Zapojení LED do sítě 220V, schéma a výpočet

V tomto článku bych se rád podíval na několik základních schémat připojení klasických indikačních LED k síťovému napětí 220 V. Pokusíme se také pochopit princip jejich činnosti a identifikovat stávající výhody a nevýhody.

Za prvé, stojí za to objasnit, jak přesně funguje běžná LED.

LED je podobná běžné diodě. Vede proud v jednom směru, ale ne ve druhém směru. LED má dva vývody, katodu a anodu. Pokud je na anodu přivedeno plus zdroje energie a na katodu je přivedeno mínus napětí potřebného pro provoz, LED bude svítit. A tomu se říká přímé spojení. Pokud jsou plus a minus prohozeny, LED se nerozsvítí. Tím se LED dioda opět rozsvítí na zdroj napájení.

Při přímém připojení (když svítí LED) dochází k určitému poklesu napětí mezi katodou a anodou. A v závislosti na barvě LED se toto napětí může pohybovat od 1,8 voltu (červená) do 4,5 voltu (modrá).

Normální proud pro indikační LED je 20 mA (miliampérů). Tuto hodnotu je přípustné mírně překročit, třeba až 30 mA. Ale s vyšším dlouhodobým proudem LED tohoto typu jednoduše vyhoří kvůli přehřátí jejich krystalu. Ačkoli takové LED diody vydrží krátkodobě proudy až 100 mA (ale je lepší to nedělat).

Po opětovném zapnutí LED neprochází proudem, je uzavřena. Proud jistě teče (unikající proud), ale jeho velikost je velmi, velmi malá (několik mikroampérů). V tomto případě se napětí na LED bude rovnat napětí, které je na něj aplikované. Stojí za zvážení, že u běžných indikačních LED není maximální zpětné napětí tak vysoké (ve většině případů někde až 5 voltů). To znamená, že pokud je do LED přivedeno více než 5 voltů při opětovném zapnutí, je vysoká pravděpodobnost, že jednoduše selže v důsledku elektrického selhání.

Nyní se podívejme na obvody pro připojení LED k síti se střídavým napětím 220 voltů. A znovu, pro začátečníky stojí za to objasnit, že střídavé napětí se liší od konstantního napětí v tom, že periodicky mění svou polaritu na opačnou. A tak dále až 100krát za sekundu (při frekvenci 50 Hz).

Schéma č. 1 – schéma připojení LED do sítě 220V přes odpor omezující proud

Tento obvod je nejjednodušší a obvykle se tak snaží připojit indikační LED k 220 voltovému síťovému napětí. Co je na tomto diagramu špatného? Zdá se, že jsme proud omezili dodatečným odporem 24 kohmů. A proud v tomto obvodu by neměl překročit 10 mA (přesněji 9,1 mA, to znamená, že jsme vydělili 220 na 24000 220 ohmů a dostali jsme proud). LED by se neměla spálit nadměrným proudem. Ale může selhat kvůli elektrickému průrazu při obráceném zapojení, zatímco funguje opačná vlna střídavého napětí. Protože všech 310 voltů je aplikováno na LED, nebo přesněji řečeno a mluvit o hodnotě amplitudy napětí, pak všech 40 voltů. A jak jsem psal dříve, běžné LEDky mají maximální zpětné napětí jen asi 220 voltů. Je tedy vysoká pravděpodobnost elektrického průrazu polovodiče, když je takto připojen na XNUMX voltů. Proto tato verze schématu potenciálně nefunguje, i když nějakou dobu fungovat bude.

Schéma č. 2 – schéma připojení LED na 220 voltů s diodovou ochranou pro tuto LED

V tomto obvodu jsme omezili proud rezistorem R1 na bezpečnou hodnotu při přímém zapnutí světelného polovodiče a chránili LED před elektrickým průrazem vysokým napětím při opětovném zapnutí. Pro ty, kteří nechápou, jak funguje ochranná dioda v tomto obvodu, vysvětlím. Faktem je, že když protéká opačná vlna střídavého proudu, napětí 220 voltů je rozděleno mezi stávající tři prvky – rezistor R1, LED VD1 a běžnou diodu VD2. Při obráceném zapojení je vnitřní vodivost diody i LED velmi, velmi malá. Čili je to podobné jako s tím, že tyto prvky, když jsou takto spojeny, mají nekonečně velký odpor. A proto je díky ochranné diodě svodový proud polovodiče tak malý, že nestačí na plný elektrický průraz LED. Proto je naše LED chráněna proti přepětí.

Ale toto schéma má stále své nevýhody. Jedná se o blikání LED s frekvencí 25 Hz. To znamená, že při práci pouze s jednou půlvlnou střídavého proudu dostaneme polovinu (50 Hz) z 25 Hz. Bohužel je tato frekvence okem patrná a způsobuje určité nepohodlí pro vnímání. A ještě jeden nedostatek, který mají všechny tyto obvody, kde je použit odpor omezující proud 24 kOhm. To je jeho poměrně vysoké zahřívání. Vynásobíme-li 220 V 10 mA, dostaneme výkon uložený na rezistoru asi 2,2 W. Proto jsou v takových obvodech instalovány odpory s výkonem nejméně 2 W nebo dokonce 5 W.

