È difficile fare a meno dei LED nella progettazione di apparecchiature elettroniche, nonché nella produzione di apparecchi di illuminazione economici. La loro affidabilità, facilità di installazione e relativa economicità attirano l'attenzione degli sviluppatori di apparecchi domestici e industriali. Pertanto, molti utenti sono interessati a soluzioni circuitali per l'accensione del LED, implicando un'alimentazione diretta della tensione di fase ad esso. I non specialisti nel campo dell'elettronica e degli elettricisti saranno utili per imparare a collegare il LED a 220V.
Caratteristiche tecniche del diodo
Per definizione, un LED, il cui circuito è simile a un diodo convenzionale, è lo stesso semiconduttore che trasmette corrente in una direzione ed emette luce quando scorre. La sua transizione di lavoro non è progettata per alte tensioni, quindi bastano pochi volt per illuminare l'elemento LED. Un'altra caratteristica di questo dispositivo è la necessità di fornire una tensione costante ad esso, poiché con 220 volt alternati il LED lampeggerà con una frequenza di rete (50 Hz). Si ritiene che l'occhio umano non risponda a tali battiti di ciglia e che non gli facciano del male. Tuttavia, secondo gli standard attuali, è necessario utilizzare un potenziale costante per il suo lavoro. In caso contrario, devono essere applicate misure di protezione speciali contro tensioni inverse pericolose.
La maggior parte degli esempi di apparecchiature di illuminazione in cui i diodi vengono utilizzati come elementi di illuminazione sono collegati alla rete tramite speciali convertitori - driver. Questi dispositivi sono necessari per ottenere 12, 24, 36 o 48 volt costanti dalla tensione di rete della sorgente. Nonostante la loro ampia distribuzione nella vita quotidiana, le situazioni non sono rare quando le circostanze costringono a fare a meno di un autista. In questo caso, è importante poter accendere i LED 220 V.
Palo LED
Per acquisire familiarità con gli schemi elettrici e il cablaggio dell'elemento diodo, è necessario scoprire l'aspetto del pinout del LED. Come designazione grafica, viene utilizzato un triangolo, uno degli angoli dei quali è attaccato da una breve striscia verticale - nel diagramma è chiamato catodo. È considerato in uscita per la corrente continua che scorre dal retro. Un potenziale positivo viene fornito dalla fonte di alimentazione e quindi il contatto di ingresso è chiamato anodo (per analogia con tubi elettronici).
I LED industriali hanno solo due uscite (meno comunemente, tre o addirittura quattro). Sono noti tre metodi per determinare la loro polarità:
- un metodo visivo che consente di determinare l'anodo di un elemento mediante una sporgenza caratteristica su una delle gambe;
- utilizzando un multimetro in modalità "Test diodi";
- per mezzo di un alimentatore con una tensione di uscita costante.
Per determinare la polarità nel secondo modo, l'estremità positiva del cavo di misurazione del tester in isolamento rosso è collegata a un terminale di contatto del diodo e il meno nero l'uno all'altro. Se il dispositivo mostra una tensione diretta dell'ordine di mezzo volt, l'anodo si trova sull'estremità più. Se sul display appare un segno di infinito o “0L”, il catodo si trova a questa estremità.
Quando si controlla da un alimentatore a 12 Volt, il suo plus deve essere collegato a un'estremità del LED tramite una resistenza di limitazione da 1 kΩ. Se il diodo si illumina, il suo anodo si trova sul lato positivo dell'alimentatore e, in caso contrario, sull'altra estremità.
Metodi di connessione
L'approccio più semplice per risolvere il problema di una tensione inversa inaccettabile per un diodo è installare un resistore aggiuntivo in serie con esso, che può limitare 220 volt. Questo elemento ha ricevuto il nome di quello di spegnimento, poiché "dissipa" la potenza in eccesso su se stesso, lasciando il LED necessario per il suo funzionamento a 12-24 Volt.
