LED已经广泛应用于照明、装饰类灯产品，在设计LED照明系统时，需要考虑选用什么样的LED驱动器，以及LED作为负载采用的串并联方式，合理的配合设计，才能保证LED正常工作。LED作为驱动电路的负载，经常需要几十个甚至上百个LED组合在一起构成发光组件，LED负载的连接形式直接关系到其可靠性和使用寿命。设计中选择LED驱动电路时，一般考虑成本和性能因素。系统设计的一个约束条件是可用的电功率和电压，其他约束条件还包括功能特性，例如针对环境光线作出调整。

LED可根据不同参数进行筛选，包括正向电压及在特定正向电流时的色度和亮度。举例说，LED的正向电压范围通常为3.5～4V，典型工作电流为350mA。当多个LED在一个背光照明设备中应用时，这些LED通常都会进行匹配，以产生均匀的亮度。因此，经匹配的LED在某个特定电压范围内其正向电压V_F及其他参数都是匹配的。V_F差异通常为3.5～3.65V、3.65～3.8V以及3.8～4.0V，飞兆半导体最新产品的V_F=3V。低V_F值的LED^一般应用于小型显示设备中，较大的彩色显示器通常需要较高的亮度，一般采用中或高V_F值的LED。

匹配的差异级别包括发光强度和色度，色度决定显示的颜色，大多与执行设计所使用的半导体工艺有关。电气工作条件对色度的影响很小。对于发光强度而言，筛选工艺可测量在给定正向工作电流下的发光强度。

目前，市场上已有能够驱动多个LED的驱动IC，其功能包括电压提升至可驱动多个串联LED，以便与每列包含一个或多个LED及多列LED进行电流匹配。特定驱动IC可提供独立于LED的正向电压V_F的精确电流匹配。另一项常用功能是亮度控制，有助于提供更多功能和改善电源管理。

将多个LED连接在一起使用时，正向电压和电流均必须匹配，整个组件才能产生一致的亮度。实现恒定电流最简单的方法是将经过正向电压筛选的LED串联起来。随着系统采用匹配LED数量的增加，采用高性能多功能驱动IC是良好的解决方案。现有驱动IC还具有其他功能特点，包括软启动、短路保护以及能将外围部件数减至最少。在驱动LED时有四种基本配置，选择最理想的拓扑和配置通常取决于应用以及技术规范和系统要求。设计人员需要考虑输入电压、要驱动的LED的数量、尺寸、布局限制、效率、散热管理以及光学等问题。

1.基本配置

最基本的一种拓扑是单个LED。采用这种设计的应用实例有汽车内顶灯（地图灯、阅读灯）等。

2.LED采用全部串联方式

串联方式驱动LED因经过所有LED的驱动电流都是相同的（假设LED被适当的分档），这种配置可以保证颜色和亮度达到最接近的匹配度。在这种情况下，必须注意整个串联串中的输入电压以及它和正向电压降（V_F）之间的关系。这将决定驱动LED的功率拓扑，这方面的应用实例包括闪光灯、汽车尾灯、刹车灯等。

LED采用全部串联方式如图3-11所示，即将多个LED的正极对负极连接成串，其优点是通过每个LED的工作电流一样，一般应串入限流电阻R，要求LED驱动器输出较高的电压。当LED的一致性差别较大时，分配在不同的LED两端的电压不同，因通过每只LED的电流相同，所以每只LED的亮度是一致的。

图3-11 LED采用全部串联方式

当某一只LED品质不良短路时，如果采用稳压式驱动（如常用的阻容降压方式），由于驱动器输出电压不变，那么分配在剩余的LED两端的电压将升高，驱动器的输出电流将增大，容易损坏余下的所有LED。如采用恒流式驱动LED，当某一只LED品质不良短路时，由于驱动器输出电流保持不变，不影响余下的所有LED正常工作。

当某一只LED品质不良断开后，串联在一起的LED将全部不亮。解决的办法是在每个LED两端并联一个稳压管，如图3-12所示。当然稳压管的导通电压需要比LED的导通电压高，否则LED就不亮了。或采用ADDtek的LED保护器A716、AMC7169和A720，额定电流分别是350mA、500mA和700mA。采用ADDtek保护器的电路如图3-13所示，使用时将其与LED并联。

