Bez LED diód je ťažké navrhovať elektronické zariadenia, ako aj vyrábať úsporné svietidlá. Ich spoľahlivosť, ľahká inštalácia a relatívna lacnosť priťahujú pozornosť vývojárov domácich a priemyselných zariadení. Mnoho používateľov sa preto zaujíma o riešenie obvodov na zapnutie LED, čo znamená priame napájanie fázového napätia. Nešpecialisti v oblasti elektroniky a elektrikári sa naučia, ako pripojiť LED na 220V.
Technické vlastnosti diódy
Podľa definície je LED dióda, ktorej obvod je podobný konvenčnej dióde, ten istý polovodič, ktorý vysiela prúd v jednom smere a vyžaruje svetlo, keď prúdi. Jeho pracovný prechod nie je navrhnutý pre vysoké napätie, takže len pár voltov stačí na rozsvietenie prvku LED. Ďalšou vlastnosťou tohto zariadenia je potreba dodávať konštantné napätie, pretože pri striedavom napätí 220 V bude LED blikať s frekvenciou siete (50 Hz). Predpokladá sa, že ľudské oko na také blikanie nereaguje a že mu neubližujú. Avšak podľa súčasných štandardov je potrebné pre svoju prácu využívať stály potenciál. V opačnom prípade sa musia uplatniť osobitné ochranné opatrenia proti nebezpečnému spätnému napätiu.
Väčšina príkladov osvetľovacích zariadení, v ktorých sa ako osvetľovacie prvky používajú diódy, je k sieti pripojená pomocou špeciálnych prevodníkov - ovládačov. Tieto zariadenia sú potrebné na získanie konštantného napätia 12, 24, 36 alebo 48 V zo sieťového napätia zdroja. Napriek ich rozsiahlemu rozšíreniu v každodennom živote nie sú situácie neobvyklé, keď okolnosti nútia ľudí obísť bez vodiča. V takom prípade je dôležité zapnúť LED diódy 220 V.
LED stĺpik
Aby ste sa zoznámili so schémami zapojenia a zapojením diódového prvku, musíte zistiť, ako vyzerá pinout LED. Ako grafické označenie sa používa trojuholník, ktorého jeden z rohov je spojený krátkym zvislým pruhom - v diagrame sa nazýva katóda. Považuje sa za výstup jednosmerného prúdu prúdiaceho zozadu. Kladný potenciál sa dodáva zo zdroja energie, a preto sa vstupný kontakt nazýva anóda (analogicky s elektronickými trubicami).
Priemyselné LED majú iba dva výstupy (menej často, tri alebo dokonca štyri). Na určenie polarity sú známe tri metódy:
- vizuálna metóda, ktorá umožňuje určiť anódu prvku charakteristickým výstupkom na jednej z nôh;
- použitie multimetra v režime „Test diód“;
- pomocou zdroja energie s konštantným výstupným napätím.
Aby sa určila polarita druhým spôsobom, kladný koniec meracieho kábla testera v červenej izolácii sa spojí s jednou kontaktnou svorkou diódy a čierna so zápornou s druhou. Ak zariadenie vykazuje predné napätie rádovo pol voltu, anóda sa nachádza na kladnom konci. Ak sa na displeji zobrazí znak nekonečna alebo „0L“, katóda sa nachádza na tomto konci.
Pri kontrole z 12 V napájacieho zdroja by malo byť plus pripojené k jednému koncu LED prostredníctvom obmedzovacieho odporu 1 kΩ. Ak sa dióda rozsvieti, jej anóda sa nachádza na kladnej strane napájacieho zdroja a ak nie, na opačnom konci.
Metódy pripojenia
Najjednoduchší prístup k riešeniu problému neprijateľného spätného napätia pre diódu je inštalácia prídavného odporu v sérii, ktorý môže obmedziť 220 voltov. Tento prvok dostal názov ochladzovacieho prvku, pretože na seba „rozptyľuje“ prebytočný výkon, pričom LED nevyhnutná na jeho fungovanie musí byť 12 - 24 voltov.
Sériová inštalácia obmedzovacieho odporu tiež rieši problém spätného napätia na spoji diódy, ktorý klesá na rovnaké hodnoty. Ako modifikácia sériového zapojenia s obmedzením napätia sa uvažuje o zmiešanom alebo kombinovanom obvode na pripojenie 220 V LED diód. V ňom má sériový odpor niekoľko paralelne zapojených diód na odpor.
