Jak připojit LED k osvětlovací síti

Po přečtení tohoto nadpisu se někdo může zeptat: „Proč?“ Ano, pokud se jen držíte LED i když je zapojen podle určitého vzoru, nemá praktickou hodnotu, nepřinese žádné užitečné informace. Pokud však stejnou LED připojíte paralelně s topným tělesem ovládaným regulátorem teploty, můžete vizuálně ovládat provoz celého zařízení. Někdy vám tato indikace umožňuje zbavit se mnoha malých problémů a potíží.

Ve světle toho, co již bylo řečeno o zapnutí diod LED v předchozích článcích, úloha se zdá triviální: stačí nastavit omezující rezistor na požadovanou hodnotu a problém je vyřešen. Ale to vše je dobré, pokud napájíte LED diodou usměrněným konstantním napětím: když připojovaly LED diodou ve směru vpřed, zůstala.

Při práci na střídavém napětí není vše tak jednoduché. Skutečnost je taková, že kromě stejnosměrného napětí bude LED také ovlivněna napětím s obrácenou polaritou, protože každý poloviční cyklus sinusoidu mění své znaménko opačně. Toto zpětné napětí nesvítí LED, ale může být velmi rychle nepoužitelné. Je proto nezbytné přijmout opatření na ochranu proti tomuto „škodlivému“ napětí.

V případě síťového napětí by měl být výpočet zhášecího odporu založen na napětí 310 V. Proč? Všechno je zde velmi jednoduché: 220V je proudové napětí, hodnota amplitudy je 220 * 1,41 = 310 V. Amplitudové napětí ke kořenům dva (1,41) krát větší než proud, a to by nemělo být zapomenuto. Zde je předpětí a zpětné napětí přivedené na LED. Od hodnoty 310 V by se měl vypočítat odpor zhášecího rezistoru a z tohoto napětí, pouze s obrácenou polaritou, je LED chráněna.

Jak chránit LED před reverzním napětím

Téměř všechny LED diody nepřevyšují zpětné napětí 20 V, protože na ně nikdo nechtěl vytvořit vysokonapěťový usměrňovač. Jak se zbavit takového neštěstí, jak chránit LED před tímto zpětným napětím?

Ukázalo se, že vše je velmi jednoduché. Prvním způsobem je zapnout normální pomocí LED usměrňovací dioda s vysokým zpětným napětím (ne nižším než 400 V), například 1N4007 - zpětné napětí 1000 V, dopředný proud 1A. Je to on, kdo nebude chybět vysokému napětí záporné polarity na LED. Schéma takové ochrany je znázorněno na obr. La.

Druhou, neméně účinnou metodou je jednoduše zkratovat LED diodou další diodou, zapnutou proti paralelně, obr. 1b. U této metody nemusí ochranná dioda dokonce mít vysoké zpětné napětí, postačuje jakákoli nízkoenergetická dioda, například KD521.

Kromě toho můžete jednoduše zapnout opak - paralelně dvě LED diody: otevření jedné po druhé, budou se navzájem chránit a dokonce i obě budou vysílat světlo, jak je znázorněno na obrázku 1c. To již ukazuje třetí způsob ochrany. Všechna tři schémata ochrany jsou uvedena na obrázku 1.

Obrázek 1. LED diody na ochranu obvodů proti zpětnému napětí

Omezovací odpor v těchto obvodech má odpor 24 kΩ, který při provozním napětí 220 V poskytuje proud řádově 220/24 = 9,16 mA, může být zaokrouhlen na 9. Poté bude výkon zhášecího rezistoru 9 * 9 * 24 = 1944 mW, téměř dva watty. To navzdory skutečnosti, že proud přes LED je omezen na 9 mA. Dlouhodobé používání rezistoru při maximálním výkonu však nepovede k ničemu dobrému: nejprve zčerná a poté zcela shoří. Aby se tomu zabránilo, doporučuje se do série vložit dva odpory 12Kohm s výkonem 2W každý.

Pokud je zadána aktuální úroveň 20 mA, pak výkonový rezistor bude ještě více - 20 * 20 * 12 = 4800 mW, téměř 5 W! Nikdo si samozřejmě nemůže dovolit sporák s takovou energií pro vytápění prostoru. To je založeno na jedné LED, ale co když existuje celek LED věnec?

