Kuriant elektroninę įrangą, taip pat gaminant ekonomiškus apšvietimo įtaisus, sunku apsieiti be šviesos diodų. Jų patikimumas, paprastas montavimas ir santykinis pigumas pritraukia buitinių ir pramoninių lempų kūrėjų dėmesį. Todėl daugelis vartotojų yra suinteresuoti grandinės sprendimais, kaip įjungti šviesos diodą, o tai reiškia tiesioginį fazės įtampos tiekimą. Ne elektronikos ir elektronikos srities specialistams bus naudinga sužinoti, kaip prijungti šviesos diodą prie 220 V.
Diodų techninės savybės
Pagal apibrėžimą šviesos diodas, kurio schema yra panaši į įprastą diodą, yra tas pats puslaidininkis, kuris praeina srovę viena kryptimi ir skleisdamas skleidžia šviesą. Jo darbinė jungtis nėra sukurta aukštai įtampai, todėl LED elementui apšviesti pakanka vos kelių voltų. Kita šio prietaiso ypatybė yra būtinybė tiekti jam pastovią įtampą, nes kintant 220 voltų šviesos diodas mirksi tinklo dažniu (50 hercų). Manoma, kad žmogaus akis nereaguoja į tokius mirksėjimus ir kad jie jai nepakenkia. Tačiau vis tiek pagal dabartinius standartus būtina naudoti nuolatinį jo veikimo potencialą. Priešingu atveju būtina taikyti specialias apsaugos nuo pavojingos atbulinės įtampos priemones.
Dauguma apšvietimo įrangos, kurioje diodai naudojami kaip apšvietimo elementai, pavyzdžiai yra prijungti prie tinklo specialiais keitikliais - tvarkyklėmis. Šie įtaisai yra būtini norint gauti pastovią 12, 24, 36 arba 48 voltų įtampą iš pradinės tinklo įtampos. Nepaisant plataus paplitimo kasdieniniame gyvenime, situacijos neretai pasitaiko, kai aplinkybės verčia apsieiti be vairuotojo. Šiuo atveju svarbu sugebėti įjungti šviesos diodus esant 220 V įtampai.
LED stulpai
Norėdami susipažinti su diodo elemento perjungimo schemomis ir laidais, turite sužinoti, kaip atrodo šviesos diodo kištukas. Kaip grafinis žymėjimas naudojamas trikampis, prie kurio vieno kampo ribojasi trumpa vertikali juosta - diagramoje jis vadinamas katodu. Tai laikoma nuolatinės srovės, įtekančios iš atvirkštinės pusės, išėjimu. Iš maitinimo šaltinio yra teigiamas potencialas, todėl įvesties kontaktas vadinamas anodu (pagal analogiją su vakuuminiais vamzdeliais).
Pramonės gaminami šviesos diodai turi tik du laidus (rečiau - tris ar net keturis). Yra trys būdai nustatyti jų poliškumą:
- vaizdinis metodas, leidžiantis nustatyti elemento anodą pagal būdingą iškyšą vienoje iš kojų;
- naudojant multimetrą „Diodo bandymo“ režime;
- naudojant nuolatinės išėjimo įtampos maitinimo bloką.
Norint antruoju būdu nustatyti poliškumą, teigiamas testerio matavimo laido galas raudonoje izoliacijoje yra sujungtas su vienu diodo kontaktiniu gnybtu, o juodas neigiamas - su kitu. Jei prietaisas rodo priekinę įtampą, esančią maždaug pusės voltų, anodas yra teigiamoje galo pusėje. Jei ekrano plokštėje pasirodo begalybės ženklas arba „0L“, katodas yra šiame gale.
Bandant iš 12 voltų maitinimo šaltinio, jo pliusas turėtų būti prijungtas prie vieno šviesos diodo galo per 1 kΩ ribojantį rezistorių. Jei diodas užsidega, jo anodas yra pliusinėje maitinimo šaltinio pusėje, o jei ne, kitame gale.
Prisijungimo būdai
Paprasčiausias būdas išspręsti diodui neleistinos atvirkštinės įtampos problemą yra nuosekliai su juo sumontuoti papildomą rezistorių, galintį apriboti 220 voltų įtampą. Šis elementas vadinamas užgesinančiu elementu, nes jis pats „išsklaido“ perteklinę galią, palikdamas jo veikimui reikalingą 12–24 voltų šviesos diodą.