图3-12 LED两端并联稳压管

图3-13 采用ADDtek保护器的电路

串联方式能确保各只LED电流的一致性，如果4个LED串联后总正向电压V_F为12V，就必须使用具有升压功能的驱动电路，以便为每个LED提供充足的电压。但由于LED的V_F值存在一个变化范围，LED之间的压差会随之变化，对亮度的均匀性有一定的影响。在LED的串联数量方面，流经LED的电流不再受LED串联数量的限制。为了满足不同的发光亮度需求，通过驱动多个LED就可以实现。

3.LED采用全部并联方式

在并联设计中，多个LED由具备独立电流的驱动电路来驱动。并联设计基于低驱动电压，因此无需带电感的升压电路。此外，并联设计提供低电磁干扰、低噪声和高效率，且容错性较强。在串联设计中，一个LED发生故障就会导致整个照明子系统失效，而并联设计可避免这种个严重的缺陷。LED采用全部并联方式如图3-14所示，即将多个LED的正极与正极、负极与负极并联连接，其特点是每个LED的工作电压一样，总电流为ΣI_fn。为了实现每个LED的工作电流I_F一致，要求每个LED的正向电压要一致。但是，LED器件之间的特性参数存在一定差别，且LED的正向电压V_F随温度上升而下降，不同LED可能因为散热条件差别而引发工作电流I_F的差别，散热条件较差的LED温升较大，正向电压V_F下降也较大，造成工作电流I_F上升，而工作电流I_F上升又加剧温升，如此循环可能导致LED烧毁。

图3-14 LED采用全部并联方式

LED采用全部并联方式要求LED驱动器输出较大的电流，负载电压较低。分配在所有LED两端的电压相同，当LED的一致性差别较大时，通过每只LED的电流不一致，LED的亮度也不同。(www.daowen.com)

当某一只LED品质不良断开时，如果采用稳压式LED驱动器（例如稳压式开关电源），驱动器输出电流将减小，不影响余下所有的LED正常工作。如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，分配在余下LED的电流将增大，容易损坏余下所有的LED。解决办法是尽量多的并联LED，当断开某一只LED时，分配在余下LED的电流不大，不至于影响余下的LED正常工作。

当某一只LED品质不良短路时，所有的LED将不亮，但如果并联LED数量较多，通过短路的LED电流较大足以将短路的LED烧成断路。现有两种用于并联配置的驱动IC：一种是驱动V_F已匹配LED的IC；另一种是驱动V_F未匹配LED的IC。

（1）驱动V_F匹配的LED

使用具有内部匹配电流源的LED驱动IC来驱动并联的匹配LED，驱动IC在现有的3.3～5.5V总线电压下运行，LED的电流通过单一的外部电阻器来调节。由于不需要DC/DC变换进行升压，故无需采用外部电感，因此电路的电磁干扰和纹波可达到最小。如果电源电压稳定且经过稳压处理，无需为每个LED配备额外的电流设置电阻器。如果有更高压的稳定电压，此电路还能为额外的串联LED提供匹配电流，但其电压必须至少为0.3V+nV_F。

（2）驱动V_F未匹配的LED

为了驱动未匹配的LED，需要使用可为每个LED提供独立电流控制的IC来获得均匀亮度。因为LED的V_F有一定的范围，驱动IC将均匀地匹配各电流以获得均匀亮度，并可在现有的3.3～5V总线电压下运行。电路中的驱动IC会测量所有LED的V_F，选出最高V_F的LED，并将V_out提升至驱动这个最大V_F值LED所需的最低电平。

4.LED采用混联方式

在需要使用比较多的LED的设计中，如果将所有的LED串联，将需要LED驱动器输出较高的电压。如果将所有的LED并联，则需要LED驱动器输出较大的电流。将所有的LED串联或并联，不但限制着LED的使用量，而且并联LED负载电流较大，驱动器的成本也会增加。解决办法是采用混联方式。LED采用混联方式如图3-15所示，串并联的LED数量平均分配，分配在一串LED上的电压相同，通过同一串每只LED上的电流也基本相同，LED的亮度一致。同时通过每串LED的电流也相近。

