大量LED，特別是高亮度LED（HB LED），越來越多地用于各種陣列配置，用于顯示器背光，區(qū)域照明和數字標牌。雖然驅動單個甚至幾個LED非常簡單，但對于這些較大的陣列而言，這樣做會帶來整個LED互連拓撲的問題，以及為陣列供電甚至控制陣列的選項。

單個LED需要驅動電流20和60 mA，電壓降為1.8至4 V（紅色LED標稱值為1.8 V，琥珀色升至2.0 V，黃色為2.2 V，綠色為3.5 V，藍色為3.6 V）白色為4.0 V）。驅動LED意味著設計人員必須將他們的想法從更常見的電壓源電源轉移到不太常見但同樣可行的電流源（恒流）電源或驅動器，并且他們通常不太熟悉這種電源模式及其影響。

LED電源和驅動鏈在概念上很簡單（圖1）。自己驅動LED既簡單又困難。它很容易，因為它們分別是低/中等電流和電壓負載，驅動器可以在有效的DC/DC轉換頻率下工作，通常在100 kHz和1.5 MHz之間。然而，這很困難，因為驅動器必須充當電流源，而不是更傳統(tǒng)的電壓源，這對其電路（以及電路設計者）提出了新的，有時甚至是困難的要求。

圖1：多LED陣列配置中的LED驅動器是電源供應鏈的最后一個階段，從AC線路開始（在大多數情況下），通過可選的低壓DC/DC轉換階段，然后提供最終的直流電壓/電流轉換和LED驅動。

當使用多個LED時，無論是幾十個，幾百個甚至幾千個，設計人員必須首先確定串聯(lián)，并聯(lián)和串聯(lián)/并聯(lián)拓撲的組合想用（圖2）。每種選擇都會在驅動器選項，成本，可靠性，故障/故障處理和物理布局選項方面帶來權衡，這會加劇不可避免的耗散和隨后的熱量考慮。

圖2：多個LED陣列可以僅作為串聯(lián)，僅作為并聯(lián)，或作為串聯(lián)和并聯(lián)的組合接線。每種配置都會給LED驅動器帶來不同的挑戰(zhàn)，并且具有不同的性能影響，設計人員必須將其視為系統(tǒng)級權衡的一部分。

在串行配置中，所有LED均由單個電源軌供電。這意味著通過每個LED的電流是相同的，這有助于確保（但不保證）均勻的輸出亮度（它還取決于LED被“裝箱”或選擇的接近程度）。但是，任何單個LED的開放模式故障，這是最常見的故障模式，意味著整個串行串變暗。為了避免這個問題，一些設計在每個LED周圍添加了一個特殊組件，即使LED打開也能保持電流流動，但這會增加成本和物理空間要求。

串行配置的另一個問題是合規(guī)電壓。驅動器（電源）必須能夠提供電流，但其電壓應大于所有LED二極管壓降的總和。如果串聯(lián)鏈中有100個LED，每個LED都有1.5 V的壓降，則串上產生的電壓為150 V.即使驅動器可以提供適當的20到60 mA的電流，它也無法在150 V，除非它已經相應地設計并且還具有足夠高的電源軌。

此外，您還使用更高電壓的導軌連接到LED，安全問題可能會影響設計審查（取決于電氣規(guī)范，國家和其他因素，24至48 V以上的電壓通常被認為是潛在危險，需要特別考慮）。

串行方法的替代方案是并聯(lián)配置。這里，所有二極管并聯(lián)，并且驅動器僅需要在低順從電壓下工作，稍微多于一個二極管壓降。但是，它還必須提供更大量的電流：對于25 mA時的100個二極管，電流為2.5 A.在并聯(lián)方法中，任何單個二極管的開路故障與其他二極管無關（繼續(xù)正常運行）和供應。此外，即使發(fā)生較不常見的短路故障模式，也可以通過標準輸出電流限制技術輕松保護驅動器免受損壞。并聯(lián)配置的一個問題是管理每個二極管的電流平衡。 LED中不可避免的變化意味著二極管將消耗略微不同的電流量，并且亮度和色調也略有不同。輸出強度和色純度的變化在某些應用中是一個問題，但在其他應用中可能不那么重要。

