Projektuojant elektroninę įrangą, taip pat gaminant ekonomiškus šviestuvus sunku išsiversti be šviesos diodų. Jų patikimumas, montavimo paprastumas ir santykinis pigumas pritraukia buitinės ir pramoninės armatūros kūrėjų dėmesį. Todėl daugelis vartotojų domisi grandinės sprendimais, kaip įjungti šviesos diodą, reiškiantį tiesioginį fazės įtampos tiekimą. Elektronikos srities nespecialistams ir elektrikams bus naudinga išmokti prijungti šviesos diodą prie 220 V.
Techninės diodo savybės
Pagal apibrėžimą LED, kurio grandinė yra panaši į įprastą diodą, yra tas pats puslaidininkis, kuris perduoda srovę viena kryptimi ir skleidžia šviesą, kai jis teka. Jo darbinis perėjimas nėra skirtas didelėms įtampoms, todėl LED elementui užsidegti pakanka vos kelių voltų. Kita šio prietaiso ypatybė yra poreikis jam tiekti pastovią įtampą, nes esant kintamai 220 voltų lemputei mirksi tinklo dažnis (50 Hz). Manoma, kad žmogaus akis nereaguoja į tokius mirksnius ir kad jie jam nekenkia. Tačiau nepaisant to, remiantis dabartiniais standartais, savo darbe reikia naudoti nuolatinį potencialą. Priešingu atveju nuo pavojingos atvirkštinės įtampos turi būti imamasi specialių apsaugos priemonių.
Dauguma apšvietimo įrangos, kurioje diodai naudojami kaip apšvietimo elementai, pavyzdžių yra sujungti į tinklą per specialius keitiklius - tvarkykles. Šie įtaisai yra būtini norint gauti nuolatinę 12, 24, 36 arba 48 voltus iš šaltinio tinklo įtampos. Nepaisant plataus paplitimo kasdieniame gyvenime, situacijos nėra neįprastos, kai aplinkybės verčia apsieiti be vairuotojo. Šiuo atveju svarbu mokėti įjungti 220 V šviesos diodus.
LED stulpas
Norėdami susipažinti su elektros instaliacijos schemomis ir diodo elemento laidais, turite išsiaiškinti, kaip atrodo LED lemputė. Kaip jo grafinis žymėjimas naudojamas trikampis, kurio vienas kampas ribojasi su trumpa vertikalia juostele - diagramoje jis vadinamas katodu. Tai laikoma išėjimo iš nuolatinės srovės, tekančios iš nugaros. Teigiamas potencialas tiekiamas iš energijos šaltinio, todėl įvesties kontaktas vadinamas anodu (pagal analogiją su elektroniniais vamzdžiais).
Pramoniniai šviesos diodai turi tik du išėjimus (rečiau - tris ar net keturis). Jų poliškumui nustatyti žinomi trys metodai:
- vaizdinis metodas, leidžiantis nustatyti elemento anodą pagal būdingą išsikišimą ant vienos iš kojų;
- naudojant multimetrą „diodo testo“ režime;
- maitinimo šaltiniu su pastovia išėjimo įtampa.
Norint nustatyti poliškumą antruoju būdu, teigiamas testerio matavimo laido galas raudonoje izoliacijoje yra prijungtas prie vieno diodo kontaktinio gnybto, o juodasis minusas - prie kito. Jei įtaisas rodo įtampa į priekį maždaug puse volto, anodas yra ant pliuso. Jei ekrane pasirodo begalybės ženklas arba „0L“, katodas yra šiame gale.
Tikrinant iš 12 voltų maitinimo šaltinio, jo pliusas turėtų būti prijungtas prie vieno šviesos diodo galo per 1 kΩ ribojamąjį varžą. Jei diodas užsidega, jo anodas yra maitinimo šaltinio pliuso pusėje, o jei ne, kitame gale.
Prijungimo metodai
Paprasčiausias būdas išspręsti diodo nepriimtinos atvirkštinės įtampos problemą yra įdiegti eilėje su ja papildomą rezistorių, kuris gali apriboti 220 voltų. Šis elementas gavo gesinimo elemento pavadinimą, nes jis „išsklaido“ perteklinę galią, palikdamas LED, reikalingą jo veikimui, 12–24 voltų.
Serijinis ribojančio rezistoriaus įrengimas taip pat išsprendžia atvirkštinės įtampos diodo sankryžoje problemą, kuri sumažėja iki tų pačių verčių. Kaip serijinio sujungimo modifikavimas su įtampos ribojimu, svarstoma mišrioji arba kombinuotoji grandinė 220 V šviesos diodams prijungti. Jame serijiniame rezistoriuje yra keli lygiagrečiai sujungti diodai, esantys viename rezistoriuje.
