Kā savienot gaismas diodi ar apgaismojuma tīklu

Pēc šī virsraksta lasīšanas kāds varētu jautāt: “Kāpēc?” Jā, ja jūs vienkārši pieturēsities LED pat ja tas ir pievienots saskaņā ar noteiktu modeli, tam nav praktiskas vērtības, tas nedos nekādu noderīgu informāciju. Bet, ja jūs pievienojat to pašu gaismas diodi paralēli sildīšanas elementam, kuru kontrolē temperatūras regulators, varat vizuāli kontrolēt visas ierīces darbību. Dažreiz šī norāde ļauj atbrīvoties no daudzām mazām problēmām un nepatikšanām.

Ņemot vērā jau teikto par gaismas diožu ieslēgšanu iepriekšējos rakstos, uzdevums šķiet triviāls: vienkārši iestatiet vēlamās vērtības ierobežojošo pretestību, un problēma tiek atrisināta. Bet tas viss ir labi, ja barojat gaismas diodi ar rektificētu pastāvīgu spriegumu: tā kā viņi gaismas diodi pievienoja virzienā uz priekšu, tā palika.

Strādājot pie maiņstrāvas, viss nav tik vienkārši. Fakts ir tāds, ka papildus tiešajam spriegumam gaismas diodi ietekmēs arī apgrieztā polaritātes spriegums, jo katrs sinusoīda puscikls maina savu zīmi uz pretējo. Šis reversais spriegums LED neizgaismo, bet tas var ļoti ātri kļūt nelietojams. Tāpēc ir jāveic pasākumi, lai aizsargātu pret šo "kaitīgo" spriegumu.

Tīkla sprieguma gadījumā rūdīšanas pretestības aprēķinam jābalstās uz spriegumu 310 V. Kāpēc? Šeit viss ir ļoti vienkārši: 220 V ir strāvas spriegums, amplitūdas vērtība ir 220 * 1,41 = 310V. Amplitūdas spriegums saknei divas (1,41) reizes lielāks nekā pašreizējais, un to nevajadzētu aizmirst. Šeit ir uz priekšu un atpakaļgaitā spriegums, kas tiek piemērots gaismas diodei. Rūdīšanas rezistora pretestība ir jāaprēķina no 310 V vērtības, un gaismas diode ir aizsargāta tikai no šī sprieguma, tikai ar apgrieztu polaritāti.

Kā pasargāt gaismas diodi no apgrieztā sprieguma

Gandrīz visām gaismas diodēm reversais spriegums nepārsniedz 20 V, jo neviens negrasījās uz tām taisīt augstsprieguma taisngriezi. Kā atbrīvoties no šādas nelaimes, kā pasargāt gaismas diodi no šī reversā sprieguma?

Izrādās, ka viss ir ļoti vienkārši. Pirmais veids ir ieslēgt parasto, izmantojot LED taisngrieža diode ar augstu reverso spriegumu (ne zemāku par 400V), piemēram, 1N4007 - reversais spriegums 1000V, izejas strāva 1A. Tieši viņš nepalaidīs garām LED negatīvās polaritātes lielo spriegumu. Šādas aizsardzības shēma parādīta 1.a attēlā.

Otra, ne mazāk efektīva metode ir vienkārši apgaismot LED ar citu diodi, ieslēgtu pretparalēli, 1.b att. Izmantojot šo metodi, aizsargājošajai diodei pat nav jābūt ar lielu reverso spriegumu, pietiek ar jebkuru mazjaudas diodi, piemēram, KD521.

Turklāt jūs varat vienkārši ieslēgt pretējo - paralēli divas gaismas diodes: atverot pa vienai, tās pašas aizsargās viena otru un pat abas izstaros gaismu, kā parādīts 1.c attēlā. Šī izrādās jau trešā aizsardzības metode. Visas trīs aizsardzības shēmas ir parādītas 1. attēlā.

