Projektējot elektronisko aprīkojumu, kā arī ekonomisku apgaismes ierīču ražošanā ir grūti iztikt bez gaismas diodēm. To uzticamība, uzstādīšanas vienkāršība un relatīvā lētība piesaista mājsaimniecības un rūpniecisko lampu izstrādātāju uzmanību. Tāpēc daudzus lietotājus interesē ķēdes risinājumi gaismas diodes ieslēgšanai, kas nozīmē tiešu fāzes sprieguma padevi. Nespeciālistiem elektronikas un elektrotehnikas jomā būs noderīgi uzzināt, kā LED savienot ar 220V.
Diodes tehniskās īpašības
Pēc definīcijas LED, kura shēma ir līdzīga parastajam diodam, ir tas pats pusvadītājs, kas plūst strāvu vienā virzienā un izstaro gaismu. Tās darba mezgls nav paredzēts augstspriegumam, tāpēc pietiek ar dažiem voltiem, lai iedegtos LED elements. Vēl viena šīs ierīces iezīme ir nepieciešamība tai piegādāt pastāvīgu spriegumu, jo, mainoties 220 voltiem, gaismas diode mirgos tīkla frekvencē (50 hercu). Tiek uzskatīts, ka cilvēka acs nereaģē uz šādiem mirkšķinājumiem un ka tie to nekaitē. Bet tomēr saskaņā ar pašreizējiem standartiem tā darbībai ir jāizmanto pastāvīgs potenciāls. Pretējā gadījumā ir jāpiemēro īpaši aizsardzības pasākumi pret bīstamu reverso spriegumu.
Lielākā daļa apgaismes ierīču paraugu, kuros diodes tiek izmantotas kā apgaismojuma elementi, ir savienoti ar tīklu, izmantojot īpašus pārveidotājus - draiverus. Šīs ierīces ir nepieciešamas, lai no sākotnējā tīkla sprieguma iegūtu nemainīgus 12, 24, 36 vai 48 voltus. Neskatoties uz to plašo izplatību ikdienas dzīvē, situācijas nav nekas neparasts, kad apstākļi liek mums iztikt bez vadītāja. Šajā gadījumā ir svarīgi spēt ieslēgt gaismas diodes 220 V spriegumā.
LED stabi
Lai iepazītos ar diodes elementa komutācijas shēmām un elektroinstalāciju, jums jānoskaidro, kā izskatās gaismas diodes pinout. Kā tā grafisko apzīmējumu tiek izmantots trijstūris, pie kura viena no stūriem pievienojas īsa vertikāla josla - diagrammā to sauc par katodu. To uzskata par izeju tiešai strāvai, kas ieplūst no aizmugures. No strāvas avota ir pozitīvs potenciāls, un tāpēc ieejas kontaktu sauc par anodu (pēc analoģijas ar vakuuma caurulēm).
Nozares ražotajiem gaismas diodēm ir tikai divi vadi (retāk - trīs vai pat četri). Ir trīs veidi, kā noteikt to polaritāti:
- vizuāla metode, kas ļauj noteikt elementa anodu ar raksturīgu izvirzījumu vienā no kājām;
- izmantojot multimetru režīmā "Diodes pārbaude";
- izmantojot barošanas bloku ar pastāvīgu izejas spriegumu.
Lai otrajā veidā noteiktu polaritāti, testera mērīšanas auklas pozitīvais gals sarkanā izolācijā ir savienots ar vienu diode kontakta spaili, bet melns negatīvs - ar otru. Ja ierīce uz priekšu uzrāda spriegumu pus volta pakāpē, anods atrodas pozitīvā gala pusē. Ja displeja dēlī parādās bezgalības zīme vai "0L", katods atrodas šajā galā.
Pārbaudot no 12 voltu barošanas avota, tā plus ir jāpievieno gaismas diodes vienam galam caur 1 kΩ ierobežojošo rezistoru. Ja diode iedegas, tā anods atrodas barošanas avota plus pusē, un ja nē, tad otrā galā.
Savienojuma metodes
Vienkāršākā pieeja diodei nepieļaujamā reversā sprieguma problēmas risināšanai ir papildu rezistora uzstādīšana virknē ar to, kas spēj ierobežot 220 voltu. Šo elementu sauc par dzesēšanas elementu, jo tas "izkliedē" sev lieko jaudu, atstājot tā darbībai nepieciešamo 12-24 voltu LED.