Ribiniu rezistoriumi montuojant nuosekliai, taip pat išsprendžiama diodų sankryžos atvirkštinės įtampos problema, kuri sumažinama iki tų pačių verčių. Kaip nuoseklaus sujungimo su įtampos apribojimu modifikacija yra laikoma mišri arba kombinuota grandinė, skirta prijungti 220 V šviesos diodus. Jame yra keli lygiagrečiai prijungti diodai viename rezistoriuje.
Šviesos diodo prijungimas gali būti organizuojamas pagal schemą, kurioje vietoj rezistoriaus naudojamas įprastas diodas, turintis aukštą atvirkštinio gedimo įtampą (geriausia iki 400 voltų ar daugiau). Šiems tikslams patogiausia paimti tipinį 1N4007 prekės ženklo produktą, kurio rodiklis yra iki 1000 voltų, nurodytas charakteristikose. Kai jis sumontuotas nuoseklioje grandinėje (pavyzdžiui, girliandos gamyboje), atvirkštinė bangos dalis ištaisoma puslaidininkiniu diodu. Šiuo atveju jis atlieka šunto funkciją, kuri apsaugo šviesos elemento lustą nuo sugedimo.
Apeinant šviesos diodą įprastu diodu (anti-lygiagretus sujungimas)
Kitas įprastas atvirkštinės pusės bangos „neutralizavimo“ variantas yra kartu su gesinimo rezistoriumi naudoti kitą šviesos diodą, kuris yra sujungtas lygiagrečiai ir link pirmojo elemento. Šioje grandinėje atvirkštinė įtampa yra „uždaryta“ per lygiagrečiai sujungtą diodą ir ją riboja papildoma varža nuosekliai.
Šis dviejų šviesos diodų sujungimas primena ankstesnę versiją, tačiau turi vieną skirtumą. Kiekvienas iš jų dirba su „sava“ sinusoido dalimi, suteikdamas dar vieną elementą su apsauga nuo gedimo.
Svarbus jungimo schemos per slopinimo rezistorių trūkumas yra didelis neproduktyvios energijos kiekis, kurį jis sunaudoja tuščiąja eiga.
Tai patvirtina šis pavyzdys. Tegul naudojamas slopinamasis rezistorius 24 kΩ ir šviesos diodas, kurio darbinė srovė yra 9 mA. Skiriama varža bus lygi 9x9x24 = 1944 mW (suapvalinus - apie 2 vatus). Kad rezistorius veiktų optimaliu režimu, jis parenkamas, kai P vertė yra ne mažesnė kaip 3 W. Pačiame šviesos diode sunaudojama labai nereikšminga energijos dalis.
Kita vertus, naudojant kelis nuosekliai sujungtus LED elementus, nepatartina sumontuoti gesinimo rezistoriaus dėl jų optimalaus liuminescencijos režimo. Jei pasirinksite labai mažą vardinę varžą, ji greitai išdegs dėl didelės srovės ir didelio energijos išsisklaidymo. Todėl natūraliau atlikti srovės ribotuvo elemento funkciją kintamosios srovės grandinėje su kondensatoriumi, ant kurio neprarandama energija.
Kondensatoriaus apribojimas
Paprasčiausia šviesos diodų prijungimo grandinė per ribojantį kondensatorių C pasižymi šiomis savybėmis:
- numatomos įkrovimo ir išleidimo grandinės, užtikrinančios reaktyvaus elemento veikimo režimus;
- norint apsaugoti magistralę nuo atvirkštinės įtampos, reikia dar vieno šviesos diodo;
- kondensatoriaus talpai apskaičiuoti naudojama empiriškai gauta formulė, į kurią pakeičiami konkretūs skaičiai.
Norėdami apskaičiuoti vardinės C vertę, turite padauginti srovę grandinėje iš koeficiento 4,45, gauto empiriškai. 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, kurio įtampos kritimas per jo sankryžą yra lygus 3 voltams, o srovė per jį yra 9 mA. Pagal nagrinėjamą formulę jo talpa bus 0,13 μF. Norint įvesti tikslią jo vertės korekciją, reikia nepamiršti, kad šio parametro reikšmę labiau veikia dabartinis komponentas.