1. attēls. Ķēdes aizsardzības gaismas diodes pret reverso spriegumu

Ierobežojošā rezistora šajās ķēdēs pretestība ir 24KΩ, kas ar darba spriegumu 220V nodrošina strāvu ar ātrumu 220/24 = 9,16mA, un to var noapaļot līdz 9. Tad rūdīšanas rezistora jauda būs 9 * 9 * 24 = 1944mW, gandrīz divi vati. Tas neskatoties uz to, ka strāva caur LED ir ierobežota līdz 9mA. Bet ilgstoša rezistora lietošana ar maksimālo jaudu neradīs neko labu: vispirms tas kļūs melns un pēc tam pilnībā izdegīs. Lai no tā izvairītos, ieteicams sērijveidā uzstādīt divus 12Kohm rezistorus ar katru 2W jaudu.

Ja iestatāt pašreizējo līmeni uz 20mA, tad jaudas rezistors būs vēl vairāk - 20 * 20 * 12 = 4800mW, gandrīz 5W! Protams, neviens nevar atļauties šādas jaudas plīti telpas apsildīšanai. Tas ir balstīts uz vienu gaismas diodi, bet kas notiks, ja ir vesels LED vītne?

Kondensators - bezsvara pretestība

Ķēde, kas parādīta 1.a attēlā, aizsargājošā diode D1 “pārtrauc” maiņstrāvas negatīvo pusciklu, tāpēc rūdīšanas pretestības jauda tiek samazināta uz pusi. Bet, neskatoties uz to, vara joprojām ir ļoti nozīmīga. Tāpēc bieži kā ierobežojošs rezistors balasta kondensators: viņš ierobežos strāvu ne sliktāk kā rezistors, bet viņš neizdalīs siltumu. Galu galā ne velti kondensatoru bieži sauc par brīvu pretestību. Šī pārslēgšanas metode ir parādīta 2. attēlā.

2. attēls. Gaismas diodes ieslēgšanas shēma caur balasta kondensatoru

Liekas, ka šeit viss ir kārtībā, pat ir aizsargājoša diode VD1. Bet divas detaļas netiek sniegtas. Pirmkārt, kondensators C1 pēc ķēdes izslēgšanas var palikt uzlādētā stāvoklī un uzglabāt lādiņu, līdz kāds to izlādē ar savu roku. Un tas, ticiet man, noteikti kādreiz notiks. Elektriskās strāvas trieciens, protams, nav fatāls, bet diezgan jūtīgs, negaidīts un nepatīkams.

Tāpēc, lai izvairītos no šādas neērtības, šie rūdīšanas kondensatori tiek manīti ar rezistoru ar pretestību 200 ... 1000K. Tāda pati aizsardzība ir uzstādīta barošanas avotos bez transformatoriem ar rūdīšanas kondensatoru, optoelementos un dažās citās shēmās. 3. attēlā šis rezistors ir apzīmēts ar R1.

3. attēls. Gaismas diodes pievienošanas shēma apgaismojuma tīklam

Papildus rezistoram R1 ķēdē parādās arī rezistors R2. Tās mērķis ir ierobežot strāvas caurplūdi caur kondensatoru, kad tiek pielikts spriegums, kas palīdz aizsargāt ne tikai diodes, bet arī pašu kondensatoru. No prakses ir zināms, ka, ja šāda rezistora nav, kondensators dažreiz sabojājas, tā jauda kļūst daudz mazāka par nominālo. Lieki piebilst, ka kondensatoram jābūt keramikas darba spriegumam vismaz 400 V vai speciālam darbam maiņstrāvas ķēdēs ar spriegumu 250 V.

Vēl viena svarīga loma tiek piešķirta rezistoram R2: kondensatora sabrukšanas gadījumā tas darbojas kā drošinātājs. Protams, būs jāmaina arī gaismas diodes, taču vismaz savienojošie vadi paliks neskarti. Faktiski tas ir veids, kādā darbojas drošinātājs komutācijas barošanas avots, - tranzistori izdega, un shēmas plate palika gandrīz neskarta.

