Трудно е да се направи без светодиоди при проектирането на електронно оборудване, както и при производството на икономични осветителни тела. Тяхната надеждност, лекота на инсталиране и относителна евтиност привличат вниманието на разработчиците на домакински и промишлени тела. Поради това много потребители се интересуват от схематични решения за включване на светодиода, предполагащи директно подаване на фазово напрежение към него. Неспециалистите в областта на електрониката и електротехниците ще бъдат полезни, за да научите как да свържете светодиода към 220V.
Технически характеристики на диода
По дефиниция светодиод, чиято схема е подобна на конвенционален диод, е същия полупроводник, който предава ток в една посока и излъчва светлина, когато тече. Работният му преход не е проектиран за високо напрежение, така че само няколко волта са достатъчни, за да светне LED елементът. Друга особеност на това устройство е необходимостта от подаване на постоянно напрежение към него, тъй като при редуване на 220 волта светодиодът ще мига с мрежова честота (50 Hz). Смята се, че човешкото око не реагира на такива мигания и че те не му причиняват вреда. Но въпреки това според сегашните стандарти е необходимо да се използва постоянен потенциал за неговата работа. В противен случай трябва да се прилагат специални защитни мерки срещу опасни обратни напрежения.
Повечето примери за осветително оборудване, при което диодите се използват като осветителни елементи, са свързани към мрежата чрез специални преобразуватели - драйвери. Тези устройства са необходими за получаване на постоянно 12, 24, 36 или 48 волта от мрежовото напрежение на източника. Въпреки широкото им разпространение в ежедневието, ситуациите не са рядкост, когато обстоятелствата принуждават човек да направи без шофьор. В този случай е важно да можете да включите светодиодите 220 V.
LED стълб
За да се запознаете с диаграмите на свързване и свързването на диодния елемент, трябва да разберете как изглежда изводът на светодиода. Като негово графично обозначение се използва триъгълник, единият от ъглите на който е съседен с къса вертикална ивица - в диаграмата се нарича катод. Счита се за изход за постоянен ток, постъпващ отзад. Положителен потенциал се подава от източника на захранване и затова входният контакт се нарича анод (по аналогия с електронните тръби).
Индустриалните светодиоди имат само два изхода (по-рядко три или дори четири). Известни са три метода за определяне на тяхната полярност:
- визуален метод, който ви позволява да определите анода на елемент чрез характерна издатина на един от краката;
- използване на мултицет в режим "Тест на диод";
- чрез захранване с постоянно изходно напрежение.
За да се определи полярността по втория начин, положителният край на измервателния кабел на тестера с червена изолация е свързан към единия контакт на клемата на диода, а черният отрицателен към другия. Ако устройството показва напрежение напред от порядъка на половин волт, анодът е разположен на плюс края. Ако на дисплея се появи знак за безкрайност или "0L", катодът се намира в този край.
При проверка от захранване от 12 волта, неговият плюс трябва да бъде свързан към единия край на светодиода чрез резистор за ограничаване 1 kΩ. Ако диодът светне, анодът му е от плюсната страна на захранването, а ако не, от другата страна.
Методи за свързване
Най-простият подход за решаване на проблема с неприемливо обратно напрежение за диод е да се инсталира допълнителен резистор последователно с него, който може да ограничи 220 волта. Този елемент е получил името на гасещия, тъй като "разсейва" излишната мощност върху себе си, оставяйки светодиода, необходим за неговата работа, да бъде 12-24 волта.
Серийната инсталация на ограничаващ резистор също решава проблема с обратното напрежение на кръстовището на диода, което намалява до същите стойности. Като модификация на серийно свързване с ограничение на напрежението се разглежда смесена или комбинирана схема за свързване на светодиоди 220 V. В него сериен резистор има няколко паралелно свързани диода за един резистор.
Светодиодната връзка може да бъде подредена по схема, при която вместо резистор се използва конвенционален диод, който има високо напрежение на обратен пробив (за предпочитане до 400 волта или повече). За тези цели е най-удобно да вземете типичен продукт от марката 1N4007 с посочен индикатор до 1000 волта в характеристиките. Когато е инсталирана в серийна верига (например за производство на гирлянд), обратната част на вълната се коригира с полупроводников диод. В този случай той изпълнява функцията на шунт, предпазващ чипа на лекия елемент от разрушаване.
LED байпас с конвенционален диод (антипаралелна връзка)
Друга често срещана версия на "неутрализацията" на обратната полувълна е да се използва заедно с гасителния резистор друг светодиод, който е свързан паралелно и към първия елемент. В тази схема обратното напрежение "се затваря" чрез паралелно свързан диод и е ограничено от допълнителното съпротивление, свързано последователно.
Подобна комбинация от два светодиода прилича на предишната версия, но с една разлика. Всеки от тях работи със "своята" част от синусоида, осигуряваща на другия елемент защита срещу разрушаване.
Значителен недостатък на схемата на свързване чрез гасящ резистор е значителното количество непроизводителна мощност, консумирана на празен ход върху него.
Това се потвърждава от следния пример. Нека се използва амортизиращ резистор от 24 kOhm и светодиод с работен ток 9 mA. Мощността, разсеяна от съпротивлението, ще бъде 9x9x24 = 1944 mW (след закръгляне - около 2 вата). За да може резисторът да работи в оптимален режим, той се избира с P стойност най-малко 3 вата. На самия светодиод се изразходва много незначителна част от енергията.
