Jak podłączyć diodę LED do sieci oświetleniowej

Po przeczytaniu tego nagłówka ktoś może zapytać: „Dlaczego?” Tak, jeśli się trzymasz LED nawet jeśli jest podłączony zgodnie z określonym wzorem, nie ma praktycznej wartości, nie przyniesie żadnych użytecznych informacji. Ale jeśli podłączysz równolegle tę samą diodę LED do elementu grzejnego sterowanego przez regulator temperatury, możesz wizualnie kontrolować działanie całego urządzenia. Czasami to wskazanie pozwala pozbyć się wielu małych problemów i problemów.

W świetle tego, co zostało już powiedziane o włączaniu diod LED w poprzednich artykułach, zadanie wydaje się trywialne: wystarczy ustawić rezystor ograniczający o żądanej wartości, a problem zostanie rozwiązany. Ale wszystko to jest dobre, jeśli zasilasz diodę LED stałym napięciem prostowanym: gdy podłączyli LED w kierunku do przodu, pozostało.

Podczas pracy z napięciem przemiennym wszystko nie jest takie proste. Faktem jest, że oprócz napięcia stałego na diodę LED będzie również wpływać napięcie o odwrotnej polaryzacji, ponieważ każdy półcykl sinusoidy zmienia swój znak na przeciwny. To napięcie wsteczne nie oświetla diody LED, ale może bardzo szybko stać się bezużyteczne. Dlatego konieczne jest podjęcie działań w celu ochrony przed tym „szkodliwym” napięciem.

W przypadku napięcia sieciowego obliczenie rezystora gaszenia powinno opierać się na napięciu 310 V. Dlaczego Tutaj wszystko jest bardzo proste: 220 V. napięcie prądu, wartość amplitudy wynosi 220 * 1,41 = 310 V. Napięcie amplitudowe do pierwiastka dwa (1,41) razy większe niż prąd i nie należy o tym zapominać. Oto napięcie do przodu i do tyłu przyłożone do diody LED. To na podstawie wartości 310 V należy obliczyć rezystancję rezystora gaszenia, i to z tego napięcia, tylko o odwrotnej polaryzacji, dioda LED jest chroniona.

Jak chronić diodę LED przed napięciem zwrotnym

W przypadku prawie wszystkich diod LED napięcie wsteczne nie przekracza 20 V, ponieważ nikt nie zamierzał wykonywać na nich prostownika wysokiego napięcia. Jak pozbyć się takiego nieszczęścia, jak chronić diodę LED przed tym napięciem zwrotnym?

Okazuje się, że wszystko jest bardzo proste. Pierwszym sposobem jest włączenie zwykłego z diodą LED dioda prostownicza o wysokim napięciu wstecznym (nie niższym niż 400 V), na przykład 1N4007 - napięcie wsteczne 1000 V, prąd przewodzenia 1A. To on nie umknie wysokiemu napięciu ujemnej polaryzacji diody LED. Schemat takiej ochrony pokazano na ryc. 1a.

Drugim sposobem, nie mniej skutecznym, jest po prostu bocznikowanie diody LED kolejną diodą, włączoną przeciwbieżnie, ryc. 1b. Dzięki tej metodzie dioda ochronna nie musi nawet mieć wysokiego napięcia wstecznego, wystarczy dowolna dioda małej mocy, na przykład KD521.

Co więcej, możesz po prostu włączyć przeciwnie - równolegle dwie diody LED: otwierając się jedna po drugiej, one same będą się chronić, a nawet obie emitują światło, jak pokazano na rycinie 1c. To już okazuje się trzecią metodą ochrony. Wszystkie trzy schematy ochrony pokazano na rysunku 1.

Rysunek 1. Diody LED ochrony obwodu przed napięciem wstecznym

Rezystor ograniczający w tych obwodach ma rezystancję 24 KΩ, która przy napięciu roboczym 220 V zapewnia prąd rzędu 220/24 = 9,16 mA, można go zaokrąglić do 9. Wówczas moc rezystora gaszenia wyniesie 9 * 9 * 24 = 1944 mW, prawie dwa waty. Dzieje się tak pomimo faktu, że prąd przez diodę LED jest ograniczony do 9 mA. Ale długotrwałe stosowanie rezystora przy maksymalnej mocy nie doprowadzi do niczego dobrego: najpierw zmieni kolor na czarny, a następnie całkowicie wypali. Aby tego uniknąć, zaleca się umieszczenie w szeregu dwóch rezystorów 12 kiloomów o mocy 2W każdy.

Jeśli ustawisz bieżący poziom na 20mA, to rezystor mocy będzie jeszcze więcej - 20 * 20 * 12 = 4800 mW, prawie 5 W! Oczywiście nikt nie może sobie pozwolić na piec o takiej mocy do ogrzewania pomieszczeń. Jest to oparte na jednej diodzie LED, ale co, jeśli istnieje całość Girlanda LED?

