Comment connecter la LED au réseau d'éclairage

Après avoir lu ce titre, quelqu'un pourrait demander: «Pourquoi?» Oui, si tu restes LED même s'il est branché selon un certain schéma, il n'a pas de valeur pratique, il n'apportera aucune information utile. Mais si vous connectez la même LED en parallèle avec un élément chauffant contrôlé par un régulateur de température, vous pouvez contrôler visuellement le fonctionnement de l'ensemble de l'appareil. Parfois, cette indication vous permet de vous débarrasser de nombreux petits problèmes et problèmes.

À la lumière de ce qui a déjà été dit à propos de l'allumage des LED dans les articles précédents, la tâche semble triviale: il suffit de régler la résistance de limitation de la valeur souhaitée, et le problème est résolu. Mais tout cela est bon, si vous alimentez la LED avec une tension constante rectifiée: comme ils ont connecté la LED dans le sens direct, elle est restée.

Lorsque vous travaillez sur une tension alternative, tout n'est pas si simple. Le fait est que, en plus de la tension continue, la LED sera également affectée par la tension de polarité inversée, car chaque demi-cycle de la sinusoïde change de signe à l'opposé. Cette tension inverse n'éclairera pas la LED, mais elle peut devenir inutilisable très rapidement. Par conséquent, il est nécessaire de prendre des mesures pour se protéger contre cette tension "nocive".

Dans le cas de la tension secteur, le calcul de la résistance de trempe doit être basé sur une tension de 310V. Pourquoi? Tout est très simple ici: le 220V est tension actuelle, la valeur d'amplitude est de 220 * 1,41 = 310V. La tension d'amplitude à la racine de deux (1,41) fois supérieure au courant, et cela ne doit pas être oublié. Voici la tension directe et inverse appliquée à la LED. C'est à partir de la valeur de 310V que la résistance de la résistance d'extinction doit être calculée, et c'est à partir de cette tension, uniquement de polarité inversée, que la LED est protégée.

Comment protéger la LED de la tension inverse

Pour presque toutes les LED, la tension inverse ne dépasse pas 20V, car personne n'allait faire de redresseur haute tension dessus. Comment se débarrasser d'un tel malheur, comment protéger la LED de cette tension inverse?

Il s'avère que tout est très simple. La première façon consiste à allumer la régulière avec la LED diode de redressement avec une tension inverse élevée (non inférieure à 400 V), par exemple, 1N4007 - tension inverse 1000 V, courant direct 1A. C'est lui qui ne manquera pas la haute tension de polarité négative à la LED. Le schéma d'une telle protection est illustré à la Fig.1a.

La deuxième méthode, non moins efficace, consiste simplement à shunter la LED avec une autre diode, allumée en parallèle, Fig.1b. Avec cette méthode, la diode de protection n'a même pas besoin d'être avec une tension inverse élevée, n'importe quelle diode de faible puissance, par exemple KD521, est suffisante.

De plus, vous pouvez simplement allumer le contraire - en parallèle, deux LED: s'ouvrant l'une après l'autre, elles se protégeront mutuellement, et même les deux émettront de la lumière, comme le montre la figure 1c. Cela s'avère déjà la troisième méthode de protection. Les trois schémas de protection sont illustrés à la figure 1.

Figure 1. Voyants de protection des circuits contre les inversions de tension

La résistance de limitation dans ces circuits a une résistance de 24KΩ, qui, avec une tension de fonctionnement de 220V, fournit un courant de l'ordre de 220/24 = 9,16mA, peut être arrondie à 9. Ensuite, la puissance de la résistance de trempe sera de 9 * 9 * 24 = 1944mW, près de deux watts. Ceci malgré le fait que le courant à travers la LED est limité à 9mA. Mais une utilisation prolongée de la résistance à la puissance maximale ne mènera à rien de bon: elle deviendra d'abord noire, puis complètement grillée. Pour éviter cela, il est recommandé de mettre en série deux résistances de 12Kohm d'une puissance de 2W chacune.

Si vous définissez le niveau actuel sur 20 mA, résistance de puissance sera encore plus - 20 * 20 * 12 = 4800mW, presque 5W! Naturellement, personne ne peut se permettre un poêle d'une telle puissance pour le chauffage des locaux. Ceci est basé sur une LED, mais que faire s'il y a un tout Guirlande LED?

