汽車照明、電視背光和平板電腦只是需要多個 LED 的少數(shù)應(yīng)用。以恒定電流驅(qū)動大量 LED 可以通過長串聯(lián)連接或并聯(lián)驅(qū)動多個燈串來完成。但將許多 LED 連接成一長串會帶來高電壓和單點故障問題。同樣，為多個串并聯(lián)供電需要多個電流調(diào)節(jié)器，每個串一個。最終，這會導致更高的復(fù)雜性和成本。當今的趨勢是并行操作串，本文探討了實現(xiàn)此目標的電路選擇和合理性。
　　LED 與標準二極管類似，都是電流驅(qū)動器件。它具有 IV 曲線，其中電流和電壓是非線性的，其正向電壓的微小變化可以轉(zhuǎn)化為大的電流變化。由于 LED 電流幾乎與 LED 光通量成正比，因此在電視等應(yīng)用中精確控制電流非常重要。但并非所有應(yīng)用都需要高精度的 LED 亮度匹配。如果 LED 在單串中驅(qū)動，則存在固有匹配，因為每個 LED 具有相同的電流水平。隨著使用的 LED 數(shù)量增加，并聯(lián)串變得必要，并且必須選擇如何控制每個串中的電流。
　　典型的白光 LED 的正向電壓為 3.3V，額定電流下的變化高達 20%。如果串聯(lián)使用 10 個 LED，則在相同電流下，一串可能需要 33V 才能充分驅(qū)動，而第二串??則需要 39.6V。如果這兩個串并聯(lián)，則電壓較低的串會拉動比預(yù)期多得多的電流，而第二串??會拉動明顯較少的電流。一串中的所有 LED 都落在其正向電壓規(guī)格高端的概率相當小，并且隨著使用更多 LED，這種概率會降低。
　　實際上，這兩個串之間的平衡要好得多，但仍然可能存在幾伏的差異。為了解決這種情況，LED 制造商使用分檔將部件分類為精確匹配 LED 正向電壓 (Vf) 降（以及光通量和波長）的組，以實現(xiàn)更好的性能。圖 1A 顯示了并行兩個字符串的簡單、低成本實現(xiàn)。只需一個固定電壓源和一個用于設(shè)置電流水平的簡單電阻器即可。
　　一個檢測電阻兩端的電壓可以通過外部控制電路進行調(diào)節(jié)，從而將輸出電壓調(diào)高或調(diào)低，從而精確控制 LED 電流。雖然這可以調(diào)節(jié)一個燈串中的 LED 電流，但不一定能很好地調(diào)節(jié)第二個燈串中的 LED 電流。它實際上會使第二個串中的電流變得更糟，就像控制環(huán)路增加穩(wěn)壓串的輸出電壓但第二個串的壓降較低的情況一樣。
　　與標準二極管一樣，LED 的正向壓降隨著溫度的升高而降低。如果一根弦明顯比另一根更熱，則其正向壓降會減小并且開始消耗更多電流。這種增加的耗散會進一步加熱它，增加其電流，并可能因熱失控而導致 LED 故障。這種情況要求驅(qū)動串的電壓是電流調(diào)節(jié)的并且是恒定的。此外，所有 LED 均應(yīng)安裝在共用散熱器上，以盡可能保持它們之間的工作溫度相等?！　‘敶珊愣妷候?qū)動時，熱失控不是問題，但串之間的電流匹配可能相當差。由于每個串彼此獨立（即，一個串中的電流不直接調(diào)節(jié)另一個串中的電流），因此當由電壓源驅(qū)動時，容錯能力良好，但當一個串中的電流調(diào)節(jié)時（通過 Vfb），容錯能力較差。 ）。在這種情況下，如果穩(wěn)壓燈串中的 LED 開路，則控制電路會命令驅(qū)動燈串的電壓升高，最終導致未穩(wěn)壓燈串出現(xiàn)過壓，從而導致故障。雖然當由無反饋的電壓源驅(qū)動時就足夠了，但圖 1A的電路 無法為要求更高的應(yīng)用提供 LED 串中的精確電流匹配。