Kondenzátor - bezporuchový odpor

Obvod znázorněný na obr. La, ochranná dioda D1 „přerušuje“ záporný poloviční cyklus střídavého napětí, proto je výkon zhášecího rezistoru snížen na polovinu. Ale přesto zůstává moc velmi významná. Proto často jako omezující odpor kondenzátor předřadníku: omezí proud o nic horší než odpor, ale nevydá teplo. Koneckonců, není za nic, že ​​kondenzátor je často nazýván volným odporem. Tento způsob přepínání je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2. Schéma pro zapnutí LED přes kondenzátor zátěže

Všechno se zde zdá být v pořádku, i když existuje ochranná dioda VD1. Dva podrobnosti však nejsou uvedeny. Za prvé, kondenzátor C1, po vypnutí obvodu, může zůstat v nabitém stavu a uložit náboj, dokud jej někdo nevybije vlastní rukou. A tohle, věřte mi, se určitě někdy stane. Elektrický šok není samozřejmě fatální, ale spíše citlivý, nečekaný a nepříjemný.

Proto, aby se předešlo takovému obtěžování, jsou tyto kondenzační kondenzátory posunovány rezistorem s odporem 200 ... 1000K. Stejná ochrana je instalována v beztransformátorových napájecích zdrojích s zhášecím kondenzátorem, v optočlenech a některých dalších obvodech. Na obrázku 3 je tento rezistor označen jako R1.

Obrázek 3. Schéma připojení LED k osvětlovací síti

Kromě rezistoru R1 se na obvodu objevuje také rezistor R2. Jeho účelem je omezit přívod proudu kondenzátorem při přivedení napětí, což pomáhá chránit nejen diody, ale i samotný kondenzátor. Z praxe je známo, že při absenci takového rezistoru kondenzátor někdy praskne, jeho kapacita se stává mnohem menší než jmenovitá hodnota. Není třeba říkat, že kondenzátor musí být keramický pro provozní napětí nejméně 400 V nebo speciální pro provoz v střídavých obvodech pro napětí 250 V.

Další důležitá role je přiřazena rezistoru R2: v případě poruchy kondenzátoru funguje jako pojistka. Samozřejmě bude také nutné vyměnit LED diody, ale alespoň spojovací vodiče zůstanou neporušené. Ve skutečnosti takto funguje pojistka spínací napájení- tranzistory vyhořely a deska plošných spojů zůstala téměř nedotčená.

Ve schématu znázorněném na obr. 3 je zobrazena pouze jedna LED, i když ve skutečnosti může být několik z nich zapnuto postupně. Ochranná dioda se zcela vyrovná se svou úlohou sama, ale kapacitní odpor balastového kondenzátoru bude muset být vypočten, alespoň přibližně,.

Jak vypočítat kapacitu chladicího kondenzátoru

Aby bylo možné vypočítat odpor zhášecího odporu, je třeba odečíst úbytek napětí na LED od napájecího napětí. Pokud je v sérii zapojeno několik LED, jednoduše sčítejte jejich napětí a také odečtěte napájecí napětí. Znát toto zbytkové napětí a požadovaný proud, podle Ohmova zákona, je velmi jednoduché vypočítat odpor rezistoru: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Zde U je napájecí napětí, Ud je úbytek napětí na LED (pokud jsou LED zapojeny v sérii, pak Ud je součet poklesů napětí na všech LED), I je proud přes LED, R je odpor zhášecího rezistoru. Zde je, jako vždy, napětí ve voltech, proud v ampérech, výsledek v ohmech, 0,75 je koeficient pro zvýšení spolehlivosti. Tento vzorec již byl uveden v článku. „O použití LED“.

Velikost přímého úbytku napětí u LED různých barev je různá. Při proudu 20 mA jsou červené LED diody 1,6 ... 2,03 V, žluté 2,1 ... 2,2 V, zelené 2,2 ... 3,5 V, modré 2,5 ... 3,7 V. Bílé LED diody mají nejvyšší pokles napětí, mají široké emisní spektrum 3,0 ... 3,7 V.Je snadné vidět, že rozptyl tohoto parametru je dostatečně široký.

Zde jsou úbytky napětí jen několika typů LED, pouze podle barvy. Ve skutečnosti existuje mnohem více z těchto barev a přesnou hodnotu najdete pouze v technické dokumentaci pro konkrétní LED. Ale často to není nutné: aby se dosáhlo přijatelného výsledku pro praxi, stačí nahradit ve vzorci nějakou průměrnou hodnotu (obvykle 2 V), pokud to není věnec stovek LED.

