Podłączanie diody LED do 220 V
Diody LED są szeroko stosowane jako źródła światła. Są one jednak zaprojektowane do niskiego napięcia zasilania i często istnieje potrzeba włączenia diody LED w sieci domowej 220 woltów. Przy niewielkiej znajomości elektrotechniki i umiejętności wykonywania prostych obliczeń jest to możliwe.
Metody połączenia
Standardowe warunki pracy większości diod LED to napięcie 1,5-3,5 V i prąd 10-30 mA. Gdy urządzenie jest podłączone bezpośrednio do domowej sieci elektrycznej, jego żywotność będzie wynosić dziesiąte części sekundy. Wszystkie problemy związane z podłączeniem diod LED do sieci o podwyższonym napięciu w porównaniu do standardowego napięcia roboczego sprowadzają się do oddania nadmiernego napięcia i ograniczenia prądu płynącego przez element świecący. Sterowniki – układy elektroniczne – radzą sobie z tym zadaniem, ale są dość złożone i składają się z dużej liczby elementów.Ich zastosowanie ma sens przy zasilaniu matrycy LED wieloma diodami LED. Istnieją prostsze sposoby na połączenie jednego elementu.
Połączenie z rezystorem
Najbardziej oczywistym sposobem jest szeregowe połączenie rezystora z diodą LED. Spadnie nadmierne napięcie i ograniczy prąd.
Obliczenie tego rezystora odbywa się w następującej kolejności:
- Niech będzie dioda LED o prądzie znamionowym 20 mA i spadku napięcia 3 V (patrz instrukcja dla rzeczywistych parametrów). Lepiej jest wziąć 80% nominalnego prądu roboczego - LED w warunkach oświetleniowych będzie żył dłużej. Ipraca=0,8 Inom=16 mA.
- Na dodatkowej rezystancji napięcie sieciowe spadnie minus spadek napięcia na diodzie LED. Urab \u003d 310-3 \u003d 307 V. Oczywiście prawie całe napięcie będzie na rezystorze.
Ważny! Przy obliczaniu należy stosować nie aktualną wartość napięcia sieciowego (220 V), ale wartość amplitudy (szczytową) - 310 V.
- Wartość dodatkowego oporu określa się zgodnie z prawem Ohma: R = Urab / Irab. Ponieważ prąd jest wybierany w miliamperach, rezystancja będzie wyrażona w kiloomach: R \u003d 307/16 \u003d 19,1875. Najbliższa wartość ze standardowego zakresu to 20 kOhm.
- Aby obliczyć moc rezystora za pomocą wzoru P=UI, prąd roboczy musi być pomnożony przez spadek napięcia na rezystancji gaszenia. Przy wartości znamionowej 20 kΩ średni prąd wyniesie 220 V / 20 kΩ = 11 mA (tu możesz wziąć pod uwagę napięcie efektywne!), a moc wyniesie 220 V * 11 mA = 2420 mW lub 2,42 W. Ze standardowego asortymentu możesz wybrać rezystor o mocy 3 W.
Ważny! Obliczenie to jest uproszczone, nie zawsze uwzględnia spadek napięcia na diodzie LED i jej rezystancję w stanie włączenia, ale ze względów praktycznych dokładność jest wystarczająca.
Więc możesz połączyć łańcuch diody LED połączone szeregowo. Przy obliczaniu należy pomnożyć spadek napięcia na jednym elemencie przez ich całkowitą liczbę.
Połączenie szeregowe diody wysokiego napięcia wstecznego (400 V lub więcej)
Opisana metoda ma istotną wadę. Dioda LED, jak każde urządzenie oparte na złączu p-n, przepuszcza prąd (i świeci) bezpośrednią półfalą prądu przemiennego. Z odwróconą półfalą jest zablokowana. Jego odporność jest wysoka, znacznie wyższa niż odporność na balast. A napięcie sieciowe o amplitudzie 310 V przyłożone do łańcucha spadnie głównie na diodzie LED. I nie jest przeznaczony do pracy jako prostownik wysokiego napięcia i może wkrótce ulec awarii. Aby zwalczyć to zjawisko, często zaleca się szeregowe włączenie dodatkowej diody, która wytrzyma napięcie wsteczne.
W rzeczywistości przy takim włączeniu przyłożone napięcie wsteczne zostanie podzielone w przybliżeniu na pół między diody, a dioda LED będzie nieco jaśniejsza, gdy spadnie na nią około 150 V lub trochę mniej, ale jej los nadal będzie smutny.
Bocznikowanie diody LED konwencjonalną diodą
Poniższy schemat jest znacznie bardziej wydajny:
Tutaj element emitujący światło jest podłączony przeciwnie i równolegle do dodatkowej diody. Przy ujemnej półfalie dodatkowa dioda otworzy się, a całe napięcie zostanie przyłożone do rezystora. Jeśli wcześniej wykonane obliczenia były prawidłowe, opór nie przegrzeje się.
