Как да свържете светодиода към осветителната мрежа

След като прочете това заглавие, някой може да попита: „Защо?“ Да, ако просто се придържате светодиод дори ако е включен по определен модел, той няма практическа стойност, няма да донесе никаква полезна информация. Но ако свържете същия светодиод паралелно с нагревателен елемент, контролиран от регулатор на температурата, можете визуално да контролирате работата на цялото устройство. Понякога тази индикация ви позволява да се отървете от много малки проблеми и неприятности.

В светлината на казаното вече за включването на светодиодите в предишни статии, задачата изглежда тривиална: просто задайте ограничаващия резистор на желаната стойност и проблемът е решен. Но всичко това е добре, ако захранвате светодиода с изправено постоянно напрежение: докато свързваха светодиода в посока напред, той остана.

Когато работите на променливо напрежение, всичко не е толкова просто. Факт е, че освен директното напрежение, светодиодът ще бъде повлиян и от напрежението с обратна полярност, тъй като всеки половин цикъл на синусоида променя знака си на обратното. Това обратно напрежение няма да свети светодиода, но може да стане неизползваемо много бързо. Следователно е необходимо да се вземат мерки за защита срещу това "вредно" напрежение.

В случай на мрежово напрежение, изчисляването на гасителния резистор трябва да се основава на напрежение 310V. Защо? Тук всичко е много просто: 220V е токово напрежение, амплитудната стойност е 220 * 1,41 = 310V. Амплитудното напрежение към корена на два (1,41) пъти по-голямо от тока и това не трябва да се забравя. Ето напрежението за движение напред и назад, приложено към светодиода. Именно от стойността на 310V трябва да се изчисли съпротивлението на гасителния резистор и именно от това напрежение, само с обратна полярност, светодиодът е защитен.

Как да защитим светодиода от обратното напрежение

За почти всички светодиоди обратното напрежение не надвишава 20V, защото никой нямаше да направи токоизправител с високо напрежение върху тях. Как да се отървете от такова нещастие, как да защитите светодиода от това обратно напрежение?

Оказва се, че всичко е много просто. Първият начин е да включите обикновения с LED изправител диод с високо обратно напрежение (не по-ниско от 400V), например, 1N4007 - обратно напрежение 1000V, преден ток 1A. Той е този, който няма да пропусне високото напрежение на отрицателна полярност към светодиода. Схемата на такава защита е показана на фиг.1a.

Вторият метод, не по-малко ефективен, е просто да махне светодиода с друг диод, включен на контра-паралел, фиг. При този метод защитният диод дори не трябва да е с високо обратно напрежение, всеки диод с ниска мощност, например, KD521, е достатъчен.

Освен това можете просто да включите обратното - успоредно с това два светодиода: отваряйки се един по един, те самите ще се защитават взаимно и дори и двете ще излъчват светлина, както е показано на фигура 1в. Това вече се оказва третият метод за защита. И трите схеми на защита са показани на фигура 1.

Фигура 1. Светодиоди за защита на веригата срещу обратно напрежение

Ограничаващият резистор в тези вериги има съпротивление 24KΩ, което осигурява ток от около 220/24 = 9.16mA с активно напрежение 220V, което може да бъде закръглено до 9. Тогава мощността на гасещия резистор ще бъде 9 * 9 * 24 = 1944mW, почти два вата. Това въпреки факта, че токът през светодиода е ограничен до 9mA. Но продължителната употреба на резистора при максимална мощност няма да доведе до нищо добро: първо той ще стане черен, а след това напълно ще изгори. За да се избегне това, се препоръчва да се инсталират серийно два резистора от 12Kohm с мощност 2W всеки.

Ако зададете текущото ниво на 20mA, тогава мощност резистор ще бъде още повече - 20 * 20 * 12 = 4800mW, почти 5W! Естествено, никой не може да си позволи печка с такава мощност за отопление на пространството. Това се базира на един светодиод, но какво ще стане, ако има цяло LED гирлянд?

