Трудно е да се направи без светодиоди при проектирането на електронно оборудване, както и при производството на икономични осветителни устройства. Тяхната надеждност, лекота на инсталиране и относителна евтиност привличат вниманието на разработчиците на битови и индустриални лампи. Ето защо много потребители се интересуват от схематични решения за включване на светодиода, което предполага директно подаване на фазово напрежение към него. Ще бъде полезно за неспециалистите в областта на електрониката и електротехниката да научат как да свържат LED към 220V.
Диодни технически характеристики
По дефиниция светодиодът, чиято схема е подобна на конвенционалния диод, е същият полупроводник, който предава ток в една посока и излъчва светлина, докато тече. Работната му връзка не е предназначена за високо напрежение, следователно, само няколко волта са достатъчни, за да светне LED елементът. Друга характеристика на това устройство е необходимостта да му се подава постоянно напрежение, тъй като при променливи 220 волта светодиодът ще мига на мрежовата честота (50 херца). Смята се, че човешкото око не реагира на такива мигания и че те не му навредят. Но все пак, според сегашните стандарти е необходимо да се използва постоянен потенциал за нейното функциониране. В противен случай е необходимо да се прилагат специални мерки за защита срещу опасни обратни напрежения.
Повечето проби от осветително оборудване, в които диодите се използват като осветителни елементи, са свързани към мрежата чрез специални преобразуватели - драйвери. Тези устройства са необходими за получаване на постоянни 12, 24, 36 или 48 волта от първоначалното напрежение в мрежата. Въпреки широкото им разпространение в ежедневието, не са необичайни ситуации, когато обстоятелствата ни принуждават да се справим без шофьор. В този случай е важно да можете да включите светодиодите в 220 V.
LED стълбове
За да се запознаете със схемите за превключване и окабеляването на диодния елемент, трябва да разберете как изглежда пиноутът на светодиода. Като негово графично обозначение се използва триъгълник, към един от ъглите на който прилепва къса вертикална лента - в диаграмата той се нарича катод. Счита се за изход за постоянен ток, който тече от обратната страна. Има положителен потенциал от източника на захранване и следователно входният контакт се нарича анод (по аналогия с вакуумните тръби).
Светодиодите, произведени от индустрията, имат само два извода (по-рядко - три или дори четири). Има три начина за определяне на полярността им:
- визуален метод, който ви позволява да определите анода на елемент чрез характерна издатина на един от краката;
- използване на мултицет в режим "Диоден тест";
- посредством захранващ блок с постоянно изходно напрежение.
За да се определи полярността по втория начин, положителният край на измервателния кабел на тестера в червена изолация е свързан към единия контакт на клемата на диода, а черният отрицателен край към другия. Ако устройството показва напрежение напред от порядъка на половин волта, анодът се намира на положителната крайна страна. Ако на дисплея се появи знакът за безкрайност или "0L", катодът се намира в този край.
Когато се тества от 12 волта захранване, неговият плюс трябва да бъде свързан към единия край на светодиода чрез ограничителен резистор 1 kΩ. Ако диодът светне, неговият анод е от положителната страна на захранването, а ако не - от другия край.
Методи за свързване
Най-простият подход за решаване на проблема с обратното напрежение, недопустимо за диод, е инсталирането на допълнителен резистор последователно с него, който може да ограничи 220 волта. Този елемент се нарича охлаждащ елемент, тъй като "разсейва" излишната мощност върху себе си, оставяйки светодиода 12-24 волта, необходим за неговата работа.
Инсталирането на ограничителния резистор последователно също решава проблема с обратното напрежение на диодната връзка, което е намалено до същите стойности. Като модификация на последователна връзка с ограничение на напрежението се разглежда смесена или комбинирана схема за свързване на светодиоди от 220 V. В нея има няколко паралелно свързани диода на резистор в последователен резистор.
Връзката на светодиода може да бъде организирана по схема, при която вместо резистор се използва конвенционален диод, който има високо напрежение на обратен пробив (за предпочитане до 400 волта или повече). За тези цели е най-удобно да вземете типичен продукт от марката 1N4007 с показател до 1000 волта, деклариран в характеристиките. Когато е инсталиран в последователна верига (например при производството на гирлянд), обратната част на вълната се коригира от полупроводников диод. В този случай той изпълнява функцията на шунт, който предпазва чипа на лекия елемент от разрушаване.
Заобикаляне на светодиода с конвенционален диод (антипаралелна връзка)
Друг често срещан вариант на "неутрализиране" на обратната полувълна е да се използва, заедно с гасителния резистор, друг светодиод, който е свързан паралелно и към първия елемент. В тази схема обратното напрежение се "затваря" през паралелно свързания диод и е ограничено от допълнително последователно съпротивление.
Тази връзка на два светодиода прилича на предишната версия, но с една разлика. Всеки от тях работи със "своя" част от синусоидата, осигурявайки друг елемент със защита срещу разрушаване.
Значителен недостатък на схемата за свързване чрез амортисьорен резистор е значително количество непродуктивна мощност, консумирана от него на празен ход.
Това се потвърждава от следния пример. Нека се използва амортисьорен резистор от 24 kΩ и светодиод с работен ток 9 mA. Мощността, разсейвана върху съпротивлението, ще бъде равна на 9x9x24 = 1944 mW (след закръгляване - около 2 вата). За да може резисторът да работи в оптимален режим, той е избран със стойност P най-малко 3 W. На самия светодиод се изразходва много нищожна част от енергията.