LED pripojenie môže byť usporiadané podľa schémy, v ktorej sa namiesto rezistora používa konvenčná dióda, ktorá má vysoké spätné poruchové napätie (výhodne až 400 voltov alebo viac). Na tieto účely je najvýhodnejšie vziať štandardný produkt značky 1N4007 s uvedeným ukazovateľom charakteristík až 1000 voltov. Ak je nainštalovaný v postupnom reťazci (napríklad pri výrobe girlandy), je reverzná časť vlny usmerňovaná polovodičovou diódou. V tomto prípade vykonáva funkciu bočníka, ktorý chráni čip svetelného prvku pred poškodením.
LED obtok s konvenčnou diódou (antiparalelné pripojenie)
Ďalšou bežnou verziou „neutralizácie“ reverznej polvlny je použitie spolu s zhášacím odporom ďalšej LED, ktorá je zapnutá paralelne a smerom k prvému prvku. V tomto obvode spätné napätie „uzatvára“ cez paralelne zapojenú diódu a je obmedzené prídavným odporom zapojeným do série.
Takáto kombinácia dvoch LED sa podobá predchádzajúcej verzii, ale s jedným rozdielom. Každá z nich pracuje so „svojou“ časťou sínusoidy a poskytuje druhému prvku ochranu pred rozpadom.
Významnou nevýhodou schémy zapojenia prostredníctvom zhášacieho odporu je značné množstvo neproduktívnej energie spotrebovanej na voľnobehu.
Potvrdzuje to nasledujúci príklad. Nechajte použiť tlmiaci odpor 24 kOhm a LED s pracovným prúdom 9 mA. Výkon rozptýlený odporom sa bude rovnať 9x9x24 = 1944 mW (po zaokrúhľovaní - asi 2 watty). Aby rezistor pracoval v optimálnom režime, je vybraný s hodnotou P najmenej 3 watty. Na samotnej LED sa spotrebuje veľmi zanedbateľná časť energie.
Na druhej strane, pri použití niekoľkých sériovo zapojených LED prvkov je nepraktické inštalovať zhášací rezistor z dôvodu optimálneho režimu ich žiarenia. Ak zvolíte veľmi malú hodnotu odporu, rýchlo sa vyhorí v dôsledku veľkého súčasného a významného rozptylu energie. Preto je funkcia prvku obmedzujúceho prúd v obvode so striedavým prúdom prirodzenejšia činnosť na kondenzátore, pri ktorom nedochádza k strate energie.
Obmedzenie kondenzátora
Najjednoduchší obvod na pripojenie diód LED cez kondenzátor C sa vyznačuje nasledujúcimi vlastnosťami:
- sú poskytnuté nábojové a vybíjacie reťazce, ktoré poskytujú prevádzkové režimy reaktívneho prvku;
- je potrebná jedna ďalšia dióda LED na ochranu siete pred spätným napätím;
- Na výpočet kapacity kondenzátora sa používa empiricky získaný vzorec, v ktorom sú substituované konkrétne čísla.
Na výpočet hodnoty menovitého C musíte vynásobiť aktuálnu silu v obvode empiricky odvodeným koeficientom 4,45. Potom by mal byť výsledný produkt vydelený rozdielom medzi obmedzujúcim napätím (310 voltov) a jeho poklesom na LED.
Ako príklad uvážte pripojenie kondenzátora k RGB alebo konvenčnej LED dióde s poklesom napätia na jeho spoji rovným 3 V a prúdom cez neho 9 mA. Podľa uvažovaného vzorca bude jeho kapacita 0,13 μF. Na zavedenie pozmeňujúceho a doplňujúceho návrhu k jeho presnej hodnote by sa malo vziať do úvahy, že súčasná zložka vo väčšej miere ovplyvňuje rozsah tohto parametra.
Empirický vzorec stanovený experimentom platí iba pre výpočet kapacity a parametrov 220 V LED nainštalovaných v sieťach s frekvenciou 50 Hz. V iných frekvenčných rozsahoch napájacích napätí (napríklad v prevodníkoch) je potrebné prepočítať faktor 4,45.