Кондензатор - устойчивост без течности

На схемата, показана на фигура 1а, защитният диод D1 "отрязва" отрицателния полу цикъл на променливото напрежение, следователно мощността на гасещия резистор се намалява наполовина. Но, все пак, силата остава много значителна. Следователно, често като ограничаващ резистор баластен кондензатор: той ще ограничи тока не по-лошо от резистор, но няма да отделя топлина. В крайна сметка не е за нищо кондензаторът често да се нарича свободно съпротивление. Този метод на превключване е показан на фигура 2.

Фигура 2. Диаграма за включване на светодиода през баластния кондензатор

Тук всичко изглежда наред, дори има защитен диод VD1. Но две подробности не са предоставени. Първо, кондензаторът C1 след изключване на веригата може да остане в заредено състояние и да съхранява заряда, докато някой не го разтовари със собствената си ръка. И това, повярвайте ми, сигурно някой ден ще се случи. Електрическият удар, разбира се, не е фатален, а по-скоро чувствителен, неочакван и неприятен.

Следователно, за да се избегне подобна неприятност, тези гасителни кондензатори се превключват от резистор със съпротивление 200 ... 1000K. Същата защита е инсталирана в без трансформаторни захранващи устройства с гасящ кондензатор, в оптрони и някои други вериги. На фигура 3 този резистор е обозначен като R1.

Фигура 3. Схема на свързване на светодиода към осветителната мрежа

В допълнение към резистора R1, резисторът R2 също се появява на веригата. Целта му е да ограничи вливането на ток през кондензатора, когато се прилага напрежение, което помага да се защитят не само диодите, но и самия кондензатор. От практиката е известно, че при липса на такъв резистор кондензаторът понякога се счупва, капацитетът му става много по-малък от номиналния. Излишно е да казвам, че кондензаторът трябва да бъде керамичен за работно напрежение най-малко 400V или специален за работа в променливотокови вериги за напрежение 250V.

Друга важна роля е отредена на резистора R2: в случай на повреда на кондензатора, той работи като предпазител. Разбира се, светодиодите също ще трябва да бъдат заменени, но поне свързващите проводници ще останат непокътнати. Всъщност така работи предпазител във всеки комутация на захранване, - транзисторите изгориха, а платката остана почти недокосната.

На схемата, показана на фигура 3, е показан само един светодиод, въпреки че всъщност няколко от тях могат да бъдат включени последователно. Защитният диод напълно ще се справи само със задачата си, но капацитетът на баластния кондензатор ще трябва поне приблизително да се изчисли.

Как да изчислим капацитета на гасителния кондензатор

За да се изчисли съпротивлението на гасещия резистор, е необходимо да се извади спада на напрежението върху светодиода от захранващото напрежение. Ако няколко светодиода са свързани последователно, тогава просто сумирайте техните напрежения и също изваждайте от захранващото напрежение. Познавайки това остатъчно напрежение и необходимия ток, според закона на Ом, е много просто да се изчисли съпротивлението на резистор: R = (U-Uд) / I * 0.75.

Тук U е захранващото напрежение, Ud е спадът на напрежението през светодиодите (ако светодиодите са свързани последователно, тогава Ud е сумата от спада на напрежението върху всички светодиоди), I е токът през светодиодите, R е съпротивлението на гасителния резистор. Тук, както винаги, е напрежението във волта, токът в Ампер, резултатът в Ом 0,75 е коефициент за увеличаване на надеждността. Тази формула вече е дадена в статията. „За използването на светодиоди“.

Величината на директния спад на напрежението за светодиоди от различни цветове е различна. При ток от 20 mA червените светодиоди са 1.6 ... 2.03V, жълти 2.1 ... 2.2V, зелени 2.2 ... 3.5V, сини 2.5 ... 3.7V. Белите светодиоди имат най-голям спад на напрежението, като имат широк спектър на емисиите от 3.0 ... 3.7V.Лесно е да се види, че разсейването на този параметър е достатъчно широко.

Ето спадовете на напрежението само на няколко вида светодиоди, само по цвят. Всъщност има много повече от тези цветове и точната стойност може да се намери само в техническата документация за конкретен светодиод. Но често това не се изисква: за да получите резултат, приемлив за практиката, достатъчно е да замените някаква средна стойност (обикновено 2V) във формулата, разбира се, ако това не е гирлянда от стотици светодиоди.

