险阻重重的平行驱动

一旦变成并排后，流经每个LED的电压便相等，但它们不同的动态电阻则会提取不同大小的电流。正如表1所见，LED2在1A下具有全组最低的VF和rD。这与LED1的情况恰好相反，它在全组中的VF和rD均达到最高。一个表面上很小的0.42V差别却会为LED2带来超过3倍的电流。

以正激电压来分组

LED是以其光通量、颜色(或色温)及正激电压VF来划分的。大部份LED制造商在一个卷带包装上只提供一个组别的LED。例如，当整条产品线的VF范围是从2.8V到4.2V时，一个典型的VF组别可能只包含有VF从3.27V到3.51V(在 25℃下)的LED。正如表1所见，LED间的VF匹配性越高，当采用串并行阵列时，行与行之间的电流容限便越好。可是，要保证每一个购买回来的LED都属同一个组别是十分困难或者说甚至是不可能的。因为假如LED制造商对每一个客户都作出保证承诺，那么该制造商很快便会发现很多组别的产品都出现过剩和过时。在现实环境中，制造商均倾向销售不同组别的产品，除非接到很大的订单。


表 2  手持式IR探针测试结果

即使LED可以均分电流，把100个LED全都以并排方式放置是不切实际的，情况就好比将100个LED排成一串。为此，我们进行另一个比较切合实际的实验，就是把16个LED以4 X 4 的方式排成一个串并行阵列，然后量度行与行之间的电流匹配性。16个来自同一VF组别的LED被排列完成后，便用一个实验桌上的4A电源来供电。每一行都加入一个串联的高精度5mW电流检测电阻，以便进行个别的电流测量，同时也可把电阻性锁流量减至最小。接着，我们重复实验，但这次所用的16个LED是从四个不同的VF组别随机抽取的。跟先前一样，实验在25℃环境下进行，并且在施加电源后的5秒内进行记录。之后，当阵列经过一个长约半小时的通电后，再用手持式IR探针测量其热稳态。图3所示为实验电路，表2则表示其测量结果。


图3  测试一个串并行阵列

即使VF 匹配仍不足够

表2的结果表明：在25℃下，在串并行阵列中采用相同VF的LED可改善电流的平衡性。在VF不相配的串并行阵列中，最坏的情况下行与行之间的电流差别达820mA，而在VF匹配的串并行阵列中，出现的行与行之间的电流最大差别只有240mA。可是，即使LED间的正激电压匹配得很紧密，其程度也是制造商所能提供的最大极限，仍会在行与行之间出现明显的电流差别，大约是1A目标直流电流的25%。此外，一旦LED芯片开始出现自行加热，在相配阵列中的电流便会与不相配阵列一样，逐渐失去平衡。

热过载

为了对抗潜在的亮度或颜色失衡，照明系统的设计人员可以把不同行的LED混合在一起并采用混合光学技术(blending optics)来补救，但这种方法并不能应付因VF下降而产生的正反馈环路问题，因为VF下降是由LED芯片温度上升所引起的。即使每一个LED均来自同一个VF组别，但在阵列中总有一行灯串的VF是最低的，而这行灯串总能提取比其他行更多的电流。由此，更多的电流会导致更大的功耗，并由于该灯串会比其他灯串更热，以致其VF会进一步下跌。使问题更为复杂的是，当VF随芯片温度的上升而下降时，没有一个VF组别可以与之匹配，以致每个LED都呈现不同的DVF/DT斜率。表2显示出25℃和热稳态之间的电流平衡，只要把两者的数据加以比较便可清楚看到这个现象。在一个采用混合光学技术的大型阵列中，从最热灯串发放出来的光输出量，其差别可能很难凭肉眼察觉，但其寿命和亮度的稳定性则必定会下降。

结论

在LED的正激电压分组方面，每组之间的差别可在1mV以内，这可以大大改善它们在25℃下的电流均分能力，但这也会大幅增加成本。然而，即使LED间的VF非常匹配，但一旦出现过热，每行的电流便会因个别不同的DVF/DT斜率而不能再平均分配。即使刻意为每个LED设置相同的散热措施，一旦触及热稳态，串并行阵列中的电流失配都会使这些措施形同虚设。为解决这个问题，应该在每行灯串上加入一个电流调节器。对于某些应用而言，加入一个锁流电阻器便已足够，但对于某些应用而言，则可能需要加入一个具备线性稳压器的电流井/源，为了达到最大的电源效率和灵活性，最好还是采用开关稳压器。