Pro výpočet kapacity zhášejícího kondenzátoru se použije empirický vzorec C = (4,45 * I) / (U-Uд)

kde C je kapacita kondenzátoru v mikrofaradech, I je proud v miliampérech, U je napětí amplitudové sítě ve voltech. Při použití řetězu tří sériově zapojených bílých LED diod je Ud přibližně 12 V, U je napětí sítě 310 V, aby se omezil proud na 20 mA, kondenzátor s kapacitou

C = (4,45 * I) / (U-Uд) = C = (4,45 x 20) / (310-12) = 0,29865 uF, téměř 0,3 μF.

Nejbližší standardní hodnota kondenzátoru je 0,15 μF, proto pro použití v tomto obvodu bude nutné použít dva paralelně připojené kondenzátory. Zde je třeba poznamenat: vzorec platí pouze pro frekvenci střídavého napětí 50 Hz. U ostatních frekvencí budou výsledky nesprávné.

Kondenzátor musí být nejprve zkontrolován

Před použitím kondenzátoru je nutné jej zkontrolovat. Pro začátek stačí připojit 220 V, je to lepší pojistkou 3 ... 5A a po 15 minutách zkontrolovat dotek, ale je zde patrné zahřívání? Pokud je kondenzátor studený, můžete jej použít. V opačném případě nezapomeňte vzít další a také předběžnou kontrolu. Koneckonců, to samé, 220V už není 12, tady je všechno trochu jiné!

Pokud byl tento test úspěšný, kondenzátor se nezahřál, pak můžete zkontrolovat, zda nedošlo k chybě ve výpočtech, zda má kondenzátor stejnou kapacitu. K tomu je třeba zapnout kondenzátor jako v předchozím případě v síti, pouze pomocí ampérmetru. Ampérmetr by samozřejmě měl být střídavý proud.

Připomíná to, že ne všechny moderní digitální multimetry dokáží měřit střídavý proud: jednoduchá, levná zařízení, například velmi oblíbená u radioamatérů Série DT838jsou schopny měřit pouze stejnosměrný proud, který takový ampérmetr ukáže při měření střídavého proudu, který nikdo neví. S největší pravděpodobností to bude cena palivového dříví nebo teplota na Měsíci, ale nikoli střídavý proud přes kondenzátor.

Pokud je měřený proud přibližně stejný, jak se ukázalo ve výpočtu podle vzorce, můžete bezpečně připojit LED diody. Pokud namísto očekávaných 20 ... 30 mA dopadlo 2 ... 3A, je zde chybně přečtena chyba ve výpočtech nebo označení kondenzátoru.

Osvětlené spínače

Zde se můžete zaměřit na jiný způsob zapnutí LED v použité osvětlovací síti v podsvícených spínačích. Pokud je takový spínač rozebrán, pak zjistíte, že zde nejsou žádné ochranné diody. Takže vše, co je napsáno o něco vyšší, je nesmysl? Vůbec ne, stačí se pečlivě podívat na rozebraný spínač, přesněji na hodnotu odporu. Její nominální hodnota není zpravidla menší než 200 000, možná i o něco více. Současně je zřejmé, že proud přes LED bude omezen na asi 1 mA. Schéma podsvíceného obvodu je na obrázku 4.

Obrázek 4. Schéma zapojení LED v podsvíceném spínači

Zde je několik rezistorů zabito jedním rezistorem. Proud prostřednictvím LED bude samozřejmě malý, bude slabě, ale docela jasně, vidět tuto záři za temné noci v místnosti. Ale odpoledne tato záře není vůbec nutná! Nechte se tedy nepostřehnutelně svítit.

V tomto případě bude zpětný proud slabý, tak slabý, že LED v žádném případě nemůže hořet. Úspory na jedné ochranné diodě, která byla popsána výše. S vydáním miliónů, nebo dokonce miliard, jističů ročně, úspory jsou značné.

Zdá se, že po přečtení článků o LED jsou všechny otázky týkající se jejich použití jasné a pochopitelné. Při zahrnutí LED v různých obvodech však stále existuje mnoho jemností a nuancí. Například paralelní a sériové připojení nebo jiným způsobem dobré a špatné obvody.

Někdy chcete sbírat věnec několika tuctů LED, ale jak to spočítat? Kolik LED lze zapojit do série, pokud je k dispozici napájecí jednotka s napětím 12 nebo 24 V? Tyto a další problémy se budou zabývat v dalším článku, který nazveme „Dobré a špatné spínací obvody LED“.

Boris Aladyshkin