Trudno obejść się bez diod LED przy projektowaniu sprzętu elektronicznego, a także przy produkcji ekonomicznych urządzeń oświetleniowych. Ich niezawodność, łatwość instalacji i względna taniość przyciągają uwagę twórców lamp domowych i przemysłowych. Dlatego wielu użytkowników jest zainteresowanych rozwiązaniami obwodów do włączania diody LED, co oznacza bezpośrednie dostarczanie do niej napięcia fazowego. Przyda się niespecjalistom w dziedzinie elektroniki i elektryki, jak podłączyć diodę LED do 220V.
Cechy techniczne diody
Z definicji dioda LED, której obwody są podobne do konwencjonalnej diody, jest tym samym półprzewodnikiem, który przepuszcza prąd w jednym kierunku i emituje światło podczas jego przepływu. Jego złącze robocze nie jest przystosowane do wysokich napięć, dlatego wystarczy kilka woltów, aby zapalić element LED. Inną cechą tego urządzenia jest konieczność dostarczania do niego stałego napięcia, ponieważ przy naprzemiennym 220 V dioda LED będzie migać z częstotliwością sieci (50 Hz). Uważa się, że ludzkie oko nie reaguje na takie mrugnięcia i nie szkodzi mu. Jednak nadal, zgodnie z obowiązującymi standardami, konieczne jest wykorzystanie stałego potencjału do jego działania. W przeciwnym razie konieczne jest zastosowanie specjalnych środków zabezpieczających przed niebezpiecznymi napięciami wstecznymi.
Większość próbek sprzętu oświetleniowego, w których diody są wykorzystywane jako elementy oświetleniowe, jest podłączona do sieci za pomocą specjalnych przetworników - sterowników. Urządzenia te są niezbędne do uzyskania stałego napięcia 12, 24, 36 lub 48 woltów z początkowego napięcia sieci. Mimo ich szerokiego rozpowszechnienia w życiu codziennym, nierzadko zdarzają się sytuacje, w których okoliczności zmuszają nas do obejścia się bez kierowcy. W takim przypadku ważne jest, aby móc włączyć diody LED przy napięciu 220 V.
Słupy LED
Aby zapoznać się ze schematami przełączania i okablowaniem elementu diodowego, musisz dowiedzieć się, jak wygląda pinout diody LED. Jako oznaczenie graficzne używany jest trójkąt, do którego jednego z rogów przylega krótki pionowy pasek - na schemacie nazywa się go katodą. Jest uważany za wyjście dla prądu stałego płynącego z odwrotnej strony. Ze źródła zasilania jest dodatni potencjał, dlatego styk wejściowy nazywany jest anodą (analogicznie do lamp próżniowych).
Diody LED produkowane przez przemysł mają tylko dwa wyprowadzenia (rzadziej trzy lub nawet cztery). Istnieją trzy sposoby określenia ich polaryzacji:
- metoda wizualna, która pozwala określić anodę elementu za pomocą charakterystycznego występu na jednej z nóg;
- za pomocą multimetru w trybie „Test diody”;
- za pomocą zasilacza o stałym napięciu wyjściowym.
Aby określić biegunowość w drugą stronę, dodatni koniec przewodu pomiarowego testera w czerwonej izolacji podłącza się do jednego styku diody, a czarny ujemny koniec do drugiego. Jeśli urządzenie pokazuje napięcie przewodzenia rzędu pół wolta, anoda znajduje się po stronie dodatniego końca. Jeżeli na płytce wyświetlacza pojawi się znak nieskończoności lub „0L”, katoda znajduje się na tym końcu.
Podczas testowania z zasilacza 12 V, jego plus powinien być podłączony do jednego końca diody LED przez rezystor ograniczający 1 kΩ. Jeśli dioda się zaświeci, to jej anoda znajduje się po stronie plusa zasilacza, a jeśli nie, po drugiej stronie.
Metody połączenia
Najprostszym podejściem do rozwiązania problemu napięcia wstecznego niedopuszczalnego dla diody jest zainstalowanie z nią dodatkowego rezystora szeregowo, który jest w stanie ograniczyć 220 woltów. Ten element nazywa się elementem gaszącym, ponieważ „rozprasza” na sobie nadmiar mocy, pozostawiając diodę LED 12-24 V niezbędną do jego działania.
