LED单色平面光源并联支路中的电流均分

石家庄学院 张明轩 贾 诚

河北润达石化工程公司 张 达

随着LED（Light Emitting Diode发光二极管）技术的飞速发展，由LED构成的单色光源在大学物理实验中被越来越多的应用。LED单色光源在功能上不仅可以取代钠光灯、低压水银灯及氦氖激光器等传统气体光源，不增加任何附件的条件下，可以直接构成点、线、面等实验用光源。而且，由于半导体光源构造的特殊性，其实验效果更优于传统的气体光源。当多个LED组成单色面光源时，通常采用串联加并联的混联方式。但由于半导体器件的离散性，即使同一批次的LED的正向特性也会有一定的差异。在LED采用并联方式后，只要正向特性稍有差异，就会导致电流分配上产生很大的不同。通过电流较大的LED结温会更高，从而引起发光波长变长，颜色发生红移。为避免这种现象的发生，必须对LED并联电路的每一路电流进行平均分配，并保持恒流供电，使LED单色光源具有良好的颜色稳定性，以满足物理实验的要求。

1.LED正向特性的差异

选择同一批次中两支正向导通电压不同的LED并联，将电源的电压挡调至O位置，当LED接入电源后缓慢增加正向电压，并分别测量两支路中的电流。实际测试表明，当这两支LED并联时，由于LED的端电压相同，正向导通电压低的LED电流要比正向电压高的大的多。如图1所示，D点的电流要比C电流大一倍以上。这种差异随着LED的结温度升高而进一步加大，流过电流大的LED结温更高，它的正向电压会相对更低，流入的电流也更大。

对于一个LED器件，发光区材料的禁带宽度直接决定了器件发光的波长。当温度升高时，材料的禁带宽度将减小，导致LED器件的发光波长变长，颜色发生红移。为保持LED光源良好的单色性，避免由LED正向特性差异导致电流分配上的不同，在LED组成平面光源时，不能采取直接并联的方式。而是需要用技术手段对并联LED的每一路电流进行平均分配，并保持恒流供电，使单色平面光源中的每一个LED始终保持良好的颜色稳定性。

图1 LED正向导通电压与工作电流的关系

2.LED电流均分电路

并联LED的电流均分方式有多种，如电阻均流、恒流源控制均流等。电阻均流是在每个LED并联支路中再串入一个电阻，这个电阻除了“限流”外，还同时起到“均流”效果。电阻的阻值越大，效果越好，但是损耗也随之增大。采用恒流源控制的均流方式是最佳的选择。可以选用专用的LED均流芯片，电路元器件少，可靠性高，均流效果好。SP7615/6系列正是适合这种应用的芯片。

图2 SP7616构成的LED电流均分电路

其中SP7616特别适合单色面光源中的LED均流控制。它是工作电压为4.5V～3OV的4通道恒流线性LED驱动器，每条通道支持的最大电流为6OmA。内置均流匹配电路，使每条通道之间的电流差异小于1.5%。如果输入电压VIN＞N×Vf+VDROP，则流过4个通道LED的电流都是恒流且匹配的。其中N是每串LED的数量，Vf是LED的正向导通压降（Vf=1.4V～3V），VDROP是芯片本身的截止电压（VDROP≤O.5V）。电阻R1被用来设定每一通道的最大电流，R1=1.OV×95O/IOUT，1.OV是ISET脚的对地电压，95O是芯片对电流的放大倍数，即流过LED串的电流是流过R1电流的95O倍，IOUT是每串LED的输出电流。设：N=3，Vf=1.8V，VDROP=O.5V，则VIN=3×1.8＋O.5V≈6V。若取IOUT=2OmA，则R1=1.OV×95O/2OmA≈47K。

平面电源的发光阵列由3×4个单一颜色的LED组成，根据实验照度的需要可以调整串联电路中LED的数量，同时由VIN＞N×Vf+VDROP调整输入电压。电路还可以通过用PWM信号来实现调光。另外，当某一通道不用时，可以将其短路到地，但要注意LED2脚不能短路到地，因为LED2脚是电流设定基准，其它几个通道与LED2是镜像电流源的关系。由于SP7616的输入电压最高支持到3OV，所以每串的LED数量最大支持到29/Vf颗。

3.结论

综上所述，LED单色平面光源往往是采用多支LED混联的方式组成一个发光阵列，以满足光源功率和实验照明的要求。由于半导体器件的离散性，LED的正向特性会有一定的差异。这种差异会导致电流分配产生很大的不同，从而使LED的发光颜色发生变化，导致LED平面光源的颜色不均匀。为保证光源良好的单色性，确保发光阵列中每个LED的发光颜色一致，满足物理实验的需要，采用并联方式的LED每路电流必须均等且保持不变。SP7616具有无电感、无电容、内置均流电路、设计简单、效率高、低成本的优势，能完全满足目前LED单色平面光源对电流进行均分需要。如果每个通道需要更大的电流，可以选用SP7615，它的工作电压为4.5～16V，每通道最大电流为126mA。SP7615工作原理和设计方法与SP7616类似。

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