Alimentació de bricolatge de LEDs a partir de 220V - esquema de connexió

És difícil prescindir dels LEDs en dissenyar equips electrònics, així com en la fabricació d’aparells d’il·luminació econòmics. La seva fiabilitat, facilitat d’instal·lació i relativa econòmica criden l’atenció dels desenvolupadors de llums domèstics i industrials. Per tant, molts usuaris estan interessats en solucions de circuits per encendre el LED, cosa que implica un subministrament directe de tensió de fase. Serà útil per als no especialistes en el camp de l’electrònica i l’electricitat aprendre a connectar un LED a 220V.

Característiques tècniques del díode

Per definició, un LED, el circuit del qual és similar a un díode convencional, és el mateix semiconductor que fa passar el corrent en una direcció i emet llum mentre flueix. La seva unió de treball no està dissenyada per a tensions altes, per tant, només n’hi ha prou amb uns pocs volts perquè l’element LED s’encengui. Una altra característica d’aquest dispositiu és la necessitat de subministrar-li una tensió constant, ja que en alternar 220 Volts, el LED parpellejarà a la freqüència de la xarxa (50 Hz). Es creu que l'ull humà no respon a aquests parpelleigs i que no el perjudica. Però, segons els estàndards actuals, és necessari utilitzar un potencial constant per al seu funcionament. En cas contrari, cal aplicar mesures de protecció especials contra tensions inverses perilloses.

La majoria de les mostres d'equips d'il·luminació, en què s'utilitzen díodes com a elements d'il·luminació, es connecten a la xarxa mitjançant convertidors especials (controladors). Aquests dispositius són necessaris per obtenir una constant de 12, 24, 36 o 48 volts a partir de la tensió de xarxa inicial. Tot i la seva àmplia distribució en la vida quotidiana, les situacions no són infreqüents quan les circumstàncies ens obliguen a prescindir del conductor. En aquest cas, és important poder encendre els LED a 220 V.

Pals LED

Per conèixer els diagrames de commutació i el cablejat de l’element de díode, heu d’esbrinar l’aspecte del pinout del LED. Com a designació gràfica, s’utilitza un triangle, a una de les cantonades del qual s’adjunta una curta franja vertical; en el diagrama s’anomena càtode. Es considera una sortida per al corrent continu que flueix des del revers. Hi ha un potencial positiu de la font d’energia i, per tant, el contacte d’entrada s’anomena ànode (per analogia amb els tubs de buit).

Els LED produïts per la indústria només tenen dues derivacions (amb menys freqüència: tres o fins i tot quatre). Hi ha tres maneres de determinar la seva polaritat:

• un mètode visual que permet determinar l’ànode d’un element mitjançant un ressalt característic en una de les potes;
• utilitzant un multímetre en mode "Prova de díode";
• mitjançant una unitat d’alimentació amb una tensió de sortida constant.

Per determinar la polaritat de la segona manera, l'extrem positiu del cable de mesura del provador en aïllament vermell està connectat a un terminal de contacte del díode i l'extrem negatiu negre a l'altre. Si el dispositiu mostra una tensió cap endavant de l’ordre de mig volt, l’ànode es troba al costat final positiu. Si apareix el signe d'infinit o "0L" al tauler de visualització, el càtode es troba en aquest extrem.

En fer proves des d’una font d’alimentació de 12 volts, el seu avantatge s’hauria de connectar a un extrem del LED mitjançant una resistència limitant d’1 kΩ. Si el díode s’encén, el seu ànode es troba al costat positiu de la font d’alimentació i, si no, a l’altre extrem.

Mètodes de connexió

L'enfocament més senzill per resoldre el problema de la tensió inversa inadmissible per a un díode és instal·lar-hi una resistència addicional que sigui capaç de limitar 220 volts. Aquest element s’anomena un element de sufocació, ja que “dissipa” l’excés de potència sobre si mateix, deixant el LED 12-24 Volts necessari per al seu funcionament.

