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不同LED連接排列方式對背光模組性能的影響
摘要: LED背光源技術液晶電視從技術上講,目前主要有側入式和直下式兩種方式。雖然兩種技術各有千秋,但從成本等方面綜合考慮,側導光LED背光模組正在成為一種主流趨勢。
Abstract:
Key words :

        LED背光源技術液晶電視從技術上講,目前主要有側入式和直下式兩種方式。雖然兩種技術各有千秋,但從成本等方面綜合考慮,側導光LED背光模組正在成為一種主流趨勢。

  側導光LED背光模組的設計要考慮在滿足光學指標的基礎上盡量降低成本,同時還要體現側導光LED背光源輕、薄的特點。所以,LED的發(fā)光效率和色域對液晶電視背光源LED的選型有著重要的影響。LED的連接排列方式一般分為三種主要結構,即串聯、并聯以及串、并聯混合的方式,幾種方式各有利弊。

  LED串聯

  優(yōu)點:電流處處相等 LED亮度基本一致

  缺點:一個LED開路所有LED都不工作


  LED串聯方式的優(yōu)點是,在整個串聯電路中LED電流處處相等,因為LED的生產過程存在著批次差異及個體差異的問題,當LED的一致性差別較大時,雖然加在不同的LED兩端電壓不同,但由于通過每顆LED的電流相同,LED的亮度還是基本一致的。但是,LED的串聯也存在顯著的缺點,如果其中一個LED開路,那么所有的LED都不會工作。采用LED串聯的形式要求LED驅動器輸出相對較高的電壓。通常,LED驅動器輸出電壓越接近串聯中總的前向電壓,LED驅動的效率越高,但串聯方式的LED要求驅動電路輸出的LED電壓必須大于串聯電路中總的LED前向電壓,這也對系統(tǒng)效率稍有影響。

  值得注意的是,串聯情況下發(fā)生短路時,恒流控制不會出現問題,恒壓控制則會停止工作。串聯情況下發(fā)生斷路時,恒流控制和恒壓控制都會出現問題,這是驅動電路設計時必須注意的問題。當某一顆LED因品質不良或其他原因導致短路時,若采用恒壓源的驅動方式,那么由于驅動器輸出電壓不變,分配在剩余的LED兩端電壓必然將升高,驅動器輸出電流將增大,這可能導致余下的所有LED損壞。如采用恒流式LED驅動,當某一顆LED品質不良短路時,由于驅動器輸出電流保持不變,此串聯電路中余下的所有LED都將正常工作。當某一顆LED因品質不良或其他故障原因出現開路狀態(tài)時,串聯在一起的LED會全部不亮。解決此問題的一個簡單的辦法是在每個LED兩端并聯一個齊納二極管。當然并聯的齊納二極管擊穿電壓需要比LED的導通電壓高,否則LED就不亮了,這種解決方案會增加額外的功耗和成本,因此在LED的大量應用時不宜采用。

  LED并聯

  優(yōu)點:一個LED出現開路狀態(tài)不會影響其他LED工作

  缺點:要求LED驅動器輸出較大電流

  當需要單獨調整每一個LED的電流時,會使用共陽極或共陰極并聯的連接方式。并聯方式的優(yōu)點是,當一個LED出現開路狀態(tài)時不會對其他LED的工作造成影響,其缺點是,要求LED驅動器輸出較大的電流。由于并聯方式分配在所有LED兩端電壓相同,所以當LED的一致性差別較大時,通過每顆LED的電流會出現不一致的情況,LED的亮度也會有明顯差異。而由于LED制造技術的限制,這種差異是不可避免的。因此LED工作時,由于并聯方式的固有缺點導致的每個LED電流分配的不均可能使電流過大的LED壽命銳減,甚至燒壞。

  當某一個顆LED斷路時,如果采用恒壓源LED驅動,那么驅動電路輸出電流將減小,余下的所有LED仍然可以正常工作。如果是采用恒流源進行LED驅動,由于驅動電路輸出電流保持不變,分配給余下的LED的電流將會增大,這可能導致剩余的LED損壞。解決此問題的辦法是盡量多的并聯LED,當某一顆LED斷路時,其余LED的電流增量并不大,不會過多影響其余LED的正常工作。因此,LED以并聯方式連接時,不適合選用恒流源進行驅動。當某一顆LED短路時,所有剩余的LED都會不工作。但有一種特殊情況,如果并聯的LED數量較多,通過短路的LED電流很大,瞬間的發(fā)熱量會將短路的LED燒成斷路,則其余LED仍可以工作。

