添加串连基极电阻器可能也有助于提高精确度。