La instal·lació de la resistència limitadora en sèrie també resol el problema de la tensió inversa de la unió de díodes, que es redueix als mateixos valors. Com a modificació de la connexió en sèrie amb limitació de tensió, es considera un circuit mixt o combinat per connectar LEDs de 220 V. En ell, hi ha diversos díodes connectats en paral·lel per resistència a la resistència de sèrie.

La connexió del LED es pot organitzar segons un esquema en què s'utilitza un díode convencional en lloc d'una resistència, que té una alta tensió de ruptura inversa (preferiblement fins a 400 volts o més). A aquests efectes, és més convenient prendre un producte típic de la marca 1N4007 amb un indicador de fins a 1000 volts declarat a les característiques. Quan s’instal·la en un circuit en sèrie (per exemple, en la fabricació d’una garlanda), la part inversa de l’ona es rectifica mitjançant un díode semiconductor. En aquest cas, realitza la funció de derivació que protegeix el xip de l’element lleuger de la ruptura.

Ignorant el LED amb un díode convencional (connexió antiparal·lel)

Una altra variant comuna de "neutralitzar" la mitja ona inversa és utilitzar, juntament amb una resistència de sufocació, un altre LED, que es connecta en paral·lel i cap al primer element. En aquest circuit, la tensió inversa es "tanca" a través del díode connectat en paral·lel i està limitada per una resistència addicional en sèrie.

Aquesta connexió de dos LED s’assembla a la versió anterior, però amb una diferència. Cadascun d'ells treballa amb la seva "part" sinusoïdal, proporcionant un altre element amb protecció contra avaries.

Un desavantatge significatiu de l’esquema de connexió a través d’una resistència d’amortiment és una quantitat significativa de potència improductiva que consumeix al ralentí.

Ho confirma l'exemple següent. Utilitzeu una resistència d'amortiment de 24 kΩ i un LED amb un corrent de funcionament de 9 mA. La potència dissipada a la resistència serà igual a 9x9x24 = 1944 mW (després de l’arrodoniment: aproximadament 2 watts). Per tal que la resistència funcioni en mode òptim, es selecciona amb un valor P d'almenys 3 W. En el propi LED, es consumeix una part molt insignificant de l’energia.

D’altra banda, quan s’utilitzen diversos elements LED connectats en sèrie, no és pràctic instal·lar una resistència d’extinció per raons del seu mode de luminescència òptim. Si escolliu una resistència nominal molt petita, es cremarà ràpidament a causa de l’elevat corrent i d’una important dissipació de potència. Per tant, és més natural realitzar la funció d’un element limitador de corrent en un circuit de corrent altern a un condensador, sobre el qual no es perd energia.

Limitació del condensador

El circuit més senzill per connectar LEDs mitjançant un condensador limitador C es caracteritza per les següents característiques:

• es proporcionen cadenes de càrrega i descàrrega per garantir els modes de funcionament de l’element reactiu;
• cal un LED més per protegir el corrent principal de la tensió inversa;
• per calcular la capacitat d'un condensador, s'utilitza una fórmula obtinguda empíricament, en la qual se substitueixen nombres específics.

Per calcular el valor de la C nominal, heu de multiplicar el corrent del circuit pel factor 4,45 derivat empíricament. Després d'això, el producte resultant s'ha de dividir per la diferència entre la tensió límit (310 volts) i la seva caiguda al LED.

Com a exemple, penseu a connectar un condensador a un díode LED RGB o ordinari amb una caiguda de tensió a la seva unió igual a 3 volts i un corrent a través d’ell de 9 mA. Segons la fórmula considerada, la seva capacitat serà de 0,13 μF. Per introduir una correcció pel seu valor exacte, cal tenir en compte que el valor d’aquest paràmetre està més influït pel component actual.

La fórmula empírica elaborada empíricament només és vàlida per al càlcul de les capacitats i paràmetres dels LED de 220 V instal·lats en xarxes amb una freqüència de 50 Hz. En altres rangs de freqüència de tensions d’alimentació (en convertidors, per exemple), s’ha de tornar a calcular el factor 4.45.