L'installazione seriale di un resistore di limitazione risolve anche il problema della tensione inversa alla giunzione del diodo, che diminuisce agli stessi valori. Come modifica della connessione in serie con limitazione di tensione, viene considerato un circuito misto o combinato per il collegamento di LED da 220 V. In esso, un resistore in serie ha diversi diodi collegati in parallelo per resistore.
La connessione a LED può essere disposta secondo uno schema in cui viene utilizzato un diodo convenzionale anziché un resistore, che ha un'alta tensione di rottura inversa (preferibilmente fino a 400 volt o più). Per questi scopi, è più conveniente prendere un prodotto tipico del marchio 1N4007 con un indicatore dichiarato fino a 1000 Volt nelle caratteristiche. Quando viene installato in una catena seriale (ad esempio per la fabbricazione di una ghirlanda), la parte inversa dell'onda viene rettificata da un diodo a semiconduttore. In questo caso, svolge la funzione di uno shunt proteggendo il chip dell'elemento luminoso dalla rottura.
Bypass LED con un diodo convenzionale (connessione anti-parallelo)
Un'altra versione comune della "neutralizzazione" della semionda inversa è quella di utilizzare, insieme a una resistenza di spegnimento, un altro LED collegato in parallelo e verso il primo elemento. In questo circuito, la tensione inversa "si chiude" attraverso un diodo collegato in parallelo ed è limitata dalla resistenza aggiuntiva collegata in serie.
Una tale combinazione di due LED ricorda la versione precedente, ma con una differenza. Ognuno di loro lavora con la "sua" parte della sinusoide, fornendo all'altro elemento protezione contro la rottura.
Un significativo svantaggio dello schema di connessione attraverso un resistore di spegnimento è la quantità significativa di energia improduttiva consumata inattiva su di esso.
Ciò è confermato dal seguente esempio. Consentire una resistenza di smorzamento di 24 kOhm e un LED con una corrente di funzionamento di 9 mA. La potenza dissipata dalla resistenza sarà pari a 9x9x24 = 1944 mW (dopo l'arrotondamento - circa 2 watt). Affinché il resistore funzioni in modalità ottimale, viene selezionato con un valore P di almeno 3 watt. Sul LED stesso viene consumata una parte molto insignificante dell'energia.
D'altra parte, quando si utilizzano diversi elementi LED collegati in serie, non è pratico installare una resistenza di spegnimento per ragioni della modalità ottimale del loro bagliore. Se si sceglie un valore di resistenza molto piccolo, si esaurirà rapidamente a causa della grande corrente e della significativa dissipazione di potenza. Pertanto, la funzione dell'elemento limitatore di corrente in un circuito a corrente alternata è più naturale da eseguire su un condensatore, sul quale non si perde energia.
Limitazione del condensatore
Il circuito più semplice per il collegamento dei LED tramite un condensatore limite C è caratterizzato dalle seguenti caratteristiche:
- sono previste catene di carica e scarica che forniscono modalità operative dell'elemento reattivo;
- è necessario un altro LED per proteggere la rete dalla tensione inversa;
- Per calcolare la capacità del condensatore, viene utilizzata una formula ottenuta empiricamente in cui vengono sostituiti numeri specifici.
Per calcolare il valore della C nominale, è necessario moltiplicare la forza corrente nel circuito per il coefficiente derivato empiricamente di 4,45. Successivamente, il prodotto risultante dovrebbe essere diviso per la differenza tra la tensione limite (310 Volt) e la sua caduta sul LED.
Ad esempio, si consideri il collegamento di un condensatore a un diodo LED RGB o convenzionale con una caduta di tensione alla sua giunzione pari a 3 Volt e una corrente attraverso di esso di 9 mA. Secondo la formula considerata, la sua capacità sarà di 0,13 μF. Per introdurre un emendamento al suo valore esatto, si dovrebbe tener conto del fatto che il componente corrente influenza in misura maggiore l'entità di questo parametro.
La formula empirica stabilita dall'esperimento è valida solo per il calcolo delle capacità e dei parametri dei LED 220 V installati in reti con una frequenza di 50 Hz. In altre gamme di frequenza delle tensioni di alimentazione (ad esempio nei convertitori), è necessario ricalcolare un fattore di 4,45.
