Beim Design elektronischer Geräte sowie bei der Herstellung kostengünstiger Beleuchtungsgeräte ist es schwierig, auf LEDs zu verzichten. Ihre Zuverlässigkeit, einfache Installation und relative Kostengünstigkeit ziehen die Aufmerksamkeit der Entwickler von Haushalts- und Industrielampen auf sich. Daher sind viele Benutzer an Schaltungslösungen zum Einschalten der LED interessiert, was eine direkte Versorgung mit Phasenspannung bedeutet. Für Nicht-Fachleute im Bereich Elektronik und Elektrik ist es hilfreich zu lernen, wie man eine LED an 220V anschließt.
Technische Merkmale der Diode
Per Definition ist eine LED, deren Schaltung einer herkömmlichen Diode ähnelt, derselbe Halbleiter, der Strom in eine Richtung durchlässt und beim Fluss Licht emittiert. Seine Arbeitsverbindung ist nicht für hohe Spannungen ausgelegt, daher reichen wenige Volt aus, um das LED-Element zum Leuchten zu bringen. Ein weiteres Merkmal dieses Gerätes ist die Notwendigkeit, eine konstante Spannung zu liefern, da die LED bei 220 Volt Wechselspannung mit der Netzfrequenz (50 Hertz) blinkt. Es wird angenommen, dass das menschliche Auge auf solche Blinzeln nicht reagiert und dass sie ihm nicht schaden. Dennoch ist es nach den aktuellen Standards notwendig, ein konstantes Potenzial für den Betrieb zu nutzen. Andernfalls sind besondere Schutzmaßnahmen gegen gefährliche Rückspannungen zu treffen.
Die meisten Muster von Beleuchtungsgeräten, in denen Dioden als Beleuchtungselemente verwendet werden, sind über spezielle Konverter - Treiber - an das Netzwerk angeschlossen. Diese Geräte sind notwendig, um aus der anfänglichen Netzspannung konstante 12, 24, 36 oder 48 Volt zu erhalten. Trotz ihrer weiten Verbreitung im Alltag sind Situationen keine Seltenheit, in denen uns die Umstände dazu zwingen, auf einen Fahrer zu verzichten. In diesem Fall ist es wichtig, LEDs in 220 V einschalten zu können.
LED-Masten
Um sich mit den Schaltplänen und der Verdrahtung des Diodenelements vertraut zu machen, müssen Sie herausfinden, wie die Pinbelegung der LED aussieht. Als grafische Bezeichnung wird ein Dreieck verwendet, an dessen einer der Ecken ein kurzer vertikaler Streifen angrenzt - im Diagramm wird er als Kathode bezeichnet. Er wird als Ausgang für Gleichstrom betrachtet, der von der Rückseite einfließt. An der Stromquelle liegt ein positives Potenzial an und daher wird der Eingangskontakt als Anode bezeichnet (analog zu Vakuumröhren).
Die von der Industrie hergestellten LEDs haben nur zwei Anschlüsse (seltener - drei oder sogar vier). Es gibt drei Möglichkeiten, ihre Polarität zu bestimmen:
- eine visuelle Methode, mit der Sie die Anode eines Elements durch einen charakteristischen Vorsprung an einem der Beine bestimmen können;
- mit einem Multimeter im Modus "Diodentest";
- über ein Netzteil mit konstanter Ausgangsspannung.
Um die Polarität auf die zweite Weise zu bestimmen, wird das positive Ende des Tester-Messkabels in roter Isolierung mit einem Kontaktanschluss der Diode verbunden und das schwarze negative Ende mit dem anderen. Zeigt das Gerät eine Durchlassspannung in der Größenordnung von einem halben Volt, befindet sich die Anode auf der positiven Endseite. Erscheint auf der Anzeigetafel das Unendlichzeichen oder "0L", befindet sich die Kathode an diesem Ende.
Beim Testen an einem 12-Volt-Netzteil sollte sein Plus über einen 1 kΩ Begrenzungswiderstand an ein Ende der LED angeschlossen werden. Leuchtet die Diode, liegt deren Anode auf der Plusseite des Netzteils, wenn nicht, auf der anderen Seite.
Verbindungsmethoden
Der einfachste Weg, das Problem der für eine Diode unzulässigen Sperrspannung zu lösen, besteht darin, einen zusätzlichen Widerstand in Reihe zu dieser zu schalten, der 220 Volt begrenzen kann. Dieses Element wird als Löschelement bezeichnet, da es überschüssige Energie an sich selbst "ableitet", wodurch die LED 12-24 Volt für ihren Betrieb benötigt.
Durch die Reihenschaltung des Begrenzungswiderstandes wird auch das Problem der Sperrspannung des Diodenübergangs gelöst, die auf die gleichen Werte reduziert wird. Als Abwandlung der Reihenschaltung mit Spannungsbegrenzung kommt eine gemischte oder kombinierte Schaltung zum Anschluss von LEDs von 220 V in Betracht, bei der mehrere Dioden pro Widerstand im Reihenwiderstand parallel geschaltet sind.