Diagrammā, kas parādīta 3. attēlā, ir parādīts tikai viens gaismas diode, lai gan faktiski vairākus no tiem var ieslēgt secīgi. Aizsardzības diode pilnībā tiks galā tikai ar savu uzdevumu, bet būs vismaz jāaprēķina balasta kondensatora kapacitāte.

Kā aprēķināt rūdīšanas kondensatora jaudu

Lai aprēķinātu rūdīšanas rezistora pretestību, no barošanas sprieguma ir nepieciešams atņemt sprieguma kritumu uz gaismas diodes. Ja virkne gaismas diožu ir savienotas virknē, tad vienkārši saskaitiet to spriegumu un atņemiet arī no barošanas sprieguma. Zinot šo atlikušo spriegumu un nepieciešamo strāvu, saskaņā ar Ohmas likumu ir ļoti vienkārši aprēķināt rezistora pretestību: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Šeit U ir barošanas spriegums, Ud ir sprieguma kritums pāri gaismas diodēm (ja gaismas diodes ir savienotas virknē, tad Ud ir sprieguma kritumu summa starp visiem gaismas diodēm), I ir strāva caur gaismas diodēm, R ir rūdīšanas rezistora pretestība. Šeit, kā vienmēr, ir spriegums voltos, strāva ampēros, rezultāts Ohm, 0,75 ir ticamības palielināšanas koeficients. Šī formula jau ir dota rakstā. "Par gaismas diožu izmantošanu".

Tiešā sprieguma krituma lielums dažādu krāsu gaismas diodēm ir atšķirīgs. Pie strāvas 20 mA sarkanās gaismas diodes ir 1,6 ... 2,03 V, dzeltenas 2,1 ... 2,2 V, zaļas 2,2 ... 3,5 V, zilas 2,5 ... 3,7 V. Baltajām gaismas diodēm ir vislielākais sprieguma kritums, un to plašais emisijas spektrs ir 3,0 ... 3,7 V.Ir viegli redzēt, ka šī parametra izkliede ir pietiekami plaša.

Šeit ir norādīti tikai dažu veidu gaismas diožu sprieguma kritumi tikai pēc krāsas. Faktiski šo krāsu ir daudz vairāk, un precīzu vērtību var atrast tikai konkrētas gaismas diodes tehniskajā dokumentācijā. Bet bieži tas nav vajadzīgs: lai iegūtu praksei pieņemamu rezultātu, pietiek ar formulu aizstāt kādu vidējo vērtību (parasti 2 V), protams, ja šī nav simtiem gaismas diožu garoza.

Rūdīšanas kondensatora kapacitātes aprēķināšanai tiek izmantota empīriskā formula C = (4,45 * I) / (U-Uд).

kur C ir kondensatora ietilpība mikrofāzēs, I ir strāva milimetros, U ir tīkla sprieguma amplitūda voltos. Ja izmanto trīs sērijveidā savienotu baltu gaismas diožu ķēdi, Ud ir aptuveni aptuveni 12 V, U ir tīkla sprieguma amplitūda 310 V, strāvas ierobežošanai ir nepieciešams kondensators ar jaudu 20 mA.

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

Tuvākā standarta kondensatora vērtība ir 0,15 μF, tāpēc, lai izmantotu šo ķēdi, būs jāizmanto divi paralēli savienoti kondensatori. Šeit ir jāizdara piezīme: formula ir derīga tikai ar maiņstrāvas frekvenci 50 Hz. Citām frekvencēm rezultāti būs nepareizi.

Vispirms jāpārbauda kondensators

Pirms kondensatora izmantošanas tas jāpārbauda. Iesācējiem vienkārši pievienojiet 220 V, tas ir labāk caur drošinātāju 3 ... 5A un pēc 15 minūtēm pārbaudiet, vai nav pieskāriena, bet vai ir manāma sildīšana? Ja kondensators ir auksts, tad varat to izmantot. Pretējā gadījumā noteikti paņemiet citu un arī iepriekš pārbaudiet. Galu galā, tas pats, 220V vairs nav 12, šeit viss ir nedaudz savādāk!