Połączenie tyłem do siebie dwóch diod LED
Studiując poprzedni obwód, nie może nie przyjść myśl - po co używać bezużytecznej diody, skoro można ją zastąpić tym samym emiterem światła? To jest poprawne rozumowanie. I logicznie schemat odradza się w następującej wersji:
Tutaj ta sama dioda LED jest używana jako element ochronny. Chroni pierwszy element podczas odwróconej półfali i jednocześnie promieniuje. Przy bezpośredniej połowie fali sinusoidy diody LED zmieniają role. Zaletą układu jest pełne wykorzystanie zasilacza. Zamiast pojedynczych elementów można włączyć łańcuchy diod LED w kierunku do przodu i do tyłu. Do obliczeń można zastosować tę samą zasadę, ale spadek napięcia na diodach LED jest mnożony przez liczbę diod LED zainstalowanych w jednym kierunku.
Z kondensatorem
Zamiast rezystora można zastosować kondensator. W obwodzie prądu przemiennego zachowuje się trochę jak rezystor. Jego rezystancja zależy od częstotliwości, ale w sieci domowej ten parametr pozostaje niezmieniony. Do obliczeń możesz przyjąć wzór X \u003d 1 / (2 * 3,14 * f * C), gdzie:
- X to reaktancja kondensatora;
- f jest częstotliwością w hercach, w rozpatrywanym przypadku jest równa 50;
- C to pojemność kondensatora w faradach, aby zamienić na uF, użyj współczynnika 10-6.
W praktyce stosuje się następujący wzór:
C \u003d 4,45 * Pracuję / (U-Ud), gdzie:
- C to wymagana pojemność w mikrofaradach;
- Irab - prąd roboczy diody LED;
- U-Ud - różnica między napięciem zasilania a spadkiem napięcia na elemencie emitującym światło - ma praktyczne znaczenie przy stosowaniu łańcucha diod LED. Przy zastosowaniu pojedynczej diody LED można z wystarczającą dokładnością przyjąć wartość U równą 310 V.
Kondensatory mogą być używane z napięciem roboczym co najmniej 400 V.Obliczone wartości prądów charakterystycznych dla takich obwodów podano w tabeli:
| Prąd roboczy, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Pojemność kondensatora balastowego, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Uzyskane wartości są dość dalekie od standardowego zakresu pojemności. Tak więc dla prądu 20 mA odchylenie od wartości nominalnej 0,25 μF wyniesie 13%, a od 0,33 μF - 14%. można wybrać rezystor; znacznie dokładniejsze. To pierwsza wada tego schematu. O drugim już wspomnieliśmy – kondensatory o napięciu 400 V i wyższym są dość duże. A to jeszcze nie wszystko. Przy zastosowaniu zbiornika balastowego obwód jest zarośnięty dodatkowymi elementami:
Rezystancja R1 jest ustawiona ze względów bezpieczeństwa. Jeśli obwód jest zasilany z 220 V, a następnie odłączony od sieci, kondensator nie rozładuje się - bez tego rezystora obwód prądu rozładowania będzie nieobecny. Jeśli przypadkowo dotkniesz zacisków pojemnika, łatwo o porażenie prądem. Rezystancję tego rezystora można dobrać w kilkuset kiloomach, w stanie roboczym jest bocznikowany pojemnościowo i nie wpływa na działanie obwodu.
Rezystor R2 jest potrzebny do ograniczenia początkowego prądu ładowania kondensatora. Dopóki pojemność nie zostanie naładowana, nie będzie służyła jako ogranicznik prądu, a w tym czasie dioda LED może mieć czas na awarię. Tutaj musisz wybrać wartość kilkudziesięciu omów, nie będzie to również miało wpływu na działanie obwodu, chociaż można to uwzględnić w obliczeniach.
Przykład włączenia diody LED w włączniku światła
Jednym z typowych przykładów praktycznego zastosowania diody LED w obwodzie 220 V jest wskazanie stanu wyłączenia domowego przełącznika i ułatwienie znalezienia jego lokalizacji w ciemności. Dioda LED tutaj pracuje z prądem około 1 mA - poświata będzie słaba, ale zauważalna w ciemności.
Tutaj lampa służy jako dodatkowy ogranicznik prądu, gdy przełącznik jest w pozycji otwartej i przyjmie niewielką część napięcia wstecznego. Ale główna część napięcia wstecznego jest przyłożona do rezystora, więc dioda LED jest tutaj stosunkowo chroniona.
Wideo: DLACZEGO NIE INSTALOWAĆ PODŚWIETLANY PRZEŁĄCZNIK?
Bezpieczeństwo
Środki ostrożności podczas pracy w istniejących instalacjach regulują Zasady ochrony pracy podczas eksploatacji instalacji elektrycznych. Nie mają zastosowania do domowego warsztatu, ale przy podłączaniu diody LED do sieci 220 V należy wziąć pod uwagę ich podstawowe zasady. Główną zasadą bezpieczeństwa podczas pracy z jakąkolwiek instalacją elektryczną jest to, że wszystkie prace muszą być wykonywane przy odłączonym napięciu, co eliminuje błędne lub niezamierzone, nieuprawnione włączenie. Po wyłączeniu wyłącznika, brak napięcia musi być: sprawdź u testera. Cała reszta to użycie rękawic dielektrycznych, mat, tymczasowe uziemienie itp. trudne do zrobienia w domu, ale musimy pamiętać, że środków bezpieczeństwa jest niewiele.