Le sfumature del collegamento a una rete a 220 volt
Quando si utilizzano vari schemi per il collegamento del LED alla rete 220 V, sono possibili alcune sfumature, tenendo conto del fatto che aiuteranno ad evitare errori elementari nella commutazione dei circuiti elettrici. Sono principalmente legati alla grandezza della corrente che fluisce attraverso il circuito quando viene fornita energia ad esso. Per capirli, dovrai considerare il tipo più semplice di dispositivo di illuminazione per la decorazione, costituito da un intero set di elementi a LED o da una normale lampada basata su di essi.
Si presta molta attenzione alle caratteristiche dei processi che si verificano nell'interruttore al momento dell'alimentazione. Per garantire una modalità di commutazione "soft", è necessario saldare una resistenza di spegnimento e un indicatore LED in parallelo ai suoi contatti, indicando lo stato di accensione.
Il valore di resistenza viene selezionato secondo i metodi descritti in precedenza.
Solo dopo un interruttore con una resistenza nel circuito è il nastro stesso con chip di elementi LED. Non sono previsti diodi di protezione, in modo che il valore del resistore di spegnimento sia selezionato dal calcolo della corrente che scorre lungo il circuito, non deve superare un valore dell'ordine di 1 mA.
La spia LED in questo circuito svolge la funzione del carico, limitando ulteriormente la corrente. A causa delle sue dimensioni ridotte, si illuminerà molto debolmente, ma questo è sufficiente per la modalità notturna. Sotto l'azione della semionda inversa, la tensione viene parzialmente soppressa dal resistore, il che protegge il diodo da una rottura indesiderata.
Circuito driver ghiaccio 220 volt
Un modo più affidabile per alimentare i LED dalla rete è utilizzare un convertitore o un driver speciale che abbassi la tensione a un livello sicuro. Lo scopo principale del driver per il LED 220 volt è limitare la corrente attraverso di esso entro il valore consentito (in base al passaporto). Include un driver di tensione, un ponte raddrizzatore e un microcircuito stabilizzatore di corrente.
Opzione driver senza stabilizzatore di corrente
Se si desidera assemblare un dispositivo di alimentazione per LED da 220 V, è necessario conoscere quanto segue:
- quando si utilizza lo stabilizzatore di uscita, l'ampiezza dell'ondulazione è significativamente ridotta;
- in questo caso, parte della potenza viene persa sul microcircuito stesso, il che influenza la luminosità del bagliore dei dispositivi radianti;
- quando si utilizza un elettrolita con filtro ad alta capacità anziché uno stabilizzatore marchiato, le pulsazioni non vengono completamente livellate, ma rimangono entro limiti accettabili.
Con l'autoproduzione del driver, il circuito può essere semplificato sostituendo il microcircuito di uscita con un elettrolita.
Sicurezza della connessione
Quando si lavora con un circuito per il collegamento di diodi a una rete da 220 Volt, il pericolo principale è un condensatore limitatore collegato in serie con essi. Sotto l'influenza della tensione di rete, è accusato di un potenziale pericoloso per l'uomo. Per evitare problemi in questa situazione, si consiglia di:
- Fornire uno speciale circuito di resistenza di scarica controllato da un pulsante separato nel circuito;
- se ciò non è possibile, prima di iniziare la tintura dopo averlo scollegato dalla rete, il condensatore deve essere scaricato usando una lama da cacciavite;
- Non installare condensatori polari nel circuito di potenza del diodo, la cui corrente inversa raggiunge valori che possono "bruciare" il circuito.
È possibile collegare elementi LED a 220 Volt solo con l'aiuto di elementi speciali introdotti in aggiunta nel circuito. In questo caso, puoi fare a meno di un trasformatore step-down e di un alimentatore, tradizionalmente utilizzati per collegare illuminatori a bassa tensione. Il compito principale degli elementi aggiuntivi nello schema di collegamento LED a 220 V è limitare e rettificare la corrente attraverso di esso, oltre a proteggere la giunzione dei semiconduttori dalla semionda inversa.