Kondensator - Odporność na Wattless

Obwód pokazany na rysunku 1a, dioda ochronna D1 „odcina” ujemny półcykl napięcia przemiennego, dlatego moc rezystora gaszenia jest o połowę mniejsza. Ale mimo wszystko moc pozostaje bardzo znacząca. Dlatego często jako rezystor ograniczający kondensator balastowy: ograniczy prąd nie gorzej niż rezystor, ale nie wydziela ciepła. W końcu kondensator często nazywa się wolnym oporem. Ta metoda przełączania jest pokazana na rysunku 2.

Rysunek 2. Schemat włączania diody LED przez kondensator balastowy

Wydaje się, że wszystko jest w porządku, nawet dioda ochronna VD1. Ale nie podano dwóch szczegółów. Po pierwsze, kondensator C1 po wyłączeniu obwodu może pozostawać w stanie naładowanym i przechowywać ładunek, dopóki ktoś nie rozładuje go własną ręką. I to, wierz mi, z pewnością się kiedyś wydarzy. Porażenie prądem nie jest oczywiście śmiertelne, ale raczej wrażliwe, nieoczekiwane i nieprzyjemne.

Dlatego, aby uniknąć takich niedogodności, te kondensatory gaszenia są bocznikowane przez rezystor o rezystancji 200 ... 1000 K. Ta sama ochrona jest zainstalowana w beztransformatorowych zasilaczach z kondensatorem gaszącym, w transoptorach i niektórych innych obwodach. Na rysunku 3 ten rezystor jest oznaczony jako R1.

Rysunek 3. Schemat podłączenia diody LED do sieci oświetleniowej

Oprócz rezystora R1 w obwodzie pojawia się również rezystor R2. Jego celem jest ograniczenie dopływu prądu przez kondensator po przyłożeniu napięcia, co pomaga chronić nie tylko diody, ale także sam kondensator. Z praktyki wiadomo, że przy braku takiego rezystora kondensator czasami pęka, a jego pojemność staje się znacznie mniejsza niż nominalna. Nie trzeba dodawać, że kondensator musi być ceramiczny dla napięcia roboczego co najmniej 400 V lub specjalny do pracy w obwodach prądu przemiennego dla napięcia 250 V.

Kolejną ważną rolę przypisano rezystorowi R2: w przypadku awarii kondensatora działa on jako bezpiecznik. Oczywiście diody LED również będą musiały zostać wymienione, ale przynajmniej przewody łączące pozostaną nienaruszone. W rzeczywistości tak działa bezpiecznik w dowolnym przełączanie zasilania, - tranzystory wypaliły się, a płytka drukowana pozostała prawie nietknięta.

Na schemacie pokazanym na rysunku 3 pokazano tylko jedną diodę LED, chociaż w rzeczywistości kilka z nich można włączyć kolejno. Dioda ochronna całkowicie poradzi sobie ze swoim zadaniem, ale pojemność kondensatora balastowego będzie musiała, przynajmniej w przybliżeniu, zostać obliczona.

Jak obliczyć pojemność kondensatora gaszenia

Aby obliczyć rezystancję rezystora gaszenia, należy odjąć spadek napięcia na diodzie LED od napięcia zasilania. Jeśli kilka diod LED jest połączonych szeregowo, po prostu zsumuj ich napięcia, a także odejmij od napięcia zasilania. Znając to napięcie resztkowe i wymagany prąd, zgodnie z prawem Ohma, bardzo łatwo jest obliczyć rezystancję rezystora: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Tutaj U to napięcie zasilania, Ud to spadek napięcia na diodach LED (jeśli diody LED są połączone szeregowo, to Ud to suma spadków napięcia na wszystkich diodach LED), I to prąd przez diody LED, R to rezystancja rezystora gaszenia. Tutaj, jak zawsze, jest napięcie w woltach, prąd w amperach, wynik w omach, 0,75 to współczynnik zwiększający niezawodność. Ta formuła została już podana w artykule. „O zastosowaniu diod LED”.

Wielkość bezpośredniego spadku napięcia dla diod LED o różnych kolorach jest różna. Przy prądzie 20 mA czerwone diody LED to 1,6 ... 2,03 V, żółte 2,1 ... 2,2 V, zielone 2,2 ... 3,5 V, niebieskie 2,5 ... 3,7 V. Białe diody LED mają największy spadek napięcia, o szerokim spektrum emisji 3,0 ... 3,7 V.Łatwo zauważyć, że rozproszenie tego parametru jest wystarczająco szerokie.

Oto spadki napięcia zaledwie kilku rodzajów diod LED, tylko według koloru. W rzeczywistości tych kolorów jest znacznie więcej, a dokładną wartość można znaleźć tylko w dokumentacji technicznej dla konkretnej diody LED. Ale często nie jest to wymagane: aby uzyskać wynik akceptowalny w praktyce, wystarczy podstawić pewną średnią wartość (zwykle 2 V) we wzorze, oczywiście, jeśli nie jest to girlanda z setek diod LED.