Ja šī pārbaude bija veiksmīga, kondensators nesasilda, tad varat pārbaudīt, vai aprēķinos nav pieļauta kļūda, vai kondensators ir vienādas jaudas. Lai to izdarītu, jums jāieslēdz kondensators, tāpat kā iepriekšējā gadījumā tīklā, tikai caur ampērmetru. Protams, ampērmetram vajadzētu būt maiņstrāvai.

Šis ir atgādinājums, ka ne visi mūsdienu digitālie multimetri var izmērīt maiņstrāvu: piemēram, vienkāršas, lētas ierīces, kuras ļoti iecienījuši radioamatieri DT838 sērijaspēj izmērīt tikai līdzstrāvu, ko šāds ampērmetrs parādīs, mērot maiņstrāvu, ko neviens nezina. Visticamāk, tā būs malkas cena vai temperatūra uz mēness, bet ne maiņstrāva caur kondensatoru.

Ja izmērītā strāva ir aptuveni tāda pati, kā izrādījās aprēķinā saskaņā ar formulu, tad varat droši savienot gaismas diodes. Ja paredzētā 20 ... 30 mA vietā izrādījās 2 ... 3A, tad šeit kļūda aprēķinos vai kondensatora marķējums ir nepareizi nolasīts.

Apgaismoti slēdži

Šeit jūs varat koncentrēties uz citu veidu, kā ieslēgt gaismas diodi izmantotajā apgaismojuma tīklā slēdžos ar aizmugurgaismojumu. Ja šāds slēdzis tiek izjaukts, tad jūs varat atrast, ka tur nav aizsargājošu diožu. Tātad viss, kas ir uzrakstīts nedaudz augstāk, ir muļķības? Nemaz, jums vienkārši ir rūpīgi jāaplūko izjauktais slēdzis, precīzāk - rezistora vērtība. Parasti tā nominālvērtība nav mazāka par 200K, varbūt pat nedaudz vairāk. Tajā pašā laikā ir acīmredzams, ka strāva caur LED tiks ierobežota līdz aptuveni 1 mA. Aizmugures apgaismes shēma ir parādīta 4. attēlā.

4. attēls. LED savienojuma shēma aizmugurgaismotā slēdžā

Šeit ar vienu rezistoru tiek nogalināti vairāki pretinieki. Protams, strāva caur LED būs maza, tā vāji kvēlot, bet diezgan spilgti, lai redzētu šo mirdzumu tumšā naktī telpā. Bet pēcpusdienā šis mirdzums vispār nav vajadzīgs! Tāpēc ļaujiet sev nemanāmi spīdēt.

Šajā gadījumā apgrieztā strāva būs vāja, tik vāja, ka LED nekādā gadījumā nevar degt. Tādējādi ietaupījumi tieši uz vienu aizsargājošo diodi, kas tika aprakstīts iepriekš. Gadā atbrīvojot miljonus, varbūt pat miljardus, automātiskos slēdžus, ietaupījumi ir ievērojami.

Šķiet, ka pēc rakstu lasīšanas par gaismas diodēm visi jautājumi par to piemērošanu ir skaidri un saprotami. Bet, iekļaujot gaismas diodes dažādās ķēdēs, joprojām ir daudz smalkumu un nianšu. Piemēram, paralēlais un seriālais savienojums vai, citā veidā, labās un sliktās shēmas.

Dažreiz jūs vēlaties savākt vairāku desmitu gaismas diožu vītni, bet kā to aprēķināt? Cik daudz gaismas diožu var savienot virknē, ja ir barošanas bloks ar spriegumu 12 vai 24V? Šie un citi jautājumi tiks apspriesti nākamajā rakstā, kuru mēs sauksim par “labām un sliktām LED pārslēgšanas shēmām”.

Boriss Aladyshkin