Condensateur - Résistance sans Watt

Le circuit représenté sur la figure 1a, la diode de protection D1 «coupe» le demi-cycle négatif de la tension alternative, donc la puissance de la résistance de trempe est divisée par deux. Mais, tout de même, la puissance reste très importante. Par conséquent, souvent comme résistance de limitation condensateur de ballast: il ne limitera pas le courant pire qu'une résistance, mais il ne dégagera pas de chaleur. Après tout, ce n'est pas pour rien qu'un condensateur est souvent appelé résistance libre. Cette méthode de commutation est illustrée à la figure 2.

Figure 2. Schéma pour allumer la LED à travers le condensateur de ballast

Tout semble bien se passer ici, même s'il y a une diode de protection VD1. Mais deux détails ne sont pas fournis. Premièrement, le condensateur C1 après avoir éteint le circuit peut rester dans un état chargé et stocker la charge jusqu'à ce que quelqu'un le décharge de sa propre main. Et cela, croyez-moi, arrivera certainement un jour. Le choc électrique n'est bien sûr pas fatal, mais plutôt sensible, inattendu et désagréable.

Par conséquent, afin d'éviter une telle nuisance, ces condensateurs d'extinction sont shuntés par une résistance d'une résistance de 200 ... 1000K. La même protection est installée dans les alimentations sans transformateur avec un condensateur d'extinction, dans les optocoupleurs et certains autres circuits. Sur la figure 3, cette résistance est désignée par R1.

Figure 3. Schéma de connexion de la LED au réseau d'éclairage

En plus de la résistance R1, la résistance R2 apparaît également sur le circuit. Son but est de limiter l'appel du courant à travers le condensateur lorsque la tension est appliquée, ce qui permet de protéger non seulement les diodes, mais le condensateur lui-même. Il est connu de la pratique qu'en l'absence d'une telle résistance, le condensateur se casse parfois, sa capacité devient bien inférieure à la valeur nominale. Il va sans dire que le condensateur doit être en céramique pour une tension de fonctionnement d'au moins 400 V ou spécial pour fonctionner dans des circuits alternatifs pour une tension de 250 V.

Un autre rôle important est attribué à la résistance R2: en cas de panne du condensateur, elle fonctionne comme un fusible. Bien sûr, les LED devront également être remplacées, mais au moins les fils de connexion resteront intacts. En fait, voici comment fonctionne un fusible dans alimentation à découpage, - les transistors ont grillé, et la carte de circuit imprimé est restée presque intacte.

Dans le schéma illustré à la figure 3, une seule LED est représentée, bien qu'en fait plusieurs d'entre elles puissent être allumées séquentiellement. La diode de protection remplira entièrement sa tâche seule, mais la capacité du condensateur de ballast devra être calculée, au moins approximativement, mais tout de même.

Comment calculer la capacité d'un condensateur d'extinction

Afin de calculer la résistance de la résistance d'extinction, il est nécessaire de soustraire la chute de tension sur la LED de la tension d'alimentation. Si plusieurs LED sont connectées en série, additionnez simplement leurs tensions et soustrayez également la tension d'alimentation. Connaissant cette tension résiduelle et le courant requis, selon la loi d'Ohm, il est très simple de calculer la résistance d'une résistance: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Ici U est la tension d'alimentation, Ud est la chute de tension entre les LED (si les LED sont connectées en série, alors Ud est la somme des chutes de tension entre toutes les LED), I est le courant à travers les LED, R est la résistance de la résistance d'extinction. Ici, comme toujours, est la tension en Volts, le courant en Ampères, le résultat en Ohms, 0,75 est un coefficient pour augmenter la fiabilité. Cette formule a déjà été donnée dans l'article. "Sur l'utilisation des LED".

L'amplitude de la chute de tension directe pour les LED de différentes couleurs est différente. À un courant de 20 mA, les LED rouges sont 1,6 ... 2,03V, jaune 2,1 ... 2,2V, vert 2,2 ... 3,5V, bleu 2,5 ... 3,7V. Les LED blanches ont la chute de tension la plus élevée, avec un large spectre d'émission de 3,0 ... 3,7V.Il est facile de voir que la dispersion de ce paramètre est suffisamment large.

Voici les chutes de tension de quelques types de LED uniquement par couleur. En fait, il y a beaucoup plus de ces couleurs, et la valeur exacte ne peut être trouvée que dans la documentation technique d'une LED spécifique. Mais souvent, cela n'est pas nécessaire: pour obtenir un résultat acceptable pour la pratique, il suffit de substituer une valeur moyenne (généralement 2 V) dans la formule, bien sûr, s'il ne s'agit pas d'une guirlande de centaines de LED.

