一种自反馈串并联高压LED负载及电流控制方法技术

本发明专利技术提供一种自反馈串并联高压LED负载及电流分配方法，包括：多组并联的LED模组，各LED模组包括多个LED灯以及反馈电阻，所述LED灯及所述反馈电阻串联连接，所述反馈电阻用于调节各LED模组中的电流。所述自反馈串并联高压LED负载采用恒流控制；工作电压低的LED模组中通过较大的分电流，则其反馈电阻上的电压增加，并补偿LED灯串的工作电压，限制流过工作电压低的LED模组中的电流继续上升；流过各LED模组的分电流的差值减小，避免电流分配不均引起的失效。本发明专利技术在并联的LED灯串中增加反馈电阻，以此限制LED模组之间的电流差；同时，通过反馈电阻的正温度系数，进一步阻止电流分配不均匀的恶化；从而有效地保证并联状态下高压灯组的正常使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及LED制造领域，特别是涉及一种自反馈串并联高压LED负载及电流控制方法。
技术介绍
串并联方式的LED连接组成几十伏或几百伏大功率负载已被广泛地应用在照明领域。因为LED本身为低压的半导体器件，单颗LED的正常工作电压vf为3V左右。通常为满足输出功率的要求，几颗或几十颗LED需串联成高压模组以达到输出功率的要求。更多应用需要把这些串联的高压LED模组再并联组合，以实现更大的输出电流满足应用功率要求。目前市场上应用的照明LED器件绝大多数就是按这种架构来组成的。但因为LED生产工艺的局限，单颗LED的工作电压vf往往有一定误差，可能会在几十到几百毫伏的数量级。由这样的元器件制成的串联LED模组之间的工作电压vf的值将会有更大的误差。如图1所示，LED作为二极管器件，它的工作电流是其工作电压vf的函数，在LED两端施加正向工作电压，当正向工作电压小于LED的阈值电压时，LED不导通，不产生工作电流；当正向工作电压大于LED的阈值电压时，LED导通发光，并产生工作电流；随着正向工作电压的增大，工作电流急剧增加。如图2所示，两组不同工作电压的LED模组LED1和LED2并联在一起，假设LED1的工作电压为低于LED2的工作电压，则LED1两端的电压会被迫拉升到更高的工作电压，这样的结果是使LED1超负荷工作在大电流条件下。如图3所示，照明用LED一般是以恒流模式工作，这时两组并联LED模组的工作电流将有很大差异，大部分电流(if1)将从LED1通过使其超负荷工作，而LED2只承担少部分的电流(if2)则处于的低负荷状态。这两组LED模组的工作电压Vf差异越大，并联应用时造成的电流差异也越大。如图4所示，大电流超负荷的LED1的工作温度大幅上升(从T1上升到T2)，使其工作电压进一步下降(从vf1下降至vf1’)，而LED2的工作温度大幅下降(从T1下降至T3)，这样的负反馈将迅速恶化电流的分配，致使工作电压较低的LED1不胜负荷而开路失效，继而剩下的LED2要承受原两组LED模组的电流，也会很快因超负荷而失效。如果是多组并联的大功率LED，这样的情况会变得更明显，失效的问题更严重。上述问题是时下LED应用的可靠性失效主要机制之一，严重影响了LED照明灯具的使用寿命。以所谓的灯丝形LED模组为例，串联的单个模组由二十多颗LED器件组成，工作电压一般在65V～75V。采用单组灯丝的电流一般在10mA左右。同类串联模组的工作电压常常有1V～2V的差异，有时甚至更大。当两组灯丝并联应用时，电流比值几乎总是不等于1的。恶劣情况下会出现数倍，甚至十几倍或更高，所以灯丝会很快过热开路失效。目前LED工业界常用的解决方案是：1)在生产来料中筛选LED原料，采用同一类的LED芯片，使其工作电压尽量接近，这样可以减小最后生产的串联模组工作电压差值较小；2)每组高压串联模组分别恒流控制，以避开并联造成的工作电压差所致电流分配不均。这两个方案显然都不尽理想，方案1的生产成本会比较高，更重要的是即使采用分筛不同工作电压的LED也只能带来有限地改善。如果单颗LED的工作电压标准偏差可以控制在50mV(这需要非常精准的分类筛选)，70V～80V的串联模组也会有大于1V的偏差，这仍然会引入上述同样的问题，只是程度上稍有改善。而方案2是放弃了采用并联改用分组单独恒流，且不说系统体积是否容许，增加一路恒流控制的成本会大大上升，如果是多路并联的话，系统成本更是会直接成正比上升，也可能是完全不可取的。因此如何从根本上解决LED高压灯组在并联条件下的电流分配问题已成为本领域技术人员亟待解决的问题之一。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种自反馈串并联高压LED负载及电流控制方法，用于解决现有技术中LED串并联控制中电流分配不均引起的失效问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种自反馈串并联高压LED负载，所述自反馈串并联高压LED负载至少包括：多组并联的LED模组，各LED模组包括多个LED灯以及反馈电阻，所述LED灯及所述反馈电阻串联连接，所述反馈电阻用于调节各LED模组中的电流。优选地，所述反馈电阻为正温度系数电阻。更优选地，所述反馈电阻的阻值不大于300Ω。优选地，所述LED模组为集成的LED灯丝结构。