Ierobežojošā rezistora uzstādīšana virknē atrisina arī diodes krustojuma reversā sprieguma problēmu, kas samazinās līdz tām pašām vērtībām. Kā sērijveida savienojuma modifikācija ar sprieguma ierobežojumu tiek apsvērta jaukta vai kombinēta ķēde LED savienošanai ar 220 V. Tajā vienā rezistorā virknē rezistoru ir vairākas paralēli savienotas diodes.
Gaismas diodes savienojumu var organizēt pēc shēmas, kurā rezistora vietā tiek izmantots parasts diode, kuram ir augsts apgrieztā sadalījuma spriegums (vēlams līdz 400 voltiem vai vairāk). Šiem nolūkiem visērtāk ir ņemt tipisku 1N4007 zīmola produktu ar īpašībās deklarētu indikatoru līdz 1000 voltiem. Kad tas ir uzstādīts virknes ķēdē (piemēram, vītnes ražošanā), viļņa reverso daļu labo ar pusvadītāja diode. Šajā gadījumā tas veic šunta funkciju, kas aizsargā gaismas elementa mikroshēmu no sabrukšanas.
Apejot LED ar parasto diode (pretparalēlais savienojums)
Vēl viens izplatīts reversā pusviļņa "neitralizācijas" variants ir kopā ar dzesēšanas rezistoru izmantot vēl vienu LED, kas ir savienots paralēli un pirmā elementa virzienā. Šajā ķēdē reversais spriegums tiek "aizvērts" caur paralēli savienoto diode, un to ierobežo papildu pretestība virknē.
Šis divu LED savienojums atgādina iepriekšējo versiju, taču ar vienu atšķirību. Katrs no tiem darbojas ar "savu" sinusoīda daļu, nodrošinot aizsardzību pret pārējo elementu sadalīšanos.
Būtisks savienojuma ķēdes trūkums, izmantojot slāpēšanas rezistoru, ir ievērojams neproduktīvās jaudas daudzums, ko tas patērē tukšgaitā.
To apstiprina šāds piemērs. Ļaujiet izmantot slāpēšanas rezistoru 24 kΩ un LED ar darba strāvu 9 mA. Izkliedētā pretestības jauda būs vienāda ar 9x9x24 = 1944 mW (pēc noapaļošanas - apmēram 2 vati). Lai rezistors darbotos optimālā režīmā, to izvēlas ar P vērtību vismaz 3 W. Uz paša LED tiek patērēta ļoti nenozīmīga enerģijas daļa.
No otras puses, lietojot vairākus virknē savienotus LED elementus, ir nepraktiski uzstādīt dzesēšanas rezistoru to optimālā luminiscences režīma dēļ. Ja izvēlaties ļoti mazu nominālo pretestību, tas ātri izdegs lielās strāvas un ievērojamās jaudas izkliedes dēļ. Tāpēc dabiskāk ir veikt strāvu ierobežojoša elementa funkciju maiņstrāvas ķēdē ar kondensatoru, uz kura enerģija netiek zaudēta.
Kondensatora ierobežojums
Vienkāršāko shēmu gaismas diožu savienošanai caur ierobežojošo kondensatoru C raksturo šādas funkcijas:
- tiek nodrošinātas uzlādes un izlādes ķēdes, lai nodrošinātu reaktīvā elementa darbības režīmus;
- vēl viena LED ir nepieciešama, lai aizsargātu maģistrāli no pretēja sprieguma;
- kondensatora kapacitātes aprēķināšanai tiek izmantota empīriski iegūta formula, kurā tiek aizstāti konkrēti skaitļi.
Lai aprēķinātu nominālā C vērtību, strāva ķēdē jāreizina ar koeficientu 4,45, kas iegūts empīriski. Pēc tam iegūtais produkts jāsadala ar starpību starp ierobežojošo spriegumu (310 volti) un tā kritumu uz LED.
Piemēram, apsveriet kondensatora pievienošanu RGB vai parastajam LED diodam ar sprieguma kritumu visā tā krustojumā, kas vienāds ar 3 voltiem un caur to esošo strāvu 9 mA. Saskaņā ar aplūkoto formulu tā jauda būs 0,13 μF. Lai ieviestu korekciju tās precīzai vērtībai, jāpatur prātā, ka šī parametra vērtību vairāk ietekmē pašreizējais komponents.
Empīriski izstrādātā empīriskā formula ir derīga tikai, lai aprēķinātu tīklos ar 50 Hz frekvenci uzstādīto 220 V gaismas diodes jaudu un parametrus. Citos barošanas sprieguma frekvenču diapazonos (piemēram, pārveidotājos) koeficients 4,45 jāpārrēķina.