Pour calculer la capacité d'un condensateur d'extinction, la formule empirique C = (4,45 * I) / (U-Uд) est appliquée

où C est la capacité du condensateur en microfarads, I est le courant en milliampères, U est la tension d'amplitude du réseau en volts. Lorsque vous utilisez une chaîne de trois LED blanches connectées en série, Ud est d'environ 12 V, U est l'amplitude de la tension secteur de 310 V, un condensateur d'une capacité de 20 mA est nécessaire pour limiter le courant

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

La valeur de condensateur standard la plus proche est de 0,15 μF, par conséquent, pour une utilisation dans ce circuit, deux condensateurs connectés en parallèle devront être utilisés. Ici, il faut faire une remarque: la formule n'est valable que pour une fréquence de tension alternative de 50 Hz. Pour les autres fréquences, les résultats seront incorrects.

Le condensateur doit d'abord être vérifié

Avant d'utiliser un condensateur, il doit être vérifié. Pour commencer, il suffit de brancher 220V, c'est mieux grâce à un fusible 3 ... 5A, et après 15 minutes vérifier le toucher, mais y a-t-il un échauffement perceptible? Si le condensateur est froid, vous pouvez l'utiliser. Sinon, assurez-vous d'en prendre un autre et de pré-vérifier également. Après tout, tout de même, 220V n'est plus 12, tout est un peu différent ici!

Si ce test a réussi, le condensateur ne s'est pas réchauffé, vous pouvez vérifier s'il y avait une erreur dans les calculs, si le condensateur est de la même capacité. Pour ce faire, allumez le condensateur comme dans le cas précédent du réseau, uniquement via un ampèremètre. Naturellement, l'ampèremètre doit être AC.

Ceci est un rappel que tous les multimètres numériques modernes ne peuvent pas mesurer le courant alternatif: des appareils simples et bon marché, par exemple, très populaires auprès des radio-amateurs DT838 Seriessont capables de mesurer uniquement le courant continu, qu'un tel ampèremètre affichera lors de la mesure du courant alternatif, personne ne le sait. Ce sera probablement le prix du bois de chauffage ou la température sur la lune, mais pas le courant alternatif à travers le condensateur.

Si le courant mesuré est approximativement le même qu'il s'est avéré dans le calcul selon la formule, vous pouvez alors connecter les LED en toute sécurité. Si au lieu des 20 ... 30 mA attendus, il s'est avéré 2 ... 3A, alors ici, soit une erreur dans les calculs, soit le marquage du condensateur est mal lu.

Interrupteurs lumineux

Ici, vous pouvez vous concentrer sur une autre façon d'allumer la LED dans le réseau d'éclairage utilisé dans les commutateurs rétroéclairés. Si un tel interrupteur est démonté, il peut être constaté qu'il n'y a pas de diodes de protection là-bas. Donc, tout ce qui est écrit un peu plus haut est un non-sens? Pas du tout, il suffit de regarder attentivement l'interrupteur démonté, plus précisément la valeur de la résistance. En règle générale, sa valeur nominale n'est pas inférieure à 200K, peut-être même un peu plus. Dans le même temps, il est évident que le courant traversant la LED sera limité à environ 1 mA. Un schéma de circuit rétroéclairé est illustré à la figure 4.

Figure 4. Schéma de connexion des LED dans un commutateur rétroéclairé

Ici, plusieurs résistants sont tués avec une seule résistance. Bien sûr, le courant à travers la LED sera faible, il brillera faiblement, mais assez brillamment pour voir cette lueur une nuit sombre dans la pièce. Mais dans l'après-midi, cette lueur n'est pas du tout nécessaire! Alors laissez-vous briller imperceptiblement.

Dans ce cas, le courant inverse sera faible, si faible que la LED ne pourra en aucun cas brûler. D'où les économies sur exactement une diode de protection, qui a été décrite ci-dessus. Avec la libération de millions, voire de milliards de disjoncteurs par an, les économies sont considérables.

Il semblerait qu'après avoir lu les articles sur les LED, toutes les questions concernant leur application soient claires et compréhensibles. Mais il y a encore beaucoup de subtilités et de nuances lors de l'inclusion de LED dans divers circuits. Par exemple, connexion parallèle et série ou, d'une autre manière, bons et mauvais circuits.

Parfois, vous souhaitez collecter une guirlande de plusieurs dizaines de LED, mais comment la calculer? Combien de LED peuvent être connectées en série s'il y a un bloc d'alimentation avec une tension de 12 ou 24V? Ces questions et d'autres seront examinées dans le prochain article, que nous appellerons «bons et mauvais circuits de commutation LED».

Boris Aladyshkin