图3-15 LED采用混联方式

当某一串联LED上有一只LED品质不良短路时，不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动，这串LED相当于少了一只LED，通过这串LED的电流将大增，很容易就会损坏这串LED。大电流通过损坏的这串LED后，由于通过的电流较大，多表现为断路。断开一串LED后，如果采用稳压式驱动，驱动器输出电流将减小，而不影响余下所有的LED正常工作。

如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，分配在余下LED的电流将增大，容易损坏所有的LED。解决办法是尽量多的并联LED串，当断开某一串LED时，分配在余下LED串的电流不大，不至于影响余下LED串的正常工作。

这种先串后并的连接方式的优点是电路简单、亮度稳定、可靠性高，并且对器件的一致性要求较低，即使个别使LED单管失效对整个发光组件的影响也较小。并且对LED的要求也较宽松，适用范围大，不需要特别挑选，整个发光组件的亮度也相对均匀。在工作环境因素变化较大的情况下，使用这种连接方式的发光组件效果较为理想。

先并后串混合连接构成的发光组件的问题主要在单组并联LED中，由于器件和使用条件的差别，导致单组中个别LED芯片丧失PN结特性，出现短路，个别器件短路使未失效的LED失去工作电流I_F，导致整组LED熄灭，总电流ΣI_fn全部从短路器件通过，而较长时间的短路电流又使器件内部键合金属丝或其他部分烧毁，出现开路。这时未失效的LED重新获得电流，恢复正常发光，只是工作电流I_F较原来大了一点。这就是这种连接形式的发光组件出现先是一组几个LED一起熄灭，一段时间后，除其中一个LED不亮，其他LED又恢复正常的原因。LED的V_F的不稳定性使多个LED并联使用时，工作电流精度范围受到限制。因此，采用LED并联形式，应考虑器件和环境差别等因素对电路的影响，设计时留有一定的余量，以保证其可靠性。

混联方式还有另一种接法，即将LED平均分配后，分组并联，再将每组串联在一起。当有一只LED品质不良短路时，不管采用稳压式驱动还是恒流式驱动，并联在这一路的LED将全部不亮。如果是采用恒流式LED驱动，由于驱动器输出电流保持不变，除了并联在短路LED的这一并联支路外，其余的LED正常工作。假设并联的LED数量较多，驱动器的驱动电流较大，通过这只短路的LED的电流将增大，大电流通过这只短路的LED后，很容易就变成断路。由于并联的LED较多，断开一只LED的并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，那么整个LED仅有一只LED不亮。

如果采用稳压式驱动，因LED品质不良短路，在短路瞬间负载相当于少了一个并联LED支路，加在其余LED上的电压增高，驱动器输出电流将大增，极有可能立刻损坏所有的LED。只有将这只短路的LED烧成断路，驱动器输出电流才能恢复正常，由于并联的LED较多，断开这一LED并联支路，平均分配电流不大，依然可以正常工作，那么整个LED也仅有一只LED不亮。

通过以上分析可知，驱动器与负载LED串并联方式搭配选择是非常重要的，恒流式驱动功率型LED是不适合采用并联负载的，同样的，稳压式LED驱动器不适合选用串联负载。

5.交叉阵列形式

为了提高可靠性，降低熄灯几率，出现了各种各样的连接设计，交叉阵列形式就是其中的一种。交叉阵列形式电路如图3-16所示，每串以3个LED为一组，其共同电流输入来源于a、b、c、d、e串，输出也同样分别连接至a、b、c、d、e串，构成交叉连接阵列。这种交叉连接方式的目的是，即使个别LED开路或短路，不会造成发光组件整体失效。

采用不同的LED连接方式对于LED的使用和对驱动电路的设计要求等都至关重要。因此在实际LED电路的组合中，正确选择LED连接方式对于提高其发光效果、工作可靠性，简化驱动电路的设计，以及提高整个电路的效率等都具有积极的意义。对采用LED背光源的显示器而言，保证其寿命是很重要的，所以如何保证背光源的可靠性是关键因素。

图3-16 LED交叉阵列形式电路