全并聯(lián)方法的另一個問題是實現(xiàn)有效的低電壓，高電流電源更多難以（并且成本高）比提供更高電壓但電流更低的電源更困難。反過來，這會導致更高的運營成本并且具有散熱影響，通常會影響系統(tǒng)和機箱級別的設計。

工程折衷提供了許多選擇

除非LED的數量適中，否則低兩位數，大多數設計師選擇串行和并行拓撲的組合。雖然這是一個定義上的妥協(xié)，也許可能沒有人真正高興，但它實際上允許設計師完全管理權衡。結果通常是設計“最佳點”，其中所有關注點，合規(guī)電壓，電流需求和故障影響都得到合理滿足，并且沒有一個成為極端問題。

設計人員可以選擇每個串行集群的LED數量，以平衡他們對特定安裝和應用程序的沖突問題。串行LED通常分為并聯(lián)集群，每個集群有12到24個串聯(lián)設備，這意味著適中的電流水平和適中的電壓水平。當然，任何單個LED的開路模式故障只會影響該集群。

可以從單個公共電源驅動所有集群和LED，但這樣做可以回到更高電壓/電流的兩難境地。在許多情況下，使用較小的LED驅動器更為實用，理想和經濟，每個簇有一個驅動器。它們可以靠近它們驅動的集群，如果電流水平很高，這也可以降低電源軌的IR壓降（在較低電壓時出現(xiàn)問題）。幾乎所有標準DC/DC電壓輸出供應商功率調節(jié)器IC和模塊認識到LED陣列驅動器提供的巨大機會，因此也提供LED驅動器。至少有25家標準目錄LED驅動器供應商，以及更多只能進行定制自有品牌工作的供應商。雖然LED驅動器的核心是電源，但它的設計目的是提供電流調節(jié)輸出而不是電壓調節(jié)輸出，通常還有LED作為負載所需的其他特性和功能。這些包括處理非線性負載（因為它是二極管，LED是一個困難的負載）和控制單個LED的能力，通常是標牌應用的要求。 LED驅動器供應商可能沒有此類負載，驅動器和相關問題的經驗或跟蹤記錄，因此獲得一些關鍵評估非常重要。

用于小型顯示器的一個代表性DC/DC LED驅動器是LTC3220凌力爾特公司的高效率，低噪聲電荷泵驅動器，可為多達18個通用LED電流源供電（圖3）。它為所有通用電流源提供獨立的調光，開/關，閃爍和灰度控制，通過I2C串行接口端口進行系統(tǒng)控制。其6位線性DAC支持為每個通用LED電流源獨立調節(jié)亮度等級。效率高達91％，這是驅動大型陣列的關鍵因素，因為需要最大限度地降低運營成本和耗散要求。

圖3：凌力爾特公司的LTC3220 LED驅動器。設計用于有效驅動各種配置的多個LED，并通過I2C串行接口端口進行控制。系統(tǒng)處理器可以指示設置LED的調光，閃爍或亮度等級。

對于直接從AC線路操作而無需任何其他組件，CUI VLED15系列模塊包括大約24個LED驅動器（圖4），并提供簡單的使用和安裝。該6.5至17 W恒流系列的成員可以滿足各種電流/電壓配對，例如8-12 V/1.25 A和24-48 V/350 mA。此模塊方法的另一個好處是，電源具有完全的監(jiān)管批準和合規(guī)性，可直接在90至135 V和176至265 V AC線路上運行。為了幫助工程師完成設計，CUI還在Digi-Key網站上為VLED15系列提供了產品培訓模塊。

圖4：CUI公司的VLED15系列LED驅動器的成員是完整的AC/DC電源，無需額外組件并滿足所有法規(guī)要求，旨在支持中等尺寸的LED陣列。