¿Cómo se conectan varias linternas LED para controlar la corriente sin resistencias o regulador?

Fondo:
He diseñado varios productos de iluminación LED que se fabrican en China.

  

Tengo varias linternas LED cilíndricas que tienen una gran cantidad de LEDs
  ... ¿Hay LEDs ultrabrillantes que puede apagar directamente de 4,5 voltios sin una resistencia limitadora de corriente? ¿O hay LEDs blancos ultra brillantes de propósito especial diseñados para una fuente de alimentación de 4.5 voltios que tienen resistencias limitadoras de corriente internas?

No y no, desafortunadamente.
Muchas luces LED se construyen como usted describe, con varios LED blancos conectados en paralelo y conectados esencialmente directamente a través de la batería.

Son basura.
No están "diseñados".

Los construyen de esta manera "porque pueden" y funcionan lo suficientemente bien como para poder venderlos.
Cuando se suministran con 4.5 V +, los LED se controlan muy por encima de su calificación máxima de diseño y sus tiempos de vida se acortan considerablemente. Los LED utilizados son, por lo general, dispositivos de bajo costo de por vida.

  

Pregunta de seguimiento: ¿Alguien sabe si las bombillas LED de 12 voltios que están en las luces del paisaje tienen un regulador de voltaje en ellas?

Las tiras de LED de 12 voltios usualmente usan 3 matrices de LED en serie más una resistencia en serie.
Es posible que el tiempo de encendido / apagado sea inferior a 1 microsegundo si los condensadores no se usan corriente abajo del interruptor.

La corriente está configurada para ser "correcta" a 12 voltios, por lo que variará sustancialmente si se usa en un contexto automotriz donde se producen varios voltios de variación. Muchas tiras utilizan LED individuales, pero algunas usan 3 LED de matriz por paquete con las 3 matrices independientes conectadas en serie. Es posible, pero no seguro, que las tiras con LED individuales funcionen algo más frías debido a una menor concentración de Energía por paquete.

La vida útil de estos LED puede ser mejor, ya que la resistencia de la serie significa que están un poco más controlados. He visto variaciones muy importantes en la producción de tiras que aparecen de manera similar. El brillo no tiene una relación obvia con las especificaciones de LED y una franja más brillante puede reflejar simplemente una decisión de marketing de los fabricantes. Puede obtener una gama de LED por metro, pero el consumo de corriente y la cantidad de LED no están directamente relacionados.

Los LED blancos suelen tener una caída de voltaje en el rango de 3.0 a 3.5 V a la corriente nominal.
El aumento de la corriente tiende a ser exponencial con el voltaje y, a 4,5 V, casi cualquier LED se autodestruye casi instantáneamente. La "gracia salvadora" (si se puede llamar así) es que la combinación de baterías pequeñas y muchos LED significa que las baterías no pueden producir más que la corriente "demasiado" cuando las baterías son nuevas. Cualquier luz construida de esta manera demuestra una falta total de preocupación y / o conocimiento del fabricante.

Agregar un solo resistor de serie común hace una mejora sustancial en el perfil de voltaje / corriente y un resistor por LED ayudaría enormemente a equilibrar la corriente entre los LED.

Añadido mayo 2016

Harper comentó:

  

OP está preguntando por las bombillas LED, no tiras. Esos son comúnmente hechos como reemplazos atornillados para incandescentes. Algunos tienen una resistencia, pero muchos tienen un convertidor de cambio que acepta un rango de voltajes de 12-30 V o más. El voltaje de la serie de LED es bastante cercano a 12V real, por lo que si el voltaje cae muy por debajo de 12V, el convertidor Buck pasará a un ciclo de trabajo del 100% y simplemente pasará el voltaje, haciendo que los LED se atenúen rápidamente.

Mi respuesta abordó las tiras de LED como noté, que el OP no preguntó, como Harper señaló :-).

Los comentarios de Harper anteriores son correctos cuando corresponde. No he visto una bombilla con un convertidor de dólar internamente, pero no hay duda de que existe. Los LED blancos tienen Vf típicamente en el rango 2.8V - 3.5V. 2.8V es inusual y generalmente solo se ve en LEDs razonablemente modernos o que funcionan bien a plena potencia. A 12 V nominales, 4 LED tienen 12/4 = 3 V cada uno disponible. Permitiendo una pequeña caída de voltaje en los conectores y el cableado de 4 LED con Vf de 2.8V a 2.9V se podría operar a plena potencia. En situaciones del mundo real con Vin capaz de estar por debajo de 12V, 4 LED en serie a menudo funcionarán, pero 3 x LED en serie son "más seguros". Las bombillas pueden no coincidir con las tiras en la configuración, pero todas las tiras de LED de 12 V que he visto utilizan 3 LED en serie.

La linterna de 9 LED que tengo definitivamente tiene los LED conectados en paralelo.

Los LED blancos normalmente tienen un voltaje directo de 3,2 voltios, o sea, por lo que con un suministro de 4,5 voltios, no se pueden conectar en serie.

La linterna aparentemente depende de la resistencia interna de las baterías para limitar la corriente a través de los LED a un valor seguro (o al menos, no fatal). No se intenta equilibrar la corriente entre los LED.

Puede ser tan simple como tres juegos de tres LED de serie conectados en paralelo. Eso permitiría 1.5V en cada LED y funcionaría bien, suponiendo que las baterías puedan suministrar la corriente. Si la tensión directa es inferior a 1,5 V, los LED consumirán una cantidad de corriente exponencialmente mayor que la que supondrían y dañarán el dispositivo, por lo que estoy seguro de que hay algunas resistencias limitadoras en la PCB. Por otra parte, usted mencionó tener algunos fallos, por lo que esa puede ser la razón.

Para tener más confianza que una simple conjetura, necesitaremos ver un diagrama, o al menos una foto, como ha sugerido Vladimir.