Savienojuma nianses ar 220 voltu tīklu
Izmantojot dažādas shēmas LED pieslēgšanai 220 V tīklam, ir iespējamas dažas nianses, ņemot vērā to, kas palīdzēs izvairīties no elementārām kļūdām elektrisko ķēžu pārslēgšanā. Tie galvenokārt ir saistīti ar strāvas daudzumu, kas plūst caur ķēdi, kad tai tiek pievienota jauda. Lai tos saprastu, jums būs jāapsver vienkārša ierīce, piemēram, fona apgaismojums dekorēšanai, kas sastāv no visa LED elementu komplekta vai parastā uz to balstīta luktura.
Ievērojama uzmanība tiek pievērsta automātisko slēdžu barošanas brīdī notiekošo procesu iezīmēm. Lai nodrošinātu "mīksto" ieslēgšanas režīmu, paralēli kontaktiem būs nepieciešams lodēt slāpēšanas rezistoru un LED indikatoru, kas norāda ieslēgtu stāvokli.
Pretestības vērtību izvēlas saskaņā ar iepriekš aprakstītajām metodēm.
Tikai pēc slēdža ar rezistoru ķēdē ir pati lente ar LED elementu mikroshēmām. Tas nenodrošina aizsargdiodes, tāpēc dzēšanas rezistora vērtība tiek izvēlēta, pamatojoties uz strāvu, kas plūst caur ķēdi, tā nedrīkst pārsniegt vērtību, kas ir aptuveni 1 mA.
LED indikatora gaisma šajā ķēdē darbojas kā slodze, vēl vairāk ierobežojot strāvu. Nelielā izmēra dēļ tas spīdēs ļoti vāji, taču nakts režīmam ar to pietiek. Reversā pusviļņa iedarbībā spriegums ir daļēji dzēsts visā rezistorā, kas aizsargā diode no nevēlama sabrukuma.
Ledus vadītāja ķēde 220 voltiem
Uzticamāks veids, kā darbināt gaismas diodes no tīkla, ir izmantot īpašu pārveidotāju vai draiveri, kas pazemina spriegumu līdz drošam līmenim. 220 voltu LED draivera galvenais mērķis ir ierobežot strāvu caur to pieļaujamās vērtības robežās (saskaņā ar pasi). Tas ietver sprieguma draiveri, taisngrieža tiltu un strāvas stabilizatora mikroshēmu.
Vadītāja opcija bez strāvas stabilizatora
- lietojot izejas stabilizatoru, pulsācijas amplitūda ir ievērojami samazināta;
- šajā gadījumā daļai jaudas tiek zaudēta pati mikroshēma, kas ietekmē izstarojošo ierīču spīduma spilgtumu;
- izmantojot patentētu stabilizatoru, izmantojot lielas ietilpības filtrējošu elektrolītu, pulsācijas netiek pilnībā izlīdzinātas, bet paliek pieņemamās robežās.
Izgatavojot draiveri pats, ķēdi var vienkāršot, aizstājot izejas mikroshēmu ar elektrolītu.
Savienojuma drošība
Strādājot ar ķēdi diodu savienošanai ar 220 voltu tīklu, galvenā bīstamība ir ierobežojošais kondensators, kas sērijveidā savienots ar tiem. Tīkla sprieguma ietekmē tas tiek uzlādēts potenciāli bīstamam cilvēkiem. Lai izvairītos no nepatikšanām šajā situācijā, ieteicams:
- ķēdē nodrošina īpašu izlādes rezistora ķēdi, ko kontrolē ar atsevišķu pogu;
- ja tas nav iespējams, pirms tinktūras palaišanas pēc atvienošanas no tīkla kondensators jāizlādē, izmantojot skrūvgrieža galu;
- diode barošanas ķēdē neuzstādiet polāros kondensatorus, kuru reversā strāva sasniedz vērtības, kas var "sadedzināt" ķēdi.
Savienot 220 voltu LED elementus ir iespējams tikai ar speciālu elementu palīdzību, kas papildus ievadīti ķēdē. Šajā gadījumā jūs varat iztikt bez pazeminoša transformatora un barošanas avota, ko tradicionāli izmanto zemsprieguma apgaismotāju savienošanai. 220V LED pieslēguma shēmas papildu elementu galvenais uzdevums ir ierobežot un izlīdzināt strāvu caur to, kā arī aizsargāt pusvadītāju savienojumu no reversā pusviļņa.
