Trudno obejść się bez diod LED w projektowaniu sprzętu elektronicznego, a także w produkcji ekonomicznych opraw oświetleniowych. Ich niezawodność, łatwość instalacji i względna tania przyciągają uwagę twórców urządzeń domowych i przemysłowych. Dlatego wielu użytkowników jest zainteresowanych rozwiązaniami obwodów do włączania diody LED, co oznacza bezpośrednie doprowadzenie do niej napięcia fazowego. Nie-specjaliści w dziedzinie elektroniki i elektrycy będą przydatni, aby dowiedzieć się, jak podłączyć diodę LED do 220 V.
Cechy techniczne diody
Z definicji dioda LED, której obwód jest podobny do konwencjonalnej diody, jest tym samym półprzewodnikiem, który przesyła prąd w jednym kierunku i emituje światło, gdy przepływa. Jego przejście robocze nie jest przeznaczone do wysokich napięć, więc wystarczy kilka woltów, aby element LED mógł się zaświecić. Inną cechą tego urządzenia jest potrzeba dostarczania do niego stałego napięcia, ponieważ przy naprzemiennych 220 woltach dioda LED będzie migać z częstotliwością sieciową (50 Hz). Uważa się, że ludzkie oko nie reaguje na takie mrugnięcia i że nie wyrządzają mu krzywdy. Niemniej jednak, zgodnie z obecnymi standardami, konieczne jest wykorzystanie stałego potencjału do jego pracy. W przeciwnym razie należy zastosować specjalne środki ochronne przed niebezpiecznym odwrotnym napięciem.
Większość przykładów sprzętu oświetleniowego, w którym diody są stosowane jako elementy oświetleniowe, podłącza się do sieci za pomocą specjalnych konwerterów - sterowników. Urządzenia te są niezbędne do uzyskania stałego napięcia 12, 24, 36 lub 48 woltów od napięcia sieciowego źródła. Pomimo ich szerokiej dystrybucji w życiu codziennym sytuacje nie są rzadkie, gdy okoliczności zmuszają do obejścia się bez kierowcy. W takim przypadku ważne jest, aby móc włączyć diody LED 220 V.
Słup LED
Aby zapoznać się ze schematami okablowania i okablowaniem elementu diodowego, musisz dowiedzieć się, jak wygląda wyprowadzenie diody LED. Jako oznaczenie graficzne zastosowano trójkąt, którego jeden z rogów sąsiaduje z krótkim pionowym paskiem - na schemacie nazywany jest katodą. Jest uważany za wyjściowy dla prądu stałego przepływającego z tyłu. Potencjał dodatni jest dostarczany ze źródła zasilania, dlatego też styk wejściowy nazywany jest anodą (analogicznie do lamp elektronicznych).
Przemysłowe diody LED mają tylko dwa wyjścia (rzadziej trzy lub nawet cztery). Znane są trzy metody określania ich polaryzacji:
- metoda wizualna, która pozwala określić anodę elementu poprzez charakterystyczny występ na jednej z nóg;
- za pomocą multimetru w trybie „testu diody”;
- za pomocą zasilacza o stałym napięciu wyjściowym.
Aby ustalić biegunowość w drugi sposób, dodatni koniec kabla pomiarowego testera w czerwonej izolacji jest podłączony do jednego zacisku stykowego diody, a czarny ujemny do drugiego. Jeśli urządzenie pokazuje napięcie przewodzenia rzędu pół wolta, anoda znajduje się na dodatnim końcu. Jeśli na wyświetlaczu pojawi się znak nieskończoności lub „0L”, katoda znajduje się na tym końcu.
Podczas sprawdzania z zasilacza 12 wolt, jego plus należy podłączyć do jednego końca diody LED przez rezystor ograniczający 1 kΩ. Jeśli dioda się świeci, jej anoda znajduje się po stronie dodatniej zasilacza, a jeśli nie, na drugim końcu.
Metody połączenia
Najprostszym podejściem do rozwiązania problemu niedopuszczalnego napięcia wstecznego dla diody jest zainstalowanie szeregowego rezystora, który może ograniczyć 220 woltów. Ten element otrzymał nazwę gaszenia, ponieważ „rozprasza” nadmiar mocy na siebie, pozostawiając diodę LED niezbędną do jej działania na poziomie 12–24 woltów.