        LED背光源技術液晶電視從技術上講,目前主要有側入式和直下式兩種方式。雖然兩種技術各有千秋,但從成本等方面綜合考慮,側導光LED背光模組正在成為一種主流趨勢。

  側導光LED背光模組的設計要考慮在滿足光學指標的基礎上盡量降低成本,同時還要體現側導光LED背光源輕、薄的特點。所以,LED的發(fā)光效率和色域對液晶電視背光源LED的選型有著重要的影響。LED的連接排列方式一般分為三種主要結構,即串聯、并聯以及串、并聯混合的方式,幾種方式各有利弊。

  LED串聯

  優(yōu)點:電流處處相等 LED亮度基本一致

  缺點:一個LED開路所有LED都不工作


  LED串聯方式的優(yōu)點是,在整個串聯電路中LED電流處處相等,因為LED的生產過程存在著批次差異及個體差異的問題,當LED的一致性差別較大時,雖然加在不同的LED兩端電壓不同,但由于通過每顆LED的電流相同,LED的亮度還是基本一致的。但是,LED的串聯也存在顯著的缺點,如果其中一個LED開路,那么所有的LED都不會工作。采用LED串聯的形式要求LED驅動器輸出相對較高的電壓。通常,LED驅動器輸出電壓越接近串聯中總的前向電壓,LED驅動的效率越高,但串聯方式的LED要求驅動電路輸出的LED電壓必須大于串聯電路中總的LED前向電壓,這也對系統(tǒng)效率稍有影響。

  值得注意的是,串聯情況下發(fā)生短路時,恒流控制不會出現問題,恒壓控制則會停止工作。串聯情況下發(fā)生斷路時,恒流控制和恒壓控制都會出現問題,這是驅動電路設計時必須注意的問題。當某一顆LED因品質不良或其他原因導致短路時,若采用恒壓源的驅動方式,那么由于驅動器輸出電壓不變,分配在剩余的LED兩端電壓必然將升高,驅動器輸出電流將增大,這可能導致余下的所有LED損壞。如采用恒流式LED驅動,當某一顆LED品質不良短路時,由于驅動器輸出電流保持不變,此串聯電路中余下的所有LED都將正常工作。當某一顆LED因品質不良或其他故障原因出現開路狀態(tài)時,串聯在一起的LED會全部不亮。解決此問題的一個簡單的辦法是在每個LED兩端并聯一個齊納二極管。當然并聯的齊納二極管擊穿電壓需要比LED的導通電壓高,否則LED就不亮了,這種解決方案會增加額外的功耗和成本,因此在LED的大量應用時不宜采用。

  LED并聯

  優(yōu)點:一個LED出現開路狀態(tài)不會影響其他LED工作

  缺點:要求LED驅動器輸出較大電流

  當需要單獨調整每一個LED的電流時,會使用共陽極或共陰極并聯的連接方式。并聯方式的優(yōu)點是,當一個LED出現開路狀態(tài)時不會對其他LED的工作造成影響,其缺點是,要求LED驅動器輸出較大的電流。由于并聯方式分配在所有LED兩端電壓相同,所以當LED的一致性差別較大時,通過每顆LED的電流會出現不一致的情況,LED的亮度也會有明顯差異。而由于LED制造技術的限制,這種差異是不可避免的。因此LED工作時,由于并聯方式的固有缺點導致的每個LED電流分配的不均可能使電流過大的LED壽命銳減,甚至燒壞。

  當某一個顆LED斷路時,如果采用恒壓源LED驅動,那么驅動電路輸出電流將減小,余下的所有LED仍然可以正常工作。如果是采用恒流源進行LED驅動,由于驅動電路輸出電流保持不變,分配給余下的LED的電流將會增大,這可能導致剩余的LED損壞。解決此問題的辦法是盡量多的并聯LED,當某一顆LED斷路時,其余LED的電流增量并不大,不會過多影響其余LED的正常工作。因此,LED以并聯方式連接時,不適合選用恒流源進行驅動。當某一顆LED短路時,所有剩余的LED都會不工作。但有一種特殊情況,如果并聯的LED數量較多,通過短路的LED電流很大,瞬間的發(fā)熱量會將短路的LED燒成斷路,則其余LED仍可以工作。