За да се изчисли капацитетът на загасващ кондензатор, се прилага емпиричната формула C = (4.45 * I) / (U-Uд)

където C е капацитетът на кондензатора в микрофарадите, I е токът в милиампери, U е амплитудното мрежово напрежение във волта. Когато използвате верига от три последователно свързани бели светодиоди, Ud е около 12V, U е напрежението на мрежата 310V, за да ограничите тока до 20mA, кондензатор с капацитет на

C = (4.45 * I) / (U-Uд) = C = (4.45 * 20) / (310-12) = 0.29865 μF, почти 0.3 μF.

Най-близката стандартна стойност на кондензатора е 0,15 μF, следователно, за използване в тази схема, ще трябва да се използват два кондензатора, свързани паралелно. Тук е необходимо да се направи забележка: формулата е валидна само за променлива честота на напрежението 50 Hz. За други честоти резултатите ще бъдат неправилни.

Първо трябва да се провери кондензаторът

Преди да използвате кондензатор, той трябва да бъде проверен. За начало просто включете 220V, по-добре е през предпазител 3 ... 5A и след 15 минути проверете за допир, но има ли забележимо отопление? Ако кондензаторът е студен, тогава можете да го използвате. В противен случай не забравяйте да вземете друга, а също и предварително проверете. В крайна сметка, все едно, 220V вече не е 12, тук всичко е някак различно!

Ако този тест беше успешен, кондензаторът не се загрее, тогава можете да проверите дали е имало грешка в изчисленията, дали кондензаторът е със същия капацитет. За да направите това, трябва да включите кондензатора, както в предишния случай в мрежата, само чрез амперметър. Естествено, амперметърът трябва да е променлив.

Това е напомняне, че не всички съвременни цифрови мултиметри могат да измерват променлив ток: прости, евтини устройства, например, много популярни за радиолюбителите Серия DT838са в състояние да измерват само постоянен ток, което такъв амперметър ще покаже при измерване на променлив ток, който никой не знае. Най-вероятно това ще бъде цената на дърва за огрев или температурата на Луната, но не и променливия ток през кондензатора.

Ако измереният ток е приблизително същият, както се оказа при изчислението по формулата, тогава можете безопасно да свържете светодиодите. Ако вместо очакваните 20 ... 30 mA се оказа 2 ... 3A, тогава тук или грешка в изчисленията, или маркировката на кондензатора е неправилно прочетена.

Осветени превключватели

Тук можете да се съсредоточите върху друг начин за включване на светодиода в използваната осветителна мрежа в ключове с подсветка, Ако такъв превключвател е разглобен, тогава можете да откриете, че там няма защитни диоди. И така, всичко, което се пише малко по-високо, са глупости? Изобщо, просто трябва внимателно да разгледате разглобения превключвател, по-точно стойността на резистора. По правило номиналната му стойност е не по-малка от 200K, може би дори малко повече. В същото време е очевидно, че токът през светодиода ще бъде ограничен до около 1 mA. Схема на задно осветяване е показана на фигура 4.

Фигура 4. Диаграма за свързване на LED в превключвател с подсветка

Тук няколко резистора са убити с един резистор. Разбира се, токът през светодиода ще бъде малък, той ще свети слабо, но доста ярко, за да видите това сияние в тъмна нощ в стаята. Но следобед това сияние изобщо не е необходимо! Затова позволете да сияете неусетно.

В този случай обратният ток ще бъде слаб, толкова слаб, че по никакъв начин LED не може да гори. Оттук и спестяванията от точно един защитен диод, който беше описан по-горе. С освобождаването на милиони, а може би и милиарди прекъсвачи на година, спестяванията са значителни.

Изглежда, че след като прочетете статиите за светодиодите, всички въпроси за тяхното приложение са ясни и разбираеми. Но все още има много тънкости и нюанси, когато включвате светодиоди в различни схеми. Например паралелна и серийна връзка или по друг начин добри и лоши вериги.

Понякога искате да съберете гирлянда от няколко десетки светодиоди, но как да го изчислите? Колко светодиода могат да бъдат свързани последователно, ако има захранващ блок с напрежение 12 или 24V? Тези и други проблеми ще бъдат разгледани в следващата статия, която ще наречем „Добри и лоши светодиодни комутационни вериги“.

Борис Аладишкин