更优选地，所述LED灯为正装LED芯片，各正装LED芯片及反馈电阻通过接着剂固定于导热基板上，以焊线连接各正装LED芯片及反馈电阻表面的焊板实现LED模组中各器件的串联。更优选地，所述LED灯为倒装LED芯片，各倒装LED芯片及反馈电阻通过底部的焊料与导热基板上的金属线连接，以实现LED模组中各器件的串联。更优选地，所述导热基板的材质为金属、陶瓷、玻璃、蓝宝石、氮化铝或石英。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种上述自反馈串并联高压LED负载的电流分配方法，所述自反馈串并联高压LED负载的电流分配方法至少包括：所述自反馈串并联高压LED负载采用恒流控制，流过各LED模组的总电流为设定值；各LED模组中的LED灯串的工作电压不等，工作电压低的LED模组中通过较大的分电流，则工作电压低的LED模组中的反馈电阻上的电压增加，反馈电阻上的电压补偿LED灯串的工作电压，限制流过工作电压低的LED模组中的电流继续上升；反之，工作电压高的LED模组中通过较小的分电流，则工作电压高的LED模组中的反馈电阻上的电压减小，反馈电阻上的电压抵消所述LED灯串的工作电压，阻碍流过所述LED模组中的电流继续下降；流过各LED模组的分电流的差值减小，避免电流分配不均引起的失效。优选地，分电流大的LED模组温度上升，正温度系数的反馈电阻的阻值也随温度上升，反馈电阻上的电压进一步增加；分电流小的LED模组温度下降，正温度系数的反馈电阻的阻值也随温度下降，反馈电阻上的电压进一步减小。如上所述，本专利技术的自反馈串并联高压LED负载及电流控制方法，具有以下有益效果：本专利技术的自反馈串并联高压LED负载及电流控制方法在并联的LED灯串中增加反馈电阻，通过反馈电阻限制并联的LED模组之间的电流差，避免出现较大差异；同时，通过反馈电阻的正温度系数，可进一步阻止因LED工作电压的漂移而加剧电流分配不均匀的恶化；从而有效地保证并联状态下高压灯组的正常使用寿命。附图说明图1显示为现有技术中的LED的伏安特性曲线的示意图。图2显示为现有技术中的LED负载的结构示意图。图3显示为现有技术中的LED负载中电流分配不均的原理示意图。图4显示为现有技术中的LED负载中温度变化加剧电流分配不均的原理示意图。图5显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载的结构示意图。图6显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载由LED灯丝实现的结构示意图。图7显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载的物理结构示意图。图8显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载的正装结构示意图。图9显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载的倒装结构示意图。图10显示为本专利技术的自反馈串并联高压LED负载的工作原理示意图。元件标号说明1 导热基板2 正装LED芯片3 反馈电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自反馈串并联高压LED负载，其特征在于，所述自反馈串并联高压LED负载至少包括：多组并联的LED模组，各LED模组包括多个LED灯以及反馈电阻，所述LED灯及所述反馈电阻串联连接，所述反馈电阻用于调节各LED模组中的电流。

【技术特征摘要】
1.一种自反馈串并联高压LED负载，其特征在于，所述自反馈串并联高压LED负载至少包括：多组并联的LED模组，各LED模组包括多个LED灯以及反馈电阻，所述LED灯及所述反馈电阻串联连接，所述反馈电阻用于调节各LED模组中的电流。2.根据权利要求1所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述反馈电阻为正温度系数电阻。3.根据权利要求1或2所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述反馈电阻的阻值不大于300Ω。4.根据权利要求1所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述LED模组为集成的LED灯丝结构。5.根据权利要求4所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述LED灯为正装LED芯片，各正装LED芯片及反馈电阻通过接着剂固定于导热基板上，以焊线连接各正装LED芯片及反馈电阻表面的焊板实现LED模组中各器件的串联。6.根据权利要求4所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述LED灯为倒装LED芯片，各倒装LED芯片及反馈电阻通过底部的焊料与导热基板上的金属线连接，以实现LED模组中各器件的串联。7.根据权利要求5或6所述的自反馈串并联高压LED负载，其特征在于：所述导热...

【专利技术属性】
技术研发人员：严守平，孔一平，
申请(专利权)人：山东明兴集成电路设计开发有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37