Els matisos de la connexió a una xarxa de 220 volts

Quan s’utilitzen diversos esquemes per connectar un LED a una xarxa de 220 V, són possibles alguns matisos, tenint en compte el que ajudarà a evitar errors elementals en la commutació de circuits elèctrics. Es relacionen principalment amb la quantitat de corrent que circula pel circuit quan se li aplica energia. Per entendre-les, haureu de tenir en compte un dispositiu senzill, com ara una llum de fons per a la decoració, que consisteix en un conjunt complet d’elements LED o una làmpada normal basada en ells.

Es presta molta atenció a les característiques dels processos que es produeixen a l’interruptor en el moment de l’alimentació. Per assegurar el mode "suau" d'encès, caldrà soldar una resistència d'amortiment i un indicador LED que indiqui l'estat d'encesa en paral·lel als seus contactes.

El valor de resistència es selecciona segons els mètodes descrits anteriorment.

Només després del commutador amb una resistència al circuit es troba la pròpia cinta amb els xips dels elements LED. No proporciona díodes de protecció, de manera que el valor de la resistència d’amortiment es selecciona en funció del corrent que circula pel circuit, no ha de superar un valor de l’ordre d’1 mA.

El llum indicador LED d’aquest circuit actua com a càrrega i limita encara més el corrent. A causa de la seva petita mida, brillarà molt poc tènue, però això és suficient per al mode nocturn. Sota l’acció de la mitja ona inversa, el voltatge s’extingeix parcialment a través de la resistència, cosa que protegeix el díode de la ruptura no desitjada.

Circuit de control de gel de 220 volts

Una manera més fiable d’alimentar els LED de la xarxa és utilitzar un convertidor o controlador especial que redueixi el voltatge a un nivell segur. L’objectiu principal del conductor per a un LED de 220 volts és limitar el corrent a través d’aquest dins del valor permès (segons el passaport). Inclou un controlador de tensió, un pont rectificador i un microcircuit estabilitzador de corrent.

Opció de controlador sense estabilitzador de corrent

Si voleu muntar un dispositiu d’alimentació LED de 220 V amb les vostres pròpies mans, haureu de saber el següent:

• quan s'utilitza un estabilitzador de sortida, l'amplitud de l'ondulació es redueix significativament;
• en aquest cas, una part de l’energia es perd al propi microcircuit, cosa que afecta la brillantor de la resplendor dels dispositius emissors;
• quan s'utilitza un electròlit de filtratge de gran capacitat en lloc d'un estabilitzador propietari, les pulsacions no es suavitzen completament, sinó que es mantenen dins dels límits acceptables.

Quan es fa un conductor mateix, el circuit es pot simplificar substituint el microcircuit de sortida per un electròlit.

Seguretat de la connexió

Quan es treballa amb un circuit per connectar díodes a una xarxa de 220 volts, el principal perill és un condensador limitador connectat en sèrie amb ells. Sota la influència de la tensió de la xarxa, es carrega a un potencial perillós per als humans. Per evitar problemes en aquesta situació, es recomana:

• proporcionar una cadena de resistència de descàrrega especial al circuit, controlada per un botó separat;
• si això no és possible, abans de començar la tintura després de desconnectar de la xarxa, el condensador s'ha de descarregar mitjançant la punta d'un tornavís;
• no instal·leu condensadors polars al circuit de subministrament de díodes, el corrent invers dels quals assoleixi valors que puguin "cremar" el circuit.

És possible connectar elements LED de 220 volts només amb l'ajuda d'elements especials introduïts al circuit addicionalment. En aquest cas, es pot prescindir d’un transformador descendent i d’una font d’alimentació, que s’utilitza tradicionalment per connectar il·luminadors de baixa tensió. La principal tasca dels elements addicionals del circuit de connexió LED de 220V és limitar i rectificar el corrent a través d’ell i també protegir la unió de semiconductors de la mitja ona inversa.