  LED混聯

  優(yōu)點:綜合體現串聯和并聯各自優(yōu)點

  缺點:設計較復雜

  在需要大量使用LED的產品中,如果僅采用LED串聯的方式,將需要LED驅動電路輸出較高的電壓。如果僅采用LED并聯的方式,則需要LED驅動電路輸出較大的電流。將所有LED單純地串聯或并聯,不僅限制了LED的用量,還將導致驅動電路的設計復雜程度提升,成本加大。通常情況下采用混聯方式解決這個問題。混聯的連接方式是在綜合了串聯形式和并聯形式的各自優(yōu)點的基礎上提出的,主要的形式有兩種,先串聯后并聯和先并聯后串聯。

  串并聯的LED數量平均分配,分配在一串LED上的電壓相同,通過同一串每顆LED上的電流也基本相同,LED亮度一致。同時通過每串LED的電流也相近。當某一串聯LED上有一顆短路時,不管采用穩(wěn)壓式驅動還是恒流式驅動,這串LED相當于少了一顆LED,通過這串LED的電流將大增,很容易就會損壞這串LED。大電流通過損壞的這串LED后,由于通過的電流較大,多表現為斷路。斷開一串LED后,如果采用穩(wěn)壓式驅動,驅動器輸出電流將減小,而不影響余下所有LED正常工作。

  如果是采用恒流式LED驅動,由于驅動器輸出電流保持不變,分配在余下LED上的電流將增大,容易導致余下的所有LED損壞。解決辦法是盡量多并聯LED,當斷開某一顆LED時,分配在余下LED上的電流不大,不至于影響余下的LED正常工作?;炻摲绞竭€有另一種接法,即是將LED平均分配后,分組并聯,再將每組串聯一起,當有一顆LED短路時,不管采用穩(wěn)壓式驅動還是恒流式驅動,并聯在這一路的LED將全部不亮,如果是采用恒流式LED驅動,由于驅動器輸出電流保持不變,除了并聯在短路LED的這一并聯支路外,其余的LED正常工作。假設并聯的LED數量較多,驅動器的驅動電流較大,通過這顆短路的LED電流將增大,大電流通過這顆短路的LED后,很容易就變成斷路。由于并聯的LED較多,斷開一顆LED的這一并聯支路,平均分配電流不大,依然可以正常工作,那么所有LED燈僅有一顆不亮。如果采用穩(wěn)壓式驅動,LED短路瞬間,負載端相當于少了一路并聯LED,加在其余LED上的電壓增高,驅動器輸出電流將大大增加,很有可能立刻損壞所有LED,也有可能只將這顆短路的LED燒成斷路,驅動器輸出電流將恢復正常。由于并聯的LED較多,斷開一顆LED的這一并聯支路平均后的電流增量不大,依然可以正常工作,整個LED陣列也僅有一顆LED不亮。

  驅動器與負載LED串并聯方式搭配選擇是非常重要的,恒流式驅動功率型LED不適合采用并聯負載而適合采用串聯負載。同樣的,恒壓式LED驅動器不適合選用串聯負載而適合采用并聯。不同的連接方式具有各自不同的特點,并且對驅動器的要求也有不同。特別是電路工作在單個LED發(fā)生故障時的情況下,整體發(fā)光的可靠性、整組LED能夠繼續(xù)工作以及減少損壞、降低LED失效率等就顯得十分重要。

  采用不同的LED連接方式對于LED的使用和對驅動電路的設計要求等都至關重要。因此在實際背光源電路的組合中,正確選擇LED連接方式對于提高其發(fā)光效果、工作可靠性,簡化驅動電路設計和加工,以及提高整個電路的效率等都具有積極的意義。對于LED背光源液晶電視來說,保證其觀看壽命是很重要的,所以如何保證背光源的可靠性是關鍵因素。

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