Empiriškai parengta empirinė formulė galioja tik apskaičiuojant 220 V šviesos diodų, sumontuotų 50 Hz dažnio tinkluose, pajėgumus ir parametrus. Kituose maitinimo įtampos 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 niuansai, atsižvelgiant į tai, kurie padės išvengti elementarių klaidų perjungiant elektros grandines. Jie daugiausia susiję su srovės, tekančios per grandinę, kiekiu, kai jai naudojama galia. Norėdami juos suprasti, turėsite apsvarstyti paprastą įrenginį, pavyzdžiui, apšvietimo apšvietimą, susidedantį iš viso LED elementų rinkinio arba įprasto jų pagrindu pagaminto šviestuvo.
Daug dėmesio skiriama procesorių, vykstančių automatiniame jungiklyje, maitinimo momento ypatybėms. Norint užtikrinti „minkštą“ įjungimo režimą, reikės lituoti slopinamąjį rezistorių ir LED indikatorių, rodantį įjungimo būseną lygiagrečiai jo kontaktams.
Varžos vertė parenkama pagal anksčiau aprašytus metodus.
Tik po jungiklio su rezistoriumi grandinėje yra pati juosta su LED elementų lustais. Jis neteikia apsauginių diodų, todėl amortizuojančio rezistoriaus vertė parenkama pagal srovę, tekančią per grandinę, ji neturėtų viršyti 1 mA vertės.
Šios grandinės LED indikatoriaus lemputė veikia kaip apkrova, dar labiau ribodama srovę. Dėl mažo dydžio jis švytės labai silpnai, tačiau to visiškai pakanka naktiniam režimui. Veikiant atvirkštinei pusbangei, įtampa iš dalies užgesinama per rezistorių, kuris apsaugo diodą nuo nepageidaujamo gedimo.
Ledo vairuotojo grandinė 220 voltų
Patikimesnis šviesos diodų maitinimo iš tinklo būdas yra naudoti specialų keitiklį ar tvarkyklę, kuri sumažina įtampą iki saugaus lygio. Pagrindinis 220 voltų šviesos diodo vairuotojo tikslas yra apriboti jo srovę per leistiną vertę (pagal pasą). Jame yra įtampos tvarkyklė, lygintuvo tiltelis ir srovės stabilizatoriaus mikroschema.
Vairuotojo pasirinkimas be srovės stabilizatoriaus
- naudojant išėjimo stabilizatorių, pulsacijos amplitudė žymiai sumažėja;
- šiuo atveju dalis elektros energijos prarandama pačiame mikroschemoje, o tai turi įtakos spinduliuojančių prietaisų švytėjimo ryškumui;
- kai vietoj patentuoto stabilizatoriaus naudojamas didelio pajėgumo filtruojantis elektrolitas, pulsacijos nėra visiškai išlygintos, tačiau lieka priimtinose ribose.
Patys gamindami tvarkyklę, grandinę galima supaprastinti pakeičiant išvesties mikroschemą elektrolitu.
Ryšio sauga
Dirbant su grandine, jungiančia diodus prie 220 voltų tinklo, pagrindinis pavojus yra ribinis kondensatorius, nuosekliai sujungtas su jais. Veikiamas tinklo įtampos jis įkraunamas į potencialiai pavojingą žmonėms. Norėdami išvengti problemų šioje situacijoje, rekomenduojama:
- grandinėje numatykite specialią išlydžio rezistoriaus grandinę, valdomą atskiru mygtuku;
- jei tai neįmanoma, prieš pradedant tinktūrą, atjungus nuo tinklo, kondensatorius turėtų būti išleidžiamas naudojant atsuktuvo antgalį;
- diodo maitinimo grandinėje neįstatykite polinių kondensatorių, kurių atvirkštinė srovė pasiekia vertes, kurios gali „perdegti“ grandinę.
220 voltų LED elementus galima prijungti tik naudojant specialius elementus, papildomai įvestus į grandinę. Tokiu atveju galite išsiversti be pakaitinio transformatoriaus ir maitinimo šaltinio, tradiciškai naudojamo žemos įtampos šviestuvams sujungti. Pagrindinė 220V LED jungimo grandinės papildomų elementų užduotis yra apriboti ir ištaisyti srovę per ją, taip pat apsaugoti puslaidininkių jungtį nuo atvirkštinės pusės bangos.
