Je ťažké sa zaobísť bez LED diód pri navrhovaní elektronických zariadení, ako aj pri výrobe ekonomických svetelných zariadení. Ich spoľahlivosť, ľahká inštalácia a relatívna lacnosť priťahujú pozornosť vývojárov domácich a priemyselných žiaroviek. Preto sa veľa používateľov zaujíma o riešenia obvodov pre zapnutie LED, čo znamená priame napájanie fázového napätia. Pre neodborníkov v oblasti elektroniky a elektriky bude užitočné naučiť sa, ako pripojiť LED k 220V.
Technické vlastnosti diódy
Podľa definície je LED dióda, ktorej obvod je podobný konvenčnej dióde, rovnaký polovodič, ktorý prechádza prúdom jedným smerom a emituje svetlo, keď prúdi. Jeho pracovná križovatka nie je navrhnutá na vysoké napätie, preto na rozsvietenie prvku LED stačí iba pár voltov. Ďalšou vlastnosťou tohto zariadenia je potreba dodávať mu konštantné napätie, pretože pri striedavých 220 voltoch bude LED dióda blikať pri sieťovej frekvencii (50 Hz). Predpokladá sa, že ľudské oko na takéto žmurkanie nereaguje a že mu neubližujú. Ale napriek tomu je podľa súčasných štandardov potrebné na jeho fungovanie využiť stály potenciál. V opačnom prípade je potrebné prijať špeciálne opatrenia na ochranu pred nebezpečným spätným napätím.
Väčšina vzoriek svetelných zariadení, v ktorých sa ako svetelné prvky používajú diódy, je pripojená k sieti prostredníctvom špeciálnych prevodníkov - ovládačov. Tieto zariadenia sú potrebné na získanie konštantných 12, 24, 36 alebo 48 voltov z počiatočného sieťového napätia. Napriek ich širokej distribúcii v každodennom živote nie sú situácie nezvyčajné, keď nás okolnosti prinútia zaobísť sa bez vodiča. V takom prípade je dôležité vedieť zapnúť LED diódy na 220 V.
LED stĺpy
Aby ste sa oboznámili so spínacími obvodmi a zapojením diódového prvku, musíte zistiť, ako vyzerá vývod LED. Ako svoje grafické označenie sa používa trojuholník, ku ktorému z rohov susedí krátky zvislý pás - na diagrame sa nazýva katóda. Považuje sa za výstup pre jednosmerný prúd prúdiaci z opačnej strany. Zo zdroja energie existuje kladný potenciál, a preto sa vstupný kontakt nazýva anóda (analogicky s vákuovými trubicami).
LED vyrobené v priemysle majú iba dva prívody (menej často - tri alebo dokonca štyri). Existujú tri spôsoby, ako určiť ich polaritu:
- vizuálna metóda, ktorá umožňuje určiť anódu prvku charakteristickým výčnelkom na jednej z nôh;
- použitie multimetra v režime "Test diódy";
- pomocou napájacej jednotky s konštantným výstupným napätím.
Na určenie polarity druhým spôsobom je kladný koniec meracieho kábla testera v červenej izolácii pripojený k jednej kontaktnej svorke diódy a čierny záporný koniec k druhej. Ak zariadenie vykazuje dopredné napätie rádovo pol voltu, anóda sa nachádza na kladnej strane. Ak sa na displeji zobrazí znak nekonečna alebo „0L“, na tomto konci sa nachádza katóda.
Pri testovaní z 12 voltového napájacieho zdroja by mal byť jeho plus pripojený k jednému koncu LED diódy cez obmedzujúci odpor 1 kΩ. Ak sa dióda rozsvieti, jej anóda je na plusovej strane napájacieho zdroja, a ak nie, na druhom konci.
Metódy pripojenia
Najjednoduchším prístupom k riešeniu problému spätného napätia neprípustného pre diódu je inštalácia dodatočného odporu do série s ním, ktorý je schopný obmedziť 220 voltov. Tento prvok sa nazýva zhášací prvok, pretože sám „rozptyľuje“ prebytočný výkon a ponecháva na svoju činnosť potrebnú LED 12 - 24 voltov.