Nuansy pripojenia k 220 V sieti
Pri použití rôznych schém na pripojenie LED do siete 220 V sú možné určité nuansy, pričom sa zohľadní, čo pomôže vyhnúť sa základným chybám pri prepínaní elektrických obvodov. Súvisia to hlavne s veľkosťou prúdu, ktorý tečie cez obvod, keď je do neho dodávaná energia. Aby ste im porozumeli, musíte pre dekoráciu zvážiť najjednoduchší typ osvetľovacieho zariadenia, ktoré pozostáva z celej sady prvkov LED alebo z nich založenej bežnej žiarovky.
Značná pozornosť sa venuje vlastnostiam procesov, ktoré sa vyskytujú v ističi v čase napájania. Na zaistenie „mäkkého“ spínacieho režimu je potrebné spájkovať zhášací odpor a indikátor LED paralelne so svojimi kontaktmi, čo indikuje zapnutý stav.
Hodnota odporu sa vyberie podľa vyššie opísaných spôsobov.
Až po prepnutí s odporom v obvode je samotná páska s čipmi prvkov LED. Ochranné diódy v ňom nie sú, takže hodnota zhášacieho odporu je vybraná z výpočtu prúdu tečúceho po obvode, nemala by prekročiť hodnotu rádovo 1 mA.
Kontrolka LED v tomto obvode vykonáva funkciu záťaže a ďalej obmedzuje prúd. Vďaka svojej malej veľkosti bude žiariť veľmi slabo, ale pre nočný režim to stačí. Pôsobením reverznej polvlny je napätie čiastočne potlačené na odpore, ktorý chráni diódu pred nežiadúcim prerušením.
Obvod ovládača ľadu 220 voltov
Spoľahlivejším spôsobom napájania LED zo siete je použitie špeciálneho prevodníka alebo ovládača, ktorý znižuje napätie na bezpečnú úroveň. Hlavným účelom vodiča pre 220 V LED je obmedziť prúd ním prechádzajúci v rámci prípustnej hodnoty (podľa cestovného pasu). Zahŕňa napäťový stabilizátor, usmerňovací mostík a mikroobvod stabilizátora prúdu.
Doplnok vodiča bez stabilizátora prúdu
Ak chcete zostaviť napájacie zariadenie pre LED diódy od 220 V vlastnými rukami, musíte poznať nasledovné:
- pri použití výstupného stabilizátora je amplitúda zvlnenia výrazne znížená;
- v tomto prípade sa časť energie stráca na samotnom mikroobvode, čo ovplyvňuje jas žiara žiarenia;
- pri použití vysokokapacitného filtračného elektrolytu namiesto značkového stabilizátora nie sú pulzácie úplne vyhladené, ale zostávajú v prijateľných medziach.
Pri vlastnej výrobe vodiča sa obvod môže zjednodušiť nahradením výstupného mikroobvodu elektrolytom.
Zabezpečenie pripojenia
Pri práci s obvodom na pripojenie diód na 220 voltovú sieť je hlavným nebezpečenstvom obmedzený kondenzátor pripojený v sérii. Pod vplyvom sieťového napätia sa nabíja na potenciálne nebezpečný pre človeka. Aby sa predišlo problémom v tejto situácii, odporúča sa:
- Poskytnite špeciálny obvod vybíjacieho odporu ovládaný samostatným tlačidlom v obvode;
- ak to nie je možné, pred spustením tinktúry po odpojení od siete by sa kondenzátor mal vybiť pomocou čepele skrutkovača;
- Neinštalujte polárne kondenzátory do diódového napájacieho obvodu, ktorého spätný prúd dosahuje hodnoty, ktoré môžu obvod „spáliť“.
Prvky LED s napätím 220 V je možné spájať iba pomocou špeciálnych prvkov, ktoré boli do obvodu zavedené dodatočne. V tomto prípade to môžete urobiť bez transformátora a napájacieho zdroja, ktorý sa tradične používa na pripojenie nízkonapäťových iluminátorov. Hlavnou úlohou dodatočných prvkov v schéme zapojenia LED 220 V je obmedziť a usmerniť prúd cez neho, ako aj chrániť polovodičový spoj pred spätnou vlnou.