Szeregowa instalacja rezystora ograniczającego rozwiązuje również problem napięcia wstecznego na złączu diody, które zmniejsza się do tych samych wartości. Jako modyfikację połączenia szeregowego z ograniczeniem napięcia rozważany jest obwód mieszany lub kombinowany do łączenia diod LED 220 V. W nim rezystor szeregowy ma kilka równolegle połączonych diod na rezystor.
Połączenie LED można ustawić zgodnie ze schematem, w którym zamiast rezystora stosowana jest konwencjonalna dioda, mająca wysokie napięcie przebicia wstecznego (najlepiej do 400 woltów lub więcej). Do tych celów najwygodniej jest wziąć typowy produkt marki 1N4007 o określonym wskaźniku do 1000 woltów we właściwościach. Po zainstalowaniu w szeregu (na przykład do produkcji girlandy) odwrotna część fali jest rektyfikowana przez diodę półprzewodnikową. W tym przypadku pełni funkcję bocznika chroniącego układ elementu świetlnego przed rozpadem.
Obejście LED z konwencjonalną diodą (połączenie równoległe)
Inną popularną wersją „neutralizacji” odwrotnej półfali jest użycie wraz z rezystorem gaszącym kolejnej diody LED włączanej równolegle i skierowanej w stronę pierwszego elementu. W tym obwodzie napięcie wsteczne „zamyka się” poprzez diodę połączoną równolegle i jest ograniczone dodatkową rezystancją połączoną szeregowo.
Taka kombinacja dwóch diod LED przypomina poprzednią wersję, ale z jedną różnicą. Każdy z nich działa z „swoją” częścią sinusoidy, zapewniając drugiemu elementowi ochronę przed awarią.
Istotną wadą schematu połączeń poprzez rezystor gaszenia jest znaczna ilość nieproduktywnej energii zużywanej na nim bezczynnie.
Potwierdza to poniższy przykład. Niech zastosuje się rezystor tłumiący 24 kOhm i diodę LED o prądzie roboczym 9 mA. Moc rozproszona przez opór będzie równa 9x9x24 = 1944 mW (po zaokrągleniu - około 2 watów). Aby rezystor działał w trybie optymalnym, jest wybierany z wartością P co najmniej 3 watów. Na samej diodzie LED zużywana jest bardzo niewielka część energii.
Z drugiej strony, w przypadku korzystania z kilku szeregowo połączonych elementów LED, nie jest praktyczne instalowanie rezystora gaszenia ze względu na optymalny tryb ich świecenia. Jeśli wybierzesz bardzo małą wartość rezystancji, szybko się wypali z powodu dużego prądu i znacznego rozproszenia mocy. Dlatego funkcja elementu ograniczającego prąd w obwodzie prądu przemiennego jest bardziej naturalna w przypadku kondensatora, na którym energia nie jest tracona.
Ograniczenie kondensatora
Najprostszy obwód do podłączenia diod LED przez kondensator ograniczający C charakteryzuje się następującymi cechami:
- zapewniono łańcuchy ładowania i rozładowania, które zapewniają tryby działania elementu reaktywnego;
- potrzebna jest jeszcze jedna dioda LED, aby zabezpieczyć przewód główny przed napięciem zwrotnym;
- Aby obliczyć pojemność kondensatora, stosuje się empirycznie uzyskaną formułę, w której określone liczby są podstawiane.
Aby obliczyć wartość nominalnego C, należy pomnożyć bieżącą siłę w obwodzie przez empirycznie wyprowadzony współczynnik 4,45. Następnie powstały produkt należy podzielić przez różnicę między napięciem granicznym (310 woltów) a jego spadkiem na diodzie LED.
Jako przykład rozważ podłączenie kondensatora do diody RGB lub konwencjonalnej diody LED ze spadkiem napięcia na jego złączu równym 3 woltom i przepływającym przez niego prądem o wartości 9 mA. Według rozważanego wzoru jego pojemność wyniesie 0,13 μF. Aby wprowadzić poprawkę do jej dokładnej wartości, należy wziąć pod uwagę, że składnik bieżący w większym stopniu wpływa na wielkość tego parametru.
Wzór empiryczny ustalony eksperymentalnie jest ważny tylko do obliczania pojemności i parametrów diod LED 220 V zainstalowanych w sieciach o częstotliwości 50 Hz. W innych zakresach częstotliwości napięć zasilających (na przykład w przetwornicach) należy ponownie obliczyć współczynnik 4,45.