LED jungtį galima išdėstyti pagal schemą, kurioje vietoj rezistoriaus naudojamas įprastas diodas, kuris turi aukštą atvirkštinio skilimo įtampą (geriausia iki 400 voltų ar daugiau). Šiems tikslams patogiausia pasiimti tipišką prekės ženklo 1N4007 produktą, kurio charakteristikose nurodytas rodiklis yra iki 1000 voltų. Kai jis sumontuojamas nuosekliojoje grandinėje (pavyzdžiui, girliandai gaminti), atvirkštinė bangos dalis ištaisoma puslaidininkiniu diodu. Tokiu atveju jis atlieka šunto funkciją, apsaugančią šviesos elemento lustą nuo gedimo.
LED aplinkkelis su įprastu diodu (antiparalelinis ryšys)
Kita įprasta atvirkštinės pusės bangos „neutralizavimo“ versija yra kartu su gesinimo rezistoriumi naudoti dar vieną šviesos diodą, sujungtą lygiagrečiai ir link pirmojo elemento. Šioje grandinėje atvirkštinė įtampa „užsidaro“ per lygiagrečiai sujungtą diodą ir yra apribota papildomu pasipriešinimu, sujungtu nuosekliai.
Toks dviejų šviesos diodų derinys primena ankstesnę versiją, tačiau su vienu skirtumu. Kiekvienas iš jų dirba su „savo“ sinusoido dalimi, suteikdamas kitam elementui apsaugą nuo gedimo.
Reikšmingas jungimo schemos trūkumas per varškės varžą yra didelis neišnaudotos galios kiekis, sunaudotas tuščiąja eiga.
Tai patvirtina šis pavyzdys. Leiskite naudoti 24 kOhm slopinantį varžą ir LED, kurio darbinė srovė yra 9 mA. Varža, kurią išsklaidys pasipriešinimas, bus lygi 9x9x24 = 1944 mW (po apvalinimo - apie 2 vatus). Kad rezistorius veiktų optimaliu režimu, jis pasirenkamas ne mažesne kaip 3 vatų P reikšme. Pačiame šviesos diode sunaudojama labai nereikšminga energijos dalis.
Kita vertus, naudojant kelis serijiniu būdu sujungtus LED elementus, nepraktiška sumontuoti gesinimo rezistorių, nes jų švytėjimo režimas yra optimalus. Jei pasirinksite labai mažą pasipriešinimo vertę, ji greitai sudegs dėl didelės srovės ir reikšmingo galios išsisklaidymo. Todėl kintamos srovės grandinėje srovę ribojančio elemento funkciją natūraliau atlikti ant kondensatoriaus, kuriam neprarandama energija.
Kondensatoriaus apribojimas
Paprasčiausia LED jungimo grandinė per ribinį kondensatorių C pasižymi šiomis savybėmis:
- numatytos įkrovimo ir iškrovimo grandinės, užtikrinančios reaktyviojo elemento veikimo režimus;
- reikalingas dar vienas šviesos diodas, norint apsaugoti pagrindinį įrenginį nuo atvirkštinės įtampos;
- Norint apskaičiuoti kondensatoriaus talpą, naudojama empiriškai gauta formulė, kurioje pakeisti konkretūs skaičiai.
Norint apskaičiuoti vardinę C vertę, reikia padauginti srovės stiprį grandinėje iš empiriškai išvestinio koeficiento 4,45. Po to gautas produktas turėtų būti padalytas iš ribinės įtampos (310 voltų) ir jos kritimo ant šviesos diodo skirtumo.
Kaip pavyzdį apsvarstykite galimybę prijungti kondensatorių prie RGB arba įprasto LED diodo, kai jo sankryžoje įtampos kritimas yra lygus 3 voltams, o srovė per ją yra 9 mA. Pagal svarstomą formulę, jo talpa bus 0,13 μF. Norint pateikti tikslios jo vertės pakeitimą, reikėtų atsižvelgti į tai, kad dabartinis komponentas daro didesnę įtaką šio parametro dydžiui.
Eksperimento metu nustatyta empirinė formulė galioja tik apskaičiuojant 220 V šviesos diodų, sumontuotų tinkluose, kurių dažnis yra 50 Hz, pajėgumus ir parametrus. Kituose maitinimo įtampų dažnių diapazonuose (pavyzdžiui, keitikliuose) reikia perskaičiuoti koeficientą 4,45.