Aby obliczyć pojemność kondensatora gaszenia, stosuje się wzór empiryczny C = (4,45 * I) / (U-Uд)

gdzie C to pojemność kondensatora w mikrofaradach, I to prąd w miliamperach, U to amplituda napięcia sieci w woltach. Przy zastosowaniu łańcucha trzech szeregowo połączonych białych diod LED, Ud wynosi około 12 V, U jest amplitudą napięcia sieciowego 310 V, kondensator o pojemności 20 mA jest potrzebny do ograniczenia prądu

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

Najbliższa standardowa wartość kondensatora wynosi 0,15 μF, dlatego do zastosowania w tym obwodzie będą musiały zostać użyte dwa równolegle połączone kondensatory. W tym miejscu należy zwrócić uwagę: wzór obowiązuje tylko dla częstotliwości napięcia przemiennego 50 Hz. W przypadku innych częstotliwości wyniki będą niepoprawne.

Kondensator należy najpierw sprawdzić

Przed użyciem kondensatora należy go sprawdzić. Na początek po prostu podłącz 220 V, lepiej jest przez bezpiecznik 3 ... 5A, a po 15 minutach sprawdzić dotyk, ale czy jest zauważalne ogrzewanie? Jeśli kondensator jest zimny, możesz go użyć. W przeciwnym razie koniecznie weź kolejny, a także sprawdź wstępnie. W końcu to samo, 220 V to już nie 12, tutaj wszystko jest nieco inne!

Jeśli ten test się powiódł, kondensator się nie nagrzał, możesz sprawdzić, czy w obliczeniach wystąpił błąd, czy kondensator ma taką samą pojemność. Aby to zrobić, musisz włączyć kondensator, jak w poprzednim przypadku w sieci, tylko za pomocą amperomierza. Oczywiście amperomierz powinien być AC.

Jest to przypomnienie, że nie wszystkie nowoczesne multimetry cyfrowe mogą mierzyć prąd przemienny: proste, tanie urządzenia, na przykład bardzo popularne wśród amatorów radia Seria DT838są w stanie zmierzyć tylko prąd stały, co taki amperomierz pokaże podczas pomiaru prądu przemiennego, którego nikt nie zna. Najprawdopodobniej będzie to cena drewna opałowego lub temperatura na Księżycu, ale nie prąd przemienny przez kondensator.

Jeśli zmierzony prąd jest w przybliżeniu taki sam, jak okazał się w obliczeniach zgodnie ze wzorem, możesz bezpiecznie podłączyć diody LED. Jeśli zamiast oczekiwanego 20 ... 30 mA okazało się, że 2 ... 3A, to tutaj albo błąd w obliczeniach, albo oznaczenie kondensatora jest nieprawidłowo odczytane.

Podświetlane przełączniki

Tutaj możesz skupić się na innym sposobie włączenia diody LED w używanej sieci oświetleniowej w podświetlanych przełącznikach. Jeśli taki przełącznik zostanie zdemontowany, możesz stwierdzić, że nie ma tam żadnych diod ochronnych. Więc wszystko, co jest napisane nieco wyżej, to bzdury? Wcale nie, musisz dokładnie przyjrzeć się zdemontowanemu przełącznikowi, a dokładniej wartości rezystora. Z reguły jego wartość nominalna jest nie mniejsza niż 200 000, a może nawet nieco większa. Jednocześnie oczywiste jest, że prąd przez diodę LED będzie ograniczony do około 1 mA. Schemat obwodu z podświetleniem pokazano na rysunku 4.

Rysunek 4. Schemat połączeń LED w podświetlanym przełączniku

Tutaj kilka rezystorów zostaje zabitych za pomocą jednego rezystora. Oczywiście prąd przez diodę LED będzie niewielki, będzie słabo świecił, ale dość jasno, aby zobaczyć ten blask w ciemną noc w pokoju. Ale po południu ten blask wcale nie jest konieczny! Pozwól więc sobie zabłysnąć niepostrzeżenie.

W takim przypadku prąd zwrotny będzie słaby, tak słaby, że dioda LED w żaden sposób nie może się zapalić. Stąd oszczędności na dokładnie jednej diodzie ochronnej, które opisano powyżej. Wraz z uwalnianiem milionów, a może nawet miliardów wyłączników automatycznych rocznie, oszczędności są znaczne.

Wydaje się, że po przeczytaniu artykułów na temat diod LED wszystkie pytania dotyczące ich zastosowania są jasne i zrozumiałe. Ale nadal istnieje wiele subtelności i niuansów, gdy włącza się diody LED w różnych obwodach. Na przykład połączenie równoległe i szeregowe lub, w inny sposób, dobre i złe obwody.

Czasami chcesz zebrać girlandę z kilkudziesięciu diod LED, ale jak to obliczyć? Ile diod LED można podłączyć szeregowo, jeśli istnieje zasilacz o napięciu 12 lub 24V? Te i inne kwestie zostaną omówione w następnym artykule, który nazwiemy „Dobrymi i złymi obwodami przełączającymi LED”.

Boris Aladyshkin