Inštalácia obmedzovacieho odporu do série tiež rieši problém spätného napätia diódového spoja, ktoré je znížené na rovnaké hodnoty. Ako modifikácia sériového zapojenia s obmedzením napätia sa uvažuje zmiešaný alebo kombinovaný obvod na pripojenie LED 220 V. V ňom je niekoľko paralelne zapojených diód na rezistor v sériovom odpore.
Pripojenie LED môže byť organizované podľa schémy, v ktorej sa namiesto odporu používa konvenčná dióda, ktorá má vysoké reverzné prierazné napätie (najlepšie do 400 voltov alebo viac). Na tieto účely je najpohodlnejšie vziať si typický výrobok značky 1N4007 s indikátorom až do 1000 voltov deklarovaným v charakteristikách. Keď je inštalácia zapojená do sériového obvodu (napríklad pri výrobe girlandy), reverzná časť vlny je usmernená polovodičovou diódou. V tomto prípade vykonáva funkciu skratu, ktorý chráni čip svetelného prvku pred rozpadom.
Obídenie LED klasickou diódou (antiparalelné pripojenie)
Ďalším bežným variantom „neutralizácie“ reverznej polvlny je použiť spolu s kaliacim odporom ďalšiu LED, ktorá je zapojená paralelne a smerom k prvému prvku. V tomto obvode je reverzné napätie „uzavreté“ cez paralelne zapojenú diódu a je obmedzené ďalším sériovým odporom.
Toto zapojenie dvoch LED diód pripomína predchádzajúcu verziu, avšak s jedným rozdielom. Každý z nich pracuje s „vlastnou“ časťou sínusoidy a poskytuje ďalšiemu prvku ochranu proti poruchám.
Významnou nevýhodou pripojovacieho obvodu cez tlmiaci odpor je značné množstvo neproduktívneho výkonu spotrebovaného ním na voľnobeh.
To potvrdzuje nasledujúci príklad. Nech sa použije tlmiaci odpor 24 kΩ a LED s prevádzkovým prúdom 9 mA. Výkon rozptýlený na odpore sa bude rovnať 9x9x24 = 1944 mW (po zaokrúhlení - asi 2 watty). Aby rezistor pracoval v optimálnom režime, je vybraný s hodnotou P najmenej 3 W. Na samotnej LED dióde sa spotrebuje veľmi zanedbateľná časť energie.
Na druhej strane, pri použití viacerých LED prvkov zapojených do série je nepraktické inštalovať zhášací odpor z dôvodu ich optimálneho luminiscenčného režimu. Ak zvolíte veľmi malý menovitý odpor, rýchlo sa zhorí kvôli vysokému prúdu a značnému rozptýleniu výkonu. Preto je prirodzenejšie vykonávať funkciu prvku obmedzujúceho prúd v obvode striedavého prúdu na kondenzátor, na ktorom sa nestráca energia.
Obmedzenie kondenzátora
Najjednoduchší obvod na pripojenie LED diód cez obmedzujúci kondenzátor C sa vyznačuje nasledujúcimi vlastnosťami:
- sú zabezpečené reťazce nabíjania a vybíjania na zabezpečenie prevádzkových režimov reaktívneho prvku;
- na ochranu hlavnej jednotky pred spätným napätím je potrebná ešte jedna LED;
- na výpočet kapacity kondenzátora sa použije empiricky získaný vzorec, do ktorého sa dosadia konkrétne čísla.
Ak chcete vypočítať hodnotu hodnotenia C, musíte vynásobiť prúd v obvode koeficientom 4,45 odvodeným empiricky. Potom by mal byť výsledný produkt vydelený rozdielom medzi medzným napätím (310 Voltov) a jeho poklesom na LED.
Ako príklad zvážte pripojenie kondenzátora k RGB alebo bežnej LED dióde s poklesom napätia na jeho križovatke rovným 3 Voltom a prúdom cez neho 9 mA. Podľa uvažovaného vzorca bude jeho kapacita 0,13 μF. Pri zavádzaní korekcie na jeho presnú hodnotu je treba mať na pamäti, že hodnotu tohto parametra viac ovplyvňuje súčasná zložka.
Empirický vzorec vypracovaný empiricky platí iba pre výpočet kapacít a parametrov 220 V LED diód inštalovaných v sieťach s frekvenciou 50 Hz. V iných frekvenčných rozsahoch napájacích napätí (napríklad v prevodníkoch) je potrebné prepočítať faktor 4,45.
