É difícil prescindir dos LEDs no design de equipamentos eletrônicos, bem como na fabricação de luminárias econômicas. Sua confiabilidade, facilidade de instalação e baixo custo relativo atraem a atenção dos desenvolvedores de utensílios domésticos e industriais. Portanto, muitos usuários estão interessados em soluções de circuitos para ligar o LED, o que implica em uma fonte direta de tensão de fase para ele. Não especialistas na área de eletrônicos e eletricistas serão úteis para aprender como conectar o LED a 220V.
Características técnicas do diodo
Por definição, um LED cujo circuito é semelhante a um diodo convencional é o mesmo semicondutor que transmite corrente em uma direção e emite luz quando flui. Sua transição de trabalho não foi projetada para altas tensões; portanto, apenas alguns volts são suficientes para que o elemento LED acenda. Outra característica deste dispositivo é a necessidade de fornecer uma tensão constante, uma vez que, com 220 volts alternados, o LED pisca com uma frequência principal (50 Hz). Acredita-se que o olho humano não responda a essas piscadas e que não o prejudicam. Porém, de acordo com os padrões atuais, é necessário utilizar um potencial constante para o seu trabalho. Caso contrário, medidas especiais de proteção devem ser aplicadas contra tensões reversas perigosas.
A maioria dos exemplos de equipamentos de iluminação nos quais os diodos são usados como elementos de iluminação são conectados à rede através de conversores especiais - drivers. Esses dispositivos são necessários para obter 12, 24, 36 ou 48 volts constantes da tensão de rede da fonte. Apesar de sua ampla distribuição na vida cotidiana, as situações não são incomuns quando as circunstâncias o obrigam a ficar sem motorista. Nesse caso, é importante poder ligar os LEDs de 220 V.
Poste de LED
Para se familiarizar com os diagramas de fiação e a fiação do elemento diodo, você precisa descobrir como é a pinagem do LED. Como designação gráfica, é utilizado um triângulo, um dos cantos adjacente a uma pequena faixa vertical - no diagrama é chamado de cátodo. É considerado saída para a corrente direta que flui da parte traseira. Um potencial positivo é fornecido pela fonte de energia e, portanto, o contato de entrada é chamado de ânodo (por analogia com tubos eletrônicos).
Os LEDs industriais têm apenas duas saídas (menos comumente, três ou até quatro). Três métodos são conhecidos para determinar sua polaridade:
- método visual que permite determinar o ânodo do elemento pela protrusão característica em uma das pernas;
- usando um multímetro no modo "Teste de diodo";
- por meio de uma fonte de alimentação com tensão de saída constante.
Para determinar a polaridade da segunda maneira, a extremidade positiva do cabo de medição do testador em isolamento vermelho é conectada a um terminal de contato do diodo e o preto negativo ao outro. Se o dispositivo mostrar uma voltagem direta da ordem de meio volt, o ânodo estará localizado na extremidade positiva. Se um sinal de infinito ou "0L" aparecer no visor, o cátodo está localizado nessa extremidade.
Ao verificar a partir de uma fonte de alimentação de 12 volts, seu plus deve ser conectado a uma extremidade do LED através de um resistor limitador de 1 kΩ. Se o diodo acender, seu ânodo estará localizado no lado positivo da fonte de alimentação e, se não, na outra extremidade.
Métodos de conexão
A abordagem mais simples para resolver o problema de uma tensão reversa inaceitável para um diodo é instalar um resistor adicional em série com ele, o que pode limitar 220 volts. Esse elemento recebeu o nome de resfriamento, pois “dissipa” o excesso de energia sobre si mesmo, deixando o LED necessário para sua operação ser de 12 a 24 Volts.
A instalação serial de um resistor limitador também resolve o problema de tensão reversa na junção do diodo, que diminui para os mesmos valores. Como modificação da conexão em série com limitação de tensão, é considerado um circuito misto ou combinado para conectar os LEDs de 220 V. Nele, um resistor em série possui vários diodos conectados em paralelo por resistor.
A conexão do LED pode ser organizada de acordo com um esquema no qual um diodo convencional é usado em vez de um resistor, com uma alta tensão de ruptura reversa (de preferência até 400 volts ou mais). Para esses fins, é mais conveniente usar um produto típico da marca 1N4007 com um indicador indicado de até 1000 Volts nas características. Quando é instalada em uma cadeia serial (para a fabricação de uma guirlanda, por exemplo), a parte reversa da onda é retificada por um diodo semicondutor. Nesse caso, ele desempenha a função de um shunt que protege o chip do elemento leve da quebra.
Bypass de LED com diodo convencional (conexão anti-paralela)
Outra versão comum da "neutralização" da meia-onda reversa é usar, junto com um resistor de têmpera, outro LED aceso em paralelo e em direção ao primeiro elemento. Nesse circuito, a tensão reversa "fecha" através de um diodo conectado em paralelo e é limitada pela resistência adicional conectada em série.
Essa conexão de dois LEDs se assemelha à versão anterior, mas com uma diferença. Cada um deles trabalha com "sua" parte do sinusóide, fornecendo ao outro elemento proteção contra quebra.
Uma desvantagem significativa do esquema de conexão através de um resistor de têmpera é a quantidade significativa de energia improdutiva consumida ociosa nele.
Isso é confirmado pelo exemplo a seguir. Use um resistor de amortecimento de 24 kOhm e um LED com uma corrente de trabalho de 9 mA. A potência dissipada pela resistência será igual a 9x9x24 = 1944 mW (após o arredondamento - cerca de 2 watts). Para que o resistor funcione no modo ideal, ele é selecionado com um valor P de pelo menos 3 watts. No próprio LED, uma parte muito insignificante da energia é gasta.