От друга страна, когато използвате няколко серийно свързани LED елементи, не е препоръчително да поставяте гасител резистор от съображенията за оптималния режим на тяхното светене. Ако изберете много малка стойност на съпротивлението, тя бързо ще изгори поради големия ток и значително разсейване на мощността. Следователно функцията на ограничаващия тока елемент в променлив ток е по-естествено да се изпълнява на кондензатор, върху който енергията не се губи.
Ограничение на кондензатора
Най-простата схема за свързване на светодиоди през ограничителен кондензатор C се характеризира със следните характеристики:
- предвидени са вериги за зареждане и разреждане, които осигуряват режими на работа на реактивния елемент;
- е необходим още един светодиод за защита на главния от обратното напрежение;
- За изчисляване на капацитета на кондензатора се използва емпирично получена формула, в която се заместват конкретни числа.
За да изчислите стойността на номиналната С, трябва да умножите силата на тока във веригата по емпирично получения коефициент 4.45. След това полученият продукт трябва да бъде разделен на разликата между ограничаващото напрежение (310 волта) и падането му върху светодиода.
Като пример, помислете за свързване на кондензатор към RGB или конвенционален LED диод с спад на напрежението в неговото съединение, равно на 3 волта и ток през него от 9 mA. Според разглежданата формула, нейният капацитет ще бъде 0,13 μF. За да се въведе изменение на точната му стойност, трябва да се вземе предвид, че текущият компонент влияе в голяма степен на този параметър.
Емпиричната формула, установена чрез експеримента, е валидна само за изчисляване на мощността и параметрите на 220 V светодиоди, инсталирани в мрежи с честота 50 Hz. В други честотни диапазони на захранващото напрежение (например в преобразуватели), трябва да се преизчисли коефициент 4,45.
Нюансите на свързване към 220 волтова мрежа
При използване на различни схеми за свързване на светодиода към 220 V мрежата са възможни някои нюанси, като се вземат предвид, които ще помогнат да се избегнат елементарни грешки при превключване на електрически вериги. Те са свързани главно с величината на тока, протичащ през веригата, когато към него се подава мощност. За да ги разберете, ще трябва да разгледате най-простия тип осветително устройство за декорация, състоящо се от цял набор от LED елементи или обикновена лампа, базирана на тях.
Значително внимание се обръща на характеристиките на процесите, протичащи в прекъсвача по време на захранване. За да се осигури "мек" режим на превключване, е необходимо да се запоява успокоително резистор и светодиоден индикатор паралелно на контактите му, като се посочва състоянието на включване.
Стойността на съпротивлението се избира според методите, описани по-горе.
Само след превключвател с резистор във веригата самата лента с чипове от LED елементи. В него не са предвидени защитни диоди, така че стойността на гасещия резистор е избрана от изчислението на тока, протичащ по веригата, не трябва да надвишава стойност от порядъка на 1 mA.
LED индикаторът в тази верига изпълнява функцията на натоварването, като допълнително ограничава тока. Поради малкия си размер той ще свети много слабо, но това е достатъчно за нощния режим. Под действието на обратната полувълна напрежението частично се потиска на резистора, което предпазва диода от нежелателно разпадане.
220 волтова верига на водача за лед
По-надежден начин за захранване на светодиодите от мрежата е използването на специален преобразувател или драйвер, който намалява напрежението до безопасно ниво. Основната цел на драйвера за 220-волтовия светодиод е да ограничи тока през него в рамките на допустимата стойност (според паспорта). Той включва драйвер за напрежение, токоизправител мост и микросхема за стабилизатор на тока.
Опция за драйвер без стабилизатор на тока
Ако искате да сглобите захранващо устройство за светодиоди от 220 V със собствените си ръце, ще трябва да знаете следното:
- при използване на изходния стабилизатор амплитудата на пулсацията е значително намалена;
- в този случай част от мощността се губи върху самата микросхема, което влияе върху яркостта на сиянието на излъчващите устройства;
- когато използвате филтър електролит с голям капацитет вместо марков стабилизатор, пулсациите не се изглаждат напълно, но остават в приемливи граници.
При самостоятелно производство на драйвера веригата може да бъде опростена чрез замяна на изходната микросхема с електролит.
Защита на връзката
Когато работите с верига за свързване на диоди към 220 волтова мрежа, основната опасност е ограничаващ кондензатор, свързан последователно с тях. Под въздействието на мрежовото напрежение се зарежда до потенциално опасен за хората. За да избегнете проблеми в тази ситуация, се препоръчва:
- Осигурете специална верига на резистор за разреждане, управлявана от отделен бутон във веригата;
- ако това не е възможно, преди стартирането на тинктурата след изключване от електрическата мрежа кондензаторът трябва да се разреди с помощта на острие за отвертка;
- Не инсталирайте полярни кондензатори в електрическата верига на диода, чийто обратен ток достига стойности, които могат да "изгорят" веригата.
Възможно е да свържете LED елементи на 220 волта само с помощта на специални елементи, въведени допълнително във веригата. В този случай можете да направите без понижаващ трансформатор и захранване, традиционно използван за свързване на осветителни тела с ниско напрежение. Основната задача на допълнителните елементи в схемата за свързване на 220V LED е да ограничат и изправят тока през него, както и да защитят полупроводниковия възел от обратната полувълна.