Prisijungimo prie 220 voltų tinklo niuansai
Naudojant įvairias šviesos diodų prijungimo prie 220 V tinklo schemas, galimi kai kurie niuansai, atsižvelgiant į tai, kurie padės išvengti elementarių klaidų perjungiant elektros grandines. Jie daugiausia susiję su srovės, tekančios per grandinę, dydžiu, kai į ją tiekiama energija. Norėdami juos suprasti, turite apsvarstyti paprasčiausią dekoratyvinio apšvietimo prietaiso tipą, kurį sudaro visas LED elementų rinkinys arba įprasta lemputė, pagrįsta jais.
Didelis dėmesys skiriamas procesų, vykstančių grandinės pertraukiklyje maitinimo metu, ypatybėms. Norint užtikrinti „minkštą“ perjungimo režimą, lygiagrečiai jo kontaktams reikia išlydyti gesinimo rezistorių ir LED indikatorių, rodantį įjungimo būseną.
Atsparumo vertė parenkama pagal anksčiau aprašytus metodus.
Tik po jungiklio su rezistoriumi grandinėje pati juosta yra su LED elementų lustais. Apsauginiai diodai jame nėra, todėl, kad gręžimo rezistoriaus vertė būtų parinkta apskaičiuojant srovę, tekančią išilgai grandinės, ji neturėtų viršyti 1 mA vertės.
Šios grandinės LED indikatoriaus lemputė atlieka apkrovos funkciją, dar labiau ribodama srovę. Dėl mažo dydžio jis švytės labai silpnai, tačiau to pakanka nakties režimui. Veikiant atvirkštinei pusiau bangai, rezistoriuje iš dalies slopinama įtampa, kuri apsaugo diodą nuo nepageidaujamo gedimo.
220 voltų ledo tvarkyklės grandinė
Patikimesnis būdas įjungti šviesos diodus iš tinklo yra naudoti specialų keitiklį ar tvarkyklę, kuri sumažina įtampą iki saugaus lygio. Pagrindinis 220 voltų LED lemputės tvarkyklės tikslas yra apriboti per ją srovę per leistiną vertę (pagal pasą). Jį sudaro įtampos tvarkyklė, lygintuvo tiltas ir srovės stabilizatoriaus mikroschema.
Vairuotojo parinktis be srovės stabilizatoriaus
Jei norite savo rankomis surinkti maitinimo šaltinį, skirtą šviesos diodams nuo 220 V, turėsite žinoti:
- kai naudojamas išvesties stabilizatorius, smarkiai sumažėja virpėjimo amplitudė;
- šiuo atveju dalis galios prarandama pačiame mikroschemoje, o tai daro įtaką spinduliuojančių prietaisų švytėjimo ryškumui;
- kai vietoj firminio stabilizatoriaus naudojamas didelės talpos filtravimo elektrolitas, pulsacija nėra visiškai išlyginta, tačiau neviršija priimtinų ribų.
Savarankiškai gaminant vairuotoją, grandinė gali būti supaprastinta pakeičiant išėjimo mikro grandinę elektrolitu.
Ryšio saugumas
Dirbant su grandine, skirta diodams prijungti prie 220 voltų tinklo, pagrindinis pavojus yra ribinis kondensatorius, sujungtas nuosekliai su jais. Esant tinklo įtampai, jis įkraunamas kaip potencialiai pavojingas žmonėms. Norint išvengti nemalonumų šioje situacijoje, rekomenduojama:
- Pateikite specialią iškrovos rezistoriaus grandinę, valdomą atskiru grandinės mygtuku;
- jei tai neįmanoma, prieš pradedant tinktūrą atjungus nuo tinklo, kondensatorių reikia iškrauti atsuktuvo geležte;
- Neįdiekite polinių kondensatorių diodų galios grandinėje, kurių atvirkštinė srovė pasiekia vertes, galinčias „išdegti“ grandinėje.
Galima prijungti LED elementus prie 220 voltų tik naudojant specialius elementus, kurie papildomai įvedami į grandinę. Tokiu atveju galite išsiversti be transformatoriaus ir maitinimo šaltinio, paprastai naudojamo žemos įtampos šviestuvams prijungti. Pagrindinis papildomų elementų, esančių 220 V LED jungties schemoje, uždavinys yra apriboti ir ištaisyti srovę per ją, taip pat apsaugoti puslaidininkių sankryžą nuo atvirkštinės pusės bangos.