Zainstalowanie rezystora ograniczającego szeregowo rozwiązuje również problem napięcia wstecznego złącza diodowego, które jest zredukowane do tych samych wartości. Jako modyfikację połączenia szeregowego z ograniczeniem napięcia rozważa się mieszany lub kombinowany obwód do łączenia diod LED o napięciu 220 V. W nim znajduje się kilka równolegle połączonych diod na rezystor w rezystorze szeregowym.
Połączenie diody LED można zorganizować zgodnie ze schematem, w którym zamiast rezystora stosuje się konwencjonalną diodę o wysokim napięciu wstecznym przebicia (najlepiej do 400 woltów lub więcej). Do tych celów najwygodniej jest wziąć typowy produkt marki 1N4007 ze wskaźnikiem do 1000 woltów zadeklarowanym w charakterystyce. Gdy jest zainstalowany w obwodzie szeregowym (na przykład przy produkcji girlandy), odwrotna część fali jest prostowana przez diodę półprzewodnikową. W tym przypadku pełni funkcję bocznika, który chroni chip elementu świetlnego przed awarią.
Obejście diody LED konwencjonalną diodą (połączenie antyrównoległe)
Innym powszechnym wariantem „neutralizowania” odwróconej półfali jest użycie, wraz z rezystorem gaszącym, innej diody LED, która jest podłączona równolegle i w kierunku pierwszego elementu. W obwodzie tym napięcie wsteczne jest „zamykane” przez równolegle połączoną diodę i jest ograniczone przez dodatkową rezystancję szeregową.
To połączenie dwóch diod LED przypomina poprzednią wersję, ale z jedną różnicą. Każdy z nich pracuje z „swoją” częścią sinusoidy, zapewniając kolejny element z ochroną przed przebiciem.
Istotną wadą schematu połączenia przez rezystor tłumiący jest znaczna ilość bezproduktywnej mocy zużywanej przez niego w stanie bezczynności.
Potwierdza to następujący przykład. Należy zastosować rezystor tłumiący 24 kΩ i diodę LED o prądzie roboczym 9 mA. Moc rozpraszana na rezystancji będzie równa 9x9x24 = 1944 mW (po zaokrągleniu - około 2 waty). Aby rezystor działał w trybie optymalnym, wybiera się go z wartością P co najmniej 3 W. Na samej diodzie LED zużywana jest bardzo znikoma część energii.
Z drugiej strony, w przypadku stosowania kilku elementów LED połączonych szeregowo, nie zaleca się instalowania rezystora gaszącego ze względu na ich optymalny tryb luminescencji. Jeśli wybierzesz bardzo małą rezystancję nominalną, szybko się wypali ze względu na duży prąd i znaczne rozproszenie mocy. Dlatego bardziej naturalne jest pełnienie funkcji elementu ograniczającego prąd w obwodzie prądu przemiennego do kondensatora, na którym energia nie jest tracona.
Ograniczenie kondensatora
Najprostszy obwód do łączenia diod LED przez kondensator ograniczający C charakteryzuje się następującymi cechami:
- zapewnione są łańcuchy ładowania i rozładowania, aby zapewnić tryby pracy elementu reaktywnego;
- wymagana jest jeszcze jedna dioda LED, aby chronić sieć przed odwrotnym napięciem;
- do obliczenia pojemności kondensatora stosuje się empirycznie uzyskaną formułę, w której podstawiane są określone liczby.
Aby obliczyć wartość nominalnego C, należy pomnożyć prąd w obwodzie przez uzyskany empirycznie współczynnik 4,45. Następnie otrzymany produkt należy podzielić przez różnicę między napięciem granicznym (310 woltów) a jego spadkiem na diodzie LED.
Jako przykład rozważ podłączenie kondensatora do diody RGB lub zwykłej diody LED ze spadkiem napięcia na złączu równym 3 V i przepływającym przez nie prądem 9 mA. Zgodnie z rozważanym wzorem jego pojemność wyniesie 0,13 μF. Aby wprowadzić poprawkę na jego dokładną wartość, należy pamiętać, że na wartość tego parametru większy wpływ ma składowa prądu.
Opracowany empirycznie wzór empiryczny ma zastosowanie tylko do obliczania mocy i parametrów diod LED 220 V zainstalowanych w sieciach o częstotliwości 50 Hz. W innych zakresach częstotliwości napięć zasilających (np. w przetwornicach) należy przeliczyć współczynnik 4,45.