От друга страна, когато се използват няколко светодиодни елемента, свързани последователно, не е препоръчително да се инсталира охлаждащ резистор поради съображения за оптималния им режим на луминисценция. Ако изберете много малко номинално съпротивление, то бързо ще изгори поради високия ток и значително разсейване на мощността. Поради това е по-естествено да се изпълнява функцията на ограничаващ тока елемент в променлив токов кръг към кондензатор, върху който енергията не се губи.
Ограничение на кондензатора
Най-простата схема за свързване на светодиоди през ограничителен кондензатор С се характеризира със следните характеристики:
- осигурени са вериги за зареждане и разреждане, за да се осигурят режимите на работа на реактивния елемент;
- още един светодиод е необходим, за да предпази главната мрежа от обратно напрежение;
- за изчисляване на капацитета на кондензатор се използва емпирично получена формула, в която се заменят конкретни числа.
За да изчислите стойността на номиналната C, трябва да умножите тока във веригата по коефициент 4.45, изведен емпирично. След това полученият продукт трябва да бъде разделен на разликата между ограничителното напрежение (310 волта) и падането му върху светодиода.
Като пример, помислете за свързване на кондензатор към RGB или обикновен LED диод с спад на напрежението в кръстовището му, равен на 3 волта и ток през него от 9 mA. Съгласно разглежданата формула неговият капацитет ще бъде 0,13 μF. За да се въведе корекция за точната му стойност, трябва да се има предвид, че стойността на този параметър се влияе повече от текущия компонент.
Емпиричната формула, разработена емпирично, е валидна само за изчисляване на мощностите и параметрите на 220 V светодиоди, инсталирани в мрежи с честота 50 Hz. В други честотни диапазони на захранващите напрежения (например в преобразуватели) трябва да се преизчисли фактор 4.45.
Нюансите на свързване към мрежа от 220 волта
При използване на различни схеми за свързване на LED към 220 V мрежа са възможни някои нюанси, като се вземе предвид, което ще помогне да се избегнат елементарни грешки при превключване на електрическите вериги. Те са свързани главно с количеството ток, протичащ през веригата, когато към нея се подава мощност. За да ги разберете, ще трябва да помислите за просто устройство като подсветка за декорация, състоящо се от цял набор от LED елементи или обикновена лампа въз основа на тях.
Значително внимание се обръща на характеристиките на процесите, протичащи в прекъсвача в момента на захранването. За да се осигури "мек" режим на включване, ще е необходимо да се запоят демпфиращ резистор и LED индикатор, показващ състоянието на включване успоредно на неговите контакти.
Стойността на съпротивлението се избира съгласно методите, описани по-рано.
Само след превключвателя с резистор във веригата самата лента е с чиповете на LED елементите. Той не осигурява защитни диоди, така че стойността на амортисьорния резистор се избира въз основа на тока, протичащ през веригата, той не трябва да надвишава стойност от порядъка на 1 mA.
Светодиодният индикатор в тази схема действа като товар, допълнително ограничавайки тока. Поради малкия си размер той ще свети много слабо, но това е напълно достатъчно за нощния режим. Под действието на обратната полувълна напрежението се гаси частично през резистора, което предпазва диода от нежелано разрушаване.
Верига за леден драйвер за 220 волта
По-надежден начин за захранване на светодиодите от мрежата е използването на специален преобразувател или драйвер, който намалява напрежението до безопасно ниво. Основната цел на драйвера за 220 волта LED е да ограничи тока през него в рамките на допустимата стойност (според паспорта). Той включва драйвер за напрежение, мост на изправител и микросхема за стабилизация на тока.
Опция за водача без токов стабилизатор
- когато се използва изходен стабилизатор, амплитудата на пулсациите значително намалява;
- в този случай част от мощността се губи върху самата микросхема, което влияе върху яркостта на сиянието на излъчващите устройства;
- когато се използва филтриращ електролит с голям капацитет вместо патентован стабилизатор, пулсациите не се изглаждат напълно, но остават в приемливите граници.
Когато правите драйвера сами, веригата може да бъде опростена, като се замени изходната микросхема с електролит.
Сигурност на връзката
Когато работите с верига за свързване на диоди към мрежа от 220 волта, основната опасност е ограничителен кондензатор, свързан последователно с тях. Под въздействието на мрежовото напрежение то се зарежда до потенциално опасно за хората. За да избегнете неприятности в тази ситуация, се препоръчва:
- осигурете специална верига на разрядния резистор във веригата, управлявана от отделен бутон;
- ако това е невъзможно, преди да започнете тинктурата след изключване от мрежата, кондензаторът трябва да се разреди с помощта на върха на отвертка;
- не инсталирайте полярни кондензатори в диодната захранваща верига, чийто обратен ток достига стойности, които могат да "изгорят" веригата.
Възможно е да се свържат 220-волтови LED елементи само с помощта на специални елементи, въведени допълнително в схемата. В този случай можете да направите без понижаващ трансформатор и захранване, традиционно използвани за свързване на осветители с ниско напрежение. Основната задача на допълнителните елементи в 220V LED веригата за свързване е да ограничат и коригират тока през нея, а също и да защитят полупроводниковия кръстовище от обратната полувълна.
