LED電路

LED電路是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，它改變了白熾燈鎢絲髮光與節能燈三基色粉發光的原理，而採用電場發光。在需要使用比較多的LED產品時，如果將所有的LED串聯，將需要LED驅動器輸出較高的電壓:如果將所有的LED並聯，則需要LED驅動器輸出較大的電流。將所有的LED串聯或並聯，不但限制著LED的使用量，而且並聯LED負載電流較大，驅動器的成本也會增加，解決辦法是採用混聯方式。串、並聯的LED數量平均分配，這樣，分配在一個LED串聯支路上的電壓相同，同一個串聯支路中每個LED上的電流也基本相同，亮度一致，同時通過每個串聯支路的電流也相近。

基本介紹

• 中文名：LED電路
• 外文名：LED Circuit

定義

LED(Light- Emitting-Diode中文意思為發光二極體)是一種能夠將電能轉化為可見光的半導體，它改變了白熾燈鎢絲髮光與節能燈三基色粉發光的原理，而採用電場發光。據分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中於可見光頻段，其發光效率可達80~90%.將 LED與普通白熾燈、螺旋節能燈及T5三基色螢光燈進行對比，結果顯示：普通白熾燈的光效為12lm/W，壽命小於2000小時，螺旋節能燈的光效為 60lm/W,壽命小於8000小時，T5螢光燈則為96lm/W,壽命大約為10000小時，而直徑為5毫米的白光LED為20~28lm/W，壽命可大於100000小時。有人還預測，未來的LED壽命上限將無窮大。

電路組成

在需要使用比較多的LED產品時，如果將所有的LED串聯，將需要LED驅動器輸出較高的電壓:如果將所有的LED並聯，則需要LED驅動器輸出較大的電流。將所有的LED串聯或並聯，不但限制著LED的使用量，而且並聯LED負載電流較大，驅動器的成本也會增加，解決辦法是採用混聯方式。串、並聯的LED數量平均分配，這樣，分配在一個LED串聯支路上的電壓相同，同一個串聯支路中每個LED上的電流也基本相同，亮度一致，同時通過每個串聯支路的電流也相近。

電路性能分析

當某一串聯支路上有一隻LED品質不良而短路時，不管採用穩壓式驅動方式還是恆流式驅動方式，通過該串聯電路的電流將增大，很容易損壞該串聯支路中的LED。大電流通過損壞的這串LED後，由於通過的電流較大，多表現為斷路。斷開一個LED串聯支路後，如果採用穩壓式驅動方式，驅動器的輸出電流將減小，而不影響餘下的所有LED正常工作。

如果採用恆流式LED驅動方式，由於驅動器的輸出電流保持不變，分配在餘下的LED中的電流將增大，容易損壞所有的LED。解決辦法是儘量多並聯LED，這樣當斷開某一隻LED時，分配在餘下的LED中的電流不大，不至於影響餘下的LED正常工作。

這種先串聯後並聯的線路的優點是線路簡單、亮度穩定、可靠性高，並且對器件的一致性要求較低，不需要特別挑選器件，即使個別LED單管失效，對整個發光組件的影響也較小。在工作環境因素變化較大的情況下，使用這種連線形式的發光元件效果較為理想。

混聯方式還有另外一種接法，即是將LED平均分配後分組並聯，再將每組串聯在一起。當有一隻LED品質不良而短路時，不管是採用穩壓式驅動方式還是恆流式驅動方式，並聯在這一支路中的LED將全部不亮。如果採用恆流式LED驅動方式，由於驅動器的輸出電流保持不變，除了並聯在短路LED上的這一併聯支路外，其餘的LED均正常工作。假設並聯的LED數量較多，驅動器的驅動電流較大，通過這隻短路的LED的電流將增大。大電流通過這隻短路的LED後，很容易就變成斷路。由於並聯的LED較多，斷開一隻LED後，平均分配電流變化不大，其餘的LED依然可以正常工作，那么在整個LED燈中僅有一隻LED不亮。

先並後串混合連線構成的發光元件的問題主要是在單組並聯LED中，由於器件和使用條件的差別，單組中個別LED晶片可能喪失PN結特性，出現短路。個別器件短路會使未失效的LED失去工作電流IF''導致整組LED熄滅，總電流全部從短路器件中通過，而較長時間的短路電流又會使器件內部的鍵合金屬絲或其他部分燒毀，出現開路。這時，未失效的LED重新獲得電流，恢復正常發光，只是工作電流IF較原來大一點。這就是這種連線形式的發光元件出現先是一組中幾隻LED一起熄滅，一段時間後除其中一隻LED不亮外，其他LED又恢復正常的原因。

保護電路的方法

1.LED電路中採用保險絲(管)

由於保險絲是一次性的，且反應速度慢，效果差、使用麻煩，所以保險絲不適宜用於LED燈成品中，因為LED燈現在主要是在城市的光彩工程和亮化工程。它要求 LED保護電路要很苛刻：在超出正常使用電流時能立即啟動保護，讓LED的供電通路就被斷開，使LED和電源都能得到保護，在整個燈正常後又能夠自動恢復供電，不影響LED工作。電路不能太複雜體積不能太大，成本還要低。所以採用保險絲的方式實現起來很困難。

2.瞬態電壓抑制二極體(簡稱TVS)

瞬態電壓抑制二極體是一種二極體形式的高效能保護器件。當它的兩極受到反向瞬態高能量衝擊時，能以10的負12次方秒極短時間的速度，使自己兩極間的高阻立即降低為低阻，吸收高達數千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓鉗位元在一個預定的電壓值，有效的保護了電子線路中的精密元器件。瞬態電壓抑制二極體具有回應時間快、瞬態功率大、漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、鉗位元電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優點。

但是在實際使用中發現要尋找滿足要求電壓值的TVS器件很不容易。 LED光珠的損壞主要是因為電流過大使晶片內部過熱造成的。 TVS只能探測過電壓不能探測過電流。要選擇合適的電壓保護點很難掌握，這種器件就無法生產也就很難在實際中使用。

3.選擇自恢復保險絲

自恢復保險絲又稱為高分子聚合物正溫度熱敏電阻PTC,是由聚合物與導電粒子等構成。在經過特殊加工後，導電粒子在聚合物中構成鏈狀導電通路。當正常工作電流通過(或元件處於正常環境溫度)時，PTC自恢復保險絲呈低阻狀態;當電路中有異常過電流通過(或環境溫度升高)時，大電流(或環境溫度升高)所產生的熱量使聚合物迅速膨脹，也就切斷了導電粒子所構成的導電通路，PTC自恢復保險絲呈高阻狀態;當電路中過電流(超溫狀態)消失後，聚合物冷卻，體積恢復正常，其中導電粒子又重新構成導電通路，PTC自恢復保險絲又呈初始的低阻狀態。在正常工作狀態自恢復保險管的發熱很小，在異常工作狀態它的發熱很高阻值就很大，也就限制了通過它的電流，從而起到了保護作用。

在具體的電路中，可以選擇：

①分路保護。一般LED燈是分成很多串接支路。我們可以在每個支路的前面加一支PTC組件分別進行保護。這種方式的好處是精確性高，保護的可靠性好。

②總體保護。在所有光珠的前面加接一支PTC組件，對整燈進行保護。這種方式的好處是簡單，不占體積。對於民用產品來說，這種保護在實際使用中的結果還是令人滿意的。

驅動器的選擇

通過以上分析可知，驅動器與負載LED串/並聯方式的搭配選擇是非常重要的，以恆流方式驅動功率型LED時，不適合採用並聯負載:同樣，穩壓式LED驅動器不適合選用串聯負載。