Niuanse łączenia się z siecią 220 Volt Vol
Podczas korzystania z różnych schematów podłączania diody LED do sieci 220 V możliwe są pewne niuanse, biorąc pod uwagę, które pomogą uniknąć elementarnych błędów w przełączaniu obwodów elektrycznych. Są one związane głównie z ilością prądu przepływającego przez obwód, gdy jest do niego doprowadzane zasilanie. Aby je zrozumieć, trzeba będzie wziąć pod uwagę proste urządzenie, takie jak podświetlenie do dekoracji, składające się z całego zestawu elementów LED lub opartą na nich zwykłą lampę.
Dużą uwagę zwraca się na cechy procesów zachodzących w wyłączniku w momencie zasilania. Aby zapewnić „miękki” tryb załączania, konieczne będzie przylutowanie rezystora tłumiącego oraz diody sygnalizującej stan włączenia równolegle do jego styków.
Wartość rezystancji dobiera się zgodnie z wcześniej opisanymi metodami.
Dopiero po przełączeniu z rezystorem w obwodzie znajduje się sama taśma z chipami elementów LED. Nie posiada diod ochronnych, dlatego wartość rezystora tłumiącego dobierana jest na podstawie prądu płynącego przez obwód, nie powinna przekraczać wartości rzędu 1 mA.
Lampka kontrolna LED w tym obwodzie działa jak obciążenie, dodatkowo ograniczając prąd. Ze względu na mały rozmiar będzie świecić bardzo słabo, ale w trybie nocnym to wystarczy. Pod działaniem odwróconej półfali napięcie jest częściowo wygaszane na rezystorze, co chroni diodę przed niepożądanym przebiciem.
Obwód sterownika lodu na 220 woltów
Bardziej niezawodnym sposobem zasilania diod LED z sieci jest zastosowanie specjalnego konwertera lub sterownika, który obniża napięcie do bezpiecznego poziomu. Głównym celem sterownika dla 220-woltowej diody LED jest ograniczenie prądu przez nią w dopuszczalnej wartości (zgodnie z paszportem). Zawiera sterownik napięcia, mostek prostowniczy i mikroukład stabilizatora prądu.
Opcja sterownika bez stabilizatora prądu
- przy użyciu stabilizatora wyjściowego amplituda tętnień jest znacznie zmniejszona;
- w tym przypadku część mocy jest tracona na samym mikroukładzie, co wpływa na jasność blasku urządzeń emitujących;
- przy użyciu elektrolitu filtrującego o dużej pojemności zamiast zastrzeżonego stabilizatora pulsacje nie są całkowicie wygładzone, ale pozostają w dopuszczalnych granicach.
Podczas samodzielnego tworzenia sterownika obwód można uprościć, zastępując mikroukład wyjściowy elektrolitem.
Bezpieczeństwo połączenia
Podczas pracy z obwodem do podłączenia diod do sieci 220 V głównym niebezpieczeństwem jest kondensator ograniczający połączony szeregowo z nimi. Pod wpływem napięcia sieciowego jest ładowany do potencjalnie niebezpiecznego dla człowieka. Aby uniknąć kłopotów w tej sytuacji, zaleca się:
- zapewnić specjalny łańcuch rezystorów rozładowujących w obwodzie, sterowany osobnym przyciskiem;
- jeśli nie jest to możliwe, przed rozpoczęciem nalewki po odłączeniu od sieci kondensator należy rozładować za pomocą końcówki śrubokręta;
- nie instaluj kondensatorów polarnych w obwodzie zasilania diody, których prąd wsteczny osiąga wartości, które mogą „wypalić” obwód.
Możliwe jest podłączenie elementów LED 220 V tylko za pomocą specjalnych elementów wprowadzonych dodatkowo do obwodu. W takim przypadku można obejść się bez transformatora obniżającego napięcie i zasilacza, tradycyjnie używanego do podłączenia iluminatorów niskonapięciowych. Głównym zadaniem elementów dodatkowych w obwodzie połączeniowym LED 220 V jest ograniczenie i prostowanie prądu przez nie, a także ochrona złącza półprzewodnikowego przed odwróconą półfalą.