Niuanse związane z podłączeniem do sieci 220 woltów
Przy stosowaniu różnych schematów podłączania diody LED do sieci 220 V możliwe są pewne niuanse, biorąc pod uwagę, które pomogą uniknąć elementarnych błędów w przełączaniu obwodów elektrycznych. Są one głównie związane z wielkością prądu przepływającego przez obwód, gdy dostarczana jest do niego energia. Aby je zrozumieć, należy wziąć pod uwagę najprostszy rodzaj urządzenia oświetleniowego do dekoracji, składający się z całego zestawu elementów LED lub zwykłej opartej na nich lampy.
Dużą uwagę przywiązuje się do cech procesów zachodzących w wyłączniku w momencie zasilania. Aby zapewnić „miękki” tryb przełączania, konieczne jest przylutowanie rezystora gaszenia i wskaźnika LED równolegle do jego styków, wskazując stan włączenia.
Wartość rezystancji jest wybierana zgodnie z metodami opisanymi wcześniej.
Dopiero po przełączeniu z rezystorem w obwodzie sama taśma z układami elementów LED. Nie ma w nim diod ochronnych, więc wartość rezystora gaszenia jest wybierana z obliczeń prądu płynącego wzdłuż obwodu, nie powinna przekraczać wartości rzędu 1 mA.
Kontrolka LED w tym obwodzie pełni funkcję obciążenia, co dodatkowo ogranicza prąd. Ze względu na swój niewielki rozmiar będzie świecił bardzo słabo, ale to wystarczy do trybu nocnego. Pod działaniem odwrotnej półfali napięcie jest częściowo tłumione na rezystorze, który chroni diodę przed niepożądanym przebiciem.
220-woltowy obwód sterownika lodu
Bardziej niezawodnym sposobem zasilania diod LED z sieci jest użycie specjalnego konwertera lub sterownika, który obniża napięcie do bezpiecznego poziomu. Głównym celem sterownika dla diody LED o napięciu 220 woltów jest ograniczenie prądu przez nią w granicach dopuszczalnej wartości (zgodnie z paszportem). Obejmuje sterownik napięcia, mostek prostowniczy i mikroukład stabilizatora prądu.
Opcja sterownika bez stabilizatora prądu
Jeśli chcesz złożyć urządzenie zasilające do diod LED od 220 V własnymi rękami, musisz wiedzieć, co następuje:
- przy zastosowaniu stabilizatora wyjściowego amplituda tętnienia jest znacznie zmniejszona;
- w tym przypadku część mocy jest tracona na samym mikroukładzie, co wpływa na jasność blasku urządzeń promieniujących;
- w przypadku stosowania elektrolitu filtrującego o dużej pojemności zamiast markowego stabilizatora pulsacje nie są całkowicie wygładzane, ale pozostają w dopuszczalnych granicach.
Dzięki własnej produkcji sterownika obwód można uprościć, zastępując wyjściowy mikroukład elektrolitem.
Bezpieczeństwo połączenia
Podczas pracy z obwodem do podłączania diod do sieci 220 woltów głównym zagrożeniem jest kondensator ograniczający połączony szeregowo z nimi. Pod wpływem napięcia sieciowego ładowany jest do potencjalnie niebezpiecznego dla ludzi. Aby uniknąć problemów w tej sytuacji, zaleca się:
- Zapewnij specjalny obwód rezystora rozładowania kontrolowany przez oddzielny przycisk w obwodzie;
- jeśli nie jest to możliwe, przed rozpoczęciem nalewki po odłączeniu od sieci kondensator należy rozładować za pomocą śrubokręta;
- Nie instaluj kondensatorów biegunowych w obwodzie zasilania diody, którego prąd wsteczny osiąga wartości, które mogą „wypalić” obwód.
Możliwe jest podłączenie elementów LED o napięciu 220 woltów tylko za pomocą specjalnych elementów wprowadzonych dodatkowo do obwodu. W takim przypadku można obejść się bez transformatora obniżającego napięcie i zasilacza, tradycyjnie stosowanych do łączenia oświetlaczy niskiego napięcia. Głównym zadaniem dodatkowych elementów na schemacie połączeń LED 220 V jest ograniczenie i prostowanie przepływającego przez nie prądu, a także ochrona złącza półprzewodnikowego przed odwrotną półfalą.