Por outro lado, ao usar vários elementos de LED conectados em série, é impraticável instalar um resistor de resfriamento por razões do modo ideal de brilho. Se você escolher um valor de resistência muito pequeno, ele queimará rapidamente devido à grande corrente e dissipação de energia significativa. Portanto, a função do elemento limitador de corrente em um circuito de corrente alternada é mais natural para executar em um capacitor, no qual a energia não é perdida.
Limitação do capacitor
O circuito mais simples para conectar LEDs através de um capacitor limite C é caracterizado pelos seguintes recursos:
- são fornecidas cadeias de carga e descarga que fornecem modos de operação do elemento reativo;
- é necessário mais um LED para proteger a rede elétrica da tensão reversa;
- Para calcular a capacitância do capacitor, uma fórmula obtida empiricamente é usada na qual números específicos são substituídos.
Para calcular o valor do C nominal, você precisa multiplicar a força da corrente no circuito pelo coeficiente empiricamente derivado de 4,45. Depois disso, o produto resultante deve ser dividido pela diferença entre a tensão limite (310 Volts) e sua queda no LED.
Como exemplo, considere conectar um capacitor a um diodo RGB ou LED convencional com uma queda de tensão em sua junção igual a 3 Volts e uma corrente através de 9 mA. De acordo com a fórmula considerada, sua capacitância será de 0,13 μF. Para introduzir uma alteração em seu valor exato, deve-se levar em consideração que o componente atual afeta o valor desse parâmetro em maior medida.
A fórmula empírica estabelecida pelo experimento é válida apenas para o cálculo das capacidades e parâmetros dos LEDs de 220 V instalados em redes com uma frequência de 50 Hz. Em outras faixas de frequência de tensões de alimentação (em conversores, por exemplo), um fator de 4,45 precisa ser recalculado.
As nuances da conexão a uma rede de 220 volts
Ao usar vários esquemas para conectar o LED à rede de 220 V, são possíveis algumas nuances, levando em consideração o que ajudará a evitar erros elementares na comutação de circuitos elétricos. Eles estão relacionados principalmente à magnitude da corrente que flui através do circuito quando a energia é fornecida a ele. Para compreendê-los, é necessário considerar o tipo mais simples de dispositivo de iluminação para decoração, consistindo em um conjunto inteiro de elementos de LED ou em uma lâmpada comum com base neles.
Uma atenção considerável é dada às características dos processos que ocorrem no disjuntor no momento da fonte de alimentação. Para garantir um modo de comutação “suave”, é necessário soldar um resistor de têmpera e um indicador LED em paralelo aos seus contatos, indicando o estado ligado.
O valor da resistência é selecionado de acordo com os métodos descritos anteriormente.
Somente após uma chave com um resistor no circuito é que a própria fita possui chips de elementos de LED. Os diodos de proteção não são fornecidos nele, de modo que o valor do resistor de resfriamento é selecionado a partir do cálculo da corrente que flui ao longo do circuito, não deve exceder um valor da ordem de 1 mA.
A luz indicadora LED neste circuito executa a função da carga, limitando ainda mais a corrente. Devido ao seu tamanho pequeno, ele brilhará muito pouco, mas isso é suficiente para o modo noturno. Sob a ação da meia-onda reversa, a tensão é parcialmente suprimida no resistor, que protege o diodo de uma ruptura indesejável.
Circuito de driver de gelo de 220 volts
Uma maneira mais confiável de alimentar os LEDs da rede é usar um conversor ou driver especial que reduz a tensão para um nível seguro. O principal objetivo do driver para o LED de 220 volts é limitar a corrente através dele dentro do valor permitido (de acordo com o passaporte). Inclui um driver de voltagem, uma ponte retificadora e um microcircuito estabilizador de corrente.
Opção de driver sem estabilizador de corrente
Se você deseja montar um dispositivo de fonte de alimentação para LEDs de 220 V, precisará saber o seguinte:
- ao usar o estabilizador de saída, a amplitude da ondulação é significativamente reduzida;
- nesse caso, parte da energia é perdida no próprio microcircuito, o que afeta o brilho do brilho dos dispositivos irradiantes;
- ao usar um eletrólito de filtro de alta capacidade em vez de um estabilizador de marca, as pulsações não são completamente suavizadas, mas permanecem dentro de limites aceitáveis.
Com a autoprodução do driver, o circuito pode ser simplificado substituindo o microcircuito de saída por um eletrólito.
Segurança de conexão
Ao trabalhar com um circuito para conectar diodos a uma rede de 220 Volts, o principal perigo é um capacitor limitador conectado em série a eles. Sob a influência da tensão da rede, ela é carregada a um potencial perigoso para os seres humanos. Para evitar problemas nessa situação, é recomendável:
- Forneça um circuito de resistor de descarga especial controlado por um botão separado no circuito;
- se isso não for possível, antes de iniciar a tintura após desconectar da rede elétrica, o capacitor deve ser descarregado usando uma lâmina de chave de fenda;
- Não instale capacitores polares no circuito de potência do diodo, cuja corrente reversa atinge valores que podem "queimar" o circuito.
É possível conectar elementos de LED a 220 Volts apenas com a ajuda de elementos especiais introduzidos adicionalmente no circuito. Nesse caso, você pode prescindir de um transformador e fonte de alimentação reduzidos, tradicionalmente usados para conectar iluminadores de baixa tensão. A principal tarefa dos elementos adicionais no diagrama de conexão do LED de 220V é limitar e retificar a corrente através dela, além de proteger a junção semicondutora da meia-onda reversa.