Der Anschluss der LED kann nach einem Schema organisiert werden, bei dem anstelle eines Widerstands eine herkömmliche Diode verwendet wird, die eine hohe Sperrdurchbruchspannung (vorzugsweise bis zu 400 Volt oder mehr) aufweist. Für diese Zwecke ist es am bequemsten, ein typisches Produkt der Marke 1N4007 mit einer in den Eigenschaften angegebenen Anzeige von bis zu 1000 Volt zu verwenden. Beim Einbau in eine Reihenschaltung (z. B. bei der Herstellung einer Girlande) wird der Kehrteil der Welle durch eine Halbleiterdiode gleichgerichtet. In diesem Fall übernimmt es die Funktion eines Shunts, der den Chip des Leuchtelements vor Durchschlag schützt.
Umgehen der LED mit einer konventionellen Diode (antiparallele Verbindung)
Eine andere gängige Variante zum "Neutralisieren" der umgekehrten Halbwelle besteht darin, zusammen mit einem Löschwiderstand eine weitere LED zu verwenden, die parallel und zum ersten Element hin geschaltet ist. Bei dieser Schaltung wird die Sperrspannung durch die parallel geschaltete Diode "geschlossen" und durch einen zusätzlichen Widerstand in Reihe begrenzt.
Diese Verbindung von zwei LEDs ähnelt der Vorgängerversion, jedoch mit einem Unterschied. Jeder von ihnen arbeitet mit "seinem" Teil der Sinuskurve und bietet einem anderen Element einen Durchschlagsschutz.
Ein wesentlicher Nachteil des Verbindungsschemas durch einen Dämpfungswiderstand ist eine erhebliche Menge an unproduktiver Energie, die von ihm im Leerlauf verbraucht wird.
Dies wird durch das folgende Beispiel bestätigt. Verwenden Sie einen Dämpfungswiderstand von 24 kΩ und eine LED mit einem Betriebsstrom von 9 mA. Die Verlustleistung des Widerstands beträgt 9x9x24 = 1944 mW (nach dem Runden - etwa 2 Watt). Damit der Widerstand im optimalen Modus arbeitet, wird er mit einem P-Wert von mindestens 3 W ausgewählt. An der LED selbst wird ein sehr vernachlässigbarer Teil der Energie verbraucht.
Andererseits ist bei der Verwendung mehrerer in Reihe geschalteter LED-Elemente aus Gründen der optimalen Lumineszenz von der Installation eines Löschwiderstandes abzuraten. Wenn Sie einen sehr kleinen Nennwiderstand wählen, brennt dieser aufgrund des hohen Stroms und der erheblichen Verlustleistung schnell durch. Daher ist es naheliegender, die Funktion eines strombegrenzenden Elements in einem Wechselstromkreis auf einen Kondensator zu übertragen, an dem keine Energie verloren geht.
Kondensatorbegrenzung
Die einfachste Schaltung zum Anschluss von LEDs über einen Begrenzungskondensator C zeichnet sich durch folgende Merkmale aus:
- Lade- und Entladeketten sind vorgesehen, um die Betriebsmodi des reaktiven Elements sicherzustellen;
- eine weitere LED ist erforderlich, um die Hauptleitung vor Rückspannung zu schützen;
- Um die Kapazität eines Kondensators zu berechnen, wird eine empirisch erhaltene Formel verwendet, in die bestimmte Zahlen eingesetzt werden.
Um den Wert des Nennwerts C zu berechnen, müssen Sie den Strom im Stromkreis mit dem empirisch ermittelten Faktor 4,45 multiplizieren. Danach sollte das resultierende Produkt durch die Differenz zwischen der Grenzspannung (310 Volt) und ihrem Abfall an der LED geteilt werden.
Betrachten Sie als Beispiel den Anschluss eines Kondensators an eine RGB- oder gewöhnliche LED-Diode mit einem Spannungsabfall an ihrer Verbindung von 3 Volt und einem Strom von 9 mA. Nach der betrachteten Formel beträgt seine Kapazität 0,13 μF. Um eine Korrektur für seinen genauen Wert einzuführen, sollte berücksichtigt werden, dass der Wert dieses Parameters stärker von der Stromkomponente beeinflusst wird.
Die empirisch erarbeitete empirische Formel gilt nur für die Berechnung der Kapazitäten und Parameter von 220 V-LEDs, die in Netzen mit einer Frequenz von 50 Hz installiert sind. In anderen Frequenzbereichen der Versorgungsspannungen (zB bei Umrichtern) muss der Faktor 4,45 neu berechnet werden.