　　圖 1. 電流鏡 (B) 比簡單電阻器 (A) 電流調(diào)節(jié)具有優(yōu)勢。
　　圖 1B 采用電流鏡來調(diào)節(jié)兩個串中的電流。第一個串使用來自檢測電阻器 Rs1 的電壓反饋 (Vfb) 來調(diào)節(jié)其電流，并依靠 Q1 和 Q2 的 Vbe 匹配來設(shè)置 Rs2 上的相同電壓。在相同的檢測電阻器電壓和值的情況下，相同的電流被迫在第二串中流動。調(diào)節(jié)精度很大程度上取決于Q1和Q2的Vbe電壓之間的匹配。因此，在同一芯片上具有兩個組件的雙晶體管有助于降低溫度、處理和批次差異。該電路提供了合理的精度，但基極電流失配和 Vbe 與 Rs 比率會引入誤差，使其不夠完美。 Vfb 電壓相對于 Vbe 越大，誤差越低，但功耗也會增加。添加與 Q1/Q2 串聯(lián)的基極電阻也可能有助于提高精度。其中一個問題涉及雙 Q1/Q2 部件的功耗。大多數(shù)雙晶體管匹配 對僅采用小型封裝，例如 SOT-23，只能承受幾百毫瓦的功耗。如果第一串中的 LED 的壓降大于第二串中的 LED，則該電壓差會出現(xiàn)在 Q2 的 Vce 兩端。如果為 LED 電壓不匹配分配幾伏電壓，則可以將可用電流限制為小于 100 mA。
　　另一個問題是當?shù)谝粋€串所需的電壓小于第二個串所需的電壓時。反饋設(shè)置輸出電壓以在第一個串中獲得適當?shù)恼{(diào)節(jié)，但第二個串沒有足夠的電壓余量，并且該串中的電流減少。這可以通過在第一個串中添加串聯(lián)電阻來添加額外電壓來補償?shù)诙€串來補償，但這會增加損耗。　　當前鏡像方法的一個好處是，只需將底座連接在一起即可擴展到其他字符串。最終，它也是容錯的，因為如果第一串中的 LED 打開，第二串也會熄滅。但反之則不然，因為第二根弦跟蹤第一根弦。因此，如果第二個字符串打開，第一個字符串仍然可以運行。需要過壓保護，因為如果第一個串開路，輸出電壓會無限制地增加，導致 LED 過壓。

　　圖 2. 獨立電流串穩(wěn)壓器提供冗余。
　　圖 2 允許獨立調(diào)節(jié)每個串中的電流。輸出電壓設(shè)置為固定電壓，并考慮到最大可能的 LED 電壓變化。這意味著輸出電壓可能比至少一個串所需的電壓高幾伏，但每個串中的電流始終調(diào)節(jié)到所需的水平。運算放大器（op amp）控制 FET 柵極電壓。這會改變 FET 電阻，使檢測電阻器電壓與外部參考電壓匹配，從而獲得穩(wěn)定的 LED 電流。該電路的工作原理與線性穩(wěn)壓器類似。由于 LED 電流由局部電流環(huán)路控制，因此輸出電壓簡單固定?！　∵@是有效的，但效率較低，因為由于兩個 LED 串的電壓不匹配，它會消耗 FET 中的額外功率。 FET 需要達到該功率的額定值，但電源封裝中只需要一個廉價的 FET。 Rds_on 可以相當高（通常 1 歐姆或更高是可以接受的）并且開關(guān)速度很慢，因為它在線性區(qū)域運行。雖然這種方法的復(fù)雜性高于圖 1中所示的方法，但它的容錯能力更強。這種方法能夠處理一個或兩個短路的 LED 并且仍然正常工作。如果一個 LED 打開，另一串將繼續(xù)運行而不受影響。

　　圖 3. 原型電路具有動態(tài)余量調(diào)整功能。
　　圖 3 是實現(xiàn)圖 2 的評估電路，但增加了附加功能。突出顯示的電平轉(zhuǎn)換器模塊 (D33-D35) 解決了與圖 2 相關(guān)的較高功耗問題。它添加了一個反饋環(huán)路來調(diào)節(jié) FET 漏極上的電壓并將其限制為 1V。由于有兩個 FET，因此僅調(diào)節(jié)電壓最高的串中的 FET 電壓，而電壓較低串中的 FET吸收 差值。與圖 2 不同，該電路僅在串之間存在實際電壓不平衡時才會在 FET 中實現(xiàn)顯著損耗，并且在串處于電壓平衡時將損耗降至最低，從而提高效率。
　　與使用長弦時使它們失去平衡相比，這種情況更有可能出現(xiàn)。 FET 漏極電壓增加或減少以控制串中的電流。例如，如果左側(cè)燈串 LED 電流較低，則 FET 會導通更多，其漏極電壓會降低（以向該燈串施加更多電壓）。漏極電壓由 D33 和 D35（其陽極與 FET 漏極電位相同）檢測，并發(fā)送至 U3D 的電壓反饋電路，以增加輸出電壓，直至 FET 漏極電壓達到 1V。
　　這會將輸出電壓設(shè)置為 n*Vf + 1V（其中 n 是串中 LED 的數(shù)量，Vf 是單個 LED 的正向壓降）。如果另一個串的電流較低，則電平轉(zhuǎn)換器（D34 和 D35）接管控制。電平轉(zhuǎn)換器模塊中的附加組件可在 LED 開路的情況下提供最大輸出電壓。該電壓水平由合理的 FET 功耗決定，設(shè)置為 ~0.7W，并且是其封裝和散熱能力的函數(shù)。如果 LED 打開，其串聯(lián) FET 電壓將降至零。這使得輸出電壓過高，因為反饋為 0V 并且無法更改它。
　　這些額外的電平移位組件允許輸出電壓升至大約 n*Vf + 1V + 5V，這是其他串運行的安全電壓。如果 LED 短路，燈串的 FET 會吸收額外的電壓和隨后的功耗。該電路可以安全地處理兩個短路 LED（對于 Vf = 2.1V 的紅色 LED），并且仍然保持調(diào)節(jié)。添加第二級 OV 齊納二極管 (D6)，以防兩個串均開路。