Nuance pripojenia k sieti s napätím 220 voltov
Pri použití rôznych schém na pripojenie LED k sieti 220 V sú možné určité nuansy, berúc do úvahy, ktoré pomôžu vyhnúť sa základným chybám pri prepínaní elektrických obvodov. Súvisia hlavne s množstvom prúdu, ktorý preteká obvodom, keď je na neho napájaný prúd. Aby ste im porozumeli, budete musieť zvážiť jednoduché zariadenie, napríklad podsvietenie na dekoráciu, pozostávajúce z celej sady prvkov LED alebo z nich založenej obyčajnej lampy.
Značná pozornosť sa venuje vlastnostiam procesov prebiehajúcich v ističi v čase napájania. Na zabezpečenie „mäkkého“ režimu zapínania bude potrebné paralelne s jeho kontaktmi spájkovať tlmiaci odpor a LED indikátor indikujúci zapnutý stav.
Hodnota odporu sa volí podľa vyššie opísaných metód.
Až po prepínači s odporom v obvode je samotná páska s čipmi LED prvkov. Neposkytuje ochranné diódy, takže hodnota zhášacieho odporu sa volí na základe prúdu prechádzajúceho obvodom, nemala by prekročiť hodnotu rádovo 1 mA.
Kontrolka LED v tomto obvode funguje ako záťaž, čo ďalej obmedzuje prúd. Vďaka svojej malej veľkosti bude svietiť veľmi slabo, ale pre nočný režim to celkom stačí. Pôsobením reverznej polvlny sa napätie čiastočne zháša cez rezistor, čo chráni diódu pred nežiaducim rozpadom.
Obvod ovládača ľadu pre 220 voltov
Spoľahlivejším spôsobom napájania LED diód zo siete je použitie špeciálneho prevodníka alebo budiča, ktorý znižuje napätie na bezpečnú úroveň. Hlavným účelom vodiča pre LED s napätím 220 voltov je obmedziť prúd, ktorý ním prechádza, v rámci prípustnej hodnoty (podľa pasu). Zahŕňa napäťový budič, usmerňovací mostík a mikroobvod stabilizátora prúdu.
Možnosť ovládača bez stabilizátora prúdu
- pri použití výstupného stabilizátora sa amplitúda zvlnenia výrazne zníži;
- v tomto prípade sa časť energie stratí na samotnom mikroobvode, čo ovplyvňuje jas žiary emitujúcich zariadení;
- pri použití veľkokapacitného filtračného elektrolytu namiesto patentovaného stabilizátora nie sú pulzácie úplne vyhladené, ale zostávajú v prijateľných medziach.
Ak si vodič urobíte svojpomocne, obvod sa dá zjednodušiť nahradením výstupného mikroobvodu elektrolytom.
Zabezpečenie spojenia
Pri práci s obvodom na pripojenie diód k sieti s napätím 220 V je hlavným nebezpečenstvom obmedzujúci kondenzátor zapojený do série s nimi. Pod vplyvom sieťového napätia sa nabíja na potenciálne nebezpečný pre človeka. Aby ste sa vyhli problémom v tejto situácii, odporúča sa:
- zabezpečiť v obvode špeciálny reťazec rezistora výboja, ovládaný samostatným tlačidlom;
- ak to nie je možné, pred spustením tinktúry po odpojení od siete by sa mal kondenzátor vybiť špičkou skrutkovača;
- neinštalujte do napájacieho obvodu diódy polárne kondenzátory, ktorých spätný prúd dosahuje hodnoty, ktoré môžu obvod „spáliť“.
220-voltové prvky LED je možné pripojiť iba pomocou špeciálnych prvkov zavedených do obvodu dodatočne. V takom prípade sa zaobídete bez transformátora a napájacieho zdroja, ktorý sa tradične používa na pripojenie nízkonapäťových iluminátorov. Hlavnou úlohou ďalších prvkov v schéme zapojenia LED 220V je obmedziť a usmerniť prúd, ktorý vedie cez ňu, ako aj chrániť polovodičový spoj pred reverznou polovičnou vlnou.