Die Nuancen des Anschlusses an ein 220-Volt-Netz
Bei der Verwendung verschiedener Schemata zum Anschluss einer LED an ein 220-V-Netz sind einige Nuancen möglich, die dazu beitragen, elementare Fehler beim Schalten von Stromkreisen zu vermeiden. Sie hängen hauptsächlich mit der Strommenge zusammen, die durch die Schaltung fließt, wenn Strom an sie angelegt wird. Um sie zu verstehen, müssen Sie ein einfaches Gerät wie eine Hintergrundbeleuchtung zur Dekoration in Betracht ziehen, die aus einer ganzen Reihe von LED-Elementen oder einer darauf basierenden gewöhnlichen Lampe besteht.
Besondere Aufmerksamkeit wird den Merkmalen der Vorgänge gewidmet, die im Leistungsschalter im Moment der Stromversorgung ablaufen. Um den "weichen" Einschaltmodus zu gewährleisten, müssen parallel zu seinen Kontakten ein Dämpfungswiderstand und eine LED-Anzeige gelötet werden, die den Ein-Zustand anzeigt.
Der Widerstandswert wird gemäß den zuvor beschriebenen Verfahren ausgewählt.
Erst nach dem Umschalten mit einem Widerstand im Stromkreis ist das Band selbst mit den Chips der LED-Elemente. Es enthält keine Schutzdioden, daher wird der Wert des Dämpfungswiderstands basierend auf dem durch den Stromkreis fließenden Strom ausgewählt, er sollte einen Wert in der Größenordnung von 1 mA nicht überschreiten.
Die LED-Anzeige in diesem Stromkreis wirkt als Last und begrenzt den Strom weiter. Aufgrund seiner geringen Größe wird es sehr schwach leuchten, aber das reicht für den Nachtmodus völlig aus. Unter der Wirkung der umgekehrten Halbwelle wird die Spannung am Widerstand teilweise gelöscht, was die Diode vor unerwünschtem Durchschlag schützt.
Ice-Treiberschaltung für 220 Volt
Eine zuverlässigere Möglichkeit, die LEDs über das Netzwerk mit Strom zu versorgen, besteht darin, einen speziellen Konverter oder Treiber zu verwenden, der die Spannung auf ein sicheres Niveau senkt. Der Hauptzweck des Treibers für eine 220-Volt-LED besteht darin, den Strom durch ihn auf den zulässigen Wert (gemäß Reisepass) zu begrenzen. Es enthält einen Spannungstreiber, eine Gleichrichterbrücke und einen Stromstabilisator-Mikroschaltkreis.
Treiberoption ohne Stromstabilisator
- bei Verwendung eines Ausgangsstabilisators wird die Welligkeitsamplitude deutlich reduziert;
- in diesem Fall geht ein Teil der Leistung an der Mikroschaltung selbst verloren, was die Helligkeit des Leuchtens der emittierenden Vorrichtungen beeinflusst;
- Bei Verwendung eines Filterelektrolyten mit großer Kapazität anstelle eines proprietären Stabilisators werden die Pulsationen nicht vollständig geglättet, sondern bleiben in akzeptablen Grenzen.
Wenn Sie den Treiber selbst herstellen, kann die Schaltung vereinfacht werden, indem die Ausgangsmikroschaltung durch einen Elektrolyten ersetzt wird.
Verbindungssicherheit
Bei der Arbeit mit einer Schaltung zum Anschluss von Dioden an ein 220-Volt-Netz besteht die Hauptgefahr in einem in Reihe geschalteten Begrenzungskondensator. Unter dem Einfluss der Netzspannung wird es auf ein für den Menschen gefährliches Potential aufgeladen. Um Probleme in dieser Situation zu vermeiden, wird empfohlen:
- stellen Sie eine spezielle Entladewiderstandskette im Stromkreis bereit, die von einem separaten Knopf gesteuert wird;
- wenn dies nicht möglich ist, sollte der Kondensator vor dem Starten der Tinktur nach dem Trennen vom Netz mit der Spitze eines Schraubendrehers entladen werden.
- Installieren Sie keine polaren Kondensatoren im Diodenversorgungskreis, deren Rückstrom Werte erreicht, die den Stromkreis "durchbrennen" können.
Der Anschluss von 220-Volt-LED-Elementen ist nur mit Hilfe zusätzlich in den Stromkreis eingebrachter Spezialelemente möglich. In diesem Fall können Sie auf einen Abwärtstransformator und ein Netzteil verzichten, das traditionell zum Anschluss von Niedervolt-Leuchten verwendet wird. Die Hauptaufgabe der zusätzlichen Elemente in der 220-V-LED-Anschlussschaltung besteht darin, den durch sie fließenden Strom zu begrenzen und gleichzurichten sowie den Halbleiterübergang vor der umgekehrten Halbwelle zu schützen.