Schéma č. 3 – obvod s ochrannou diodou zapojenou paralelně s LED

Tento obvod je také chráněn před přepětím při opětovném zapnutí LED, ale zde, jak vidíte, je ochranná dioda paralelně s LED. Obsluha tohoto obvodu je jednoduchá. Jak je známo, když je konvenční dioda přímo zapojena mezi její katodu a anodu, objeví se pokles napětí někde od 0,6 voltu (při nízkých proudech procházejících touto diodou) do 1,2 voltu (při vysokých proudech). Proto se při přímé vlně střídavého proudu naše LED rozsvítí a dojde na ní k poklesu napětí asi o 3 volty. A s opačnou vlnou střídavého proudu budeme mít přímé spojení s ochrannou diodou VD2. Což bude asi 0,6 voltu. V tomto případě bude aktuální hodnota během tohoto polovičního cyklu také přibližně 10 mA. Pokud porovnáme tento obvod a předchozí, pak bude pravděpodobně lepší varianta č. 2, jelikož přebytečná energie není plýtvána na ochrannou diodu.

Schéma č. 4 – obvod napájení LED ze sítě 220V s přihlédnutím k elektrické bezpečnosti

Svou činností a charakteristikou je tento obvod zcela shodný s obvodem č. 2. Zde se však bere v úvahu bezpečnost samotné osoby, která se může náhodně dotknout části tohoto obvodu vedoucího proud. Totiž, pokud je v obvodu č. 2 fázový vodič připojen k místu, které je blíže LED a diodě, pak pokud se člověk náhodně dotkne těchto míst v obvodu, může utrpět značné poškození elektrickým proudem. Velikost proudu bude maximální a bude záviset pouze na odporu těla osoby. Existuje proto vysoká pravděpodobnost, že dostanete velmi silný elektrický šok. V obvodu č. 4 jsme jeden společný odpor 24 kOhm rozdělili na dva odpory 12 kOhm. Celkový odpor také zůstává 24 kOhm, ale pokud se někdo náhodou dotkne elektrického obvodu v blízkosti šokové LED, bude náraz omezen naším dodatečným odporem. V důsledku toho bude elektrický šok mnohem menší než v prvním případě.

Schéma č. 5 – obvod se dvěma LED, napájený síťovým napětím 220V

Tento obvod je chráněn před přepětím při opětovném zapnutí přídavnou LED. To znamená, že s jednou poloviční vlnou bude fungovat a svítit jedna LED. Při kterém dojde k poklesu napětí asi o 3 volty. A s opačnou vlnou střídavého proudu bude fungovat druhá LED, která bude mít také úbytek napětí asi 3 volty. I když blikání bude okem stále patrné, stejně jako se zahřeje samotný odpor.

Schéma č. 6 – schéma, kde je jako světelný indikátor použita iontová výbojka

Přestože zvažujeme téma připojení indikačních LED k 220voltové síti, neměli bychom slevit z běžné iontové lampy. Jeho činnost se zásadně liší od činnosti LED. Pokud LED potřebuje proud, aby svítila, pak iontová lampa vyžaduje určité napětí. Běžné iontové výbojky se zapalují přiloženým napětím vyšším než 70 voltů. Navíc síla proudu je velmi malá. Záře vzniká v důsledku ionizace plynu uvnitř lampy. Intenzita svitu není tak velká, ale pro indikaci stačí. Schéma zapojení můžete vidět na obrázku výše.

Schéma č. 7 – schéma zapojení LED do sítě 220 voltů pomocí jednoduchého beztransformátorového zdroje se zhášecím kondenzátorem

Toto schéma je nejlepší mezi dříve zvažovanými. Přestože obsahuje nejvíce elektronických součástek. Faktem je, že nemá všechny nedostatky, které byly vlastní všem předchozím schématům. Protože je v tomto obvodu místo proud omezujícího rezistoru umístěn zhášecí kondenzátor C1, nedochází k zahřívání této součástky a nedochází k plýtvání přebytečnou elektřinou. Také v tomto obvodu není blikání prakticky patrné, protože frekvence polovln je zde již rovna 100 Hz. Ke zvýšení frekvence došlo v důsledku inverze půlvln diodovým můstkem VD2 sestaveným na diodách. A také není žádný problém spojený s nebezpečím poruchy LED z vysokého zpětného napětí. Jednoduše zde není žádné zpětné napětí, opět díky použití diodového můstku.

A pár slov o provozu tohoto obvodu pro napájení indikační LED z napětí 220 voltů. Síla proudu je tedy omezena zhášecím kondenzátorem (musí to být filmový kondenzátor, nikoli polární). Velikost omezeného proudu závisí na kapacitě tohoto kondenzátoru. Níže je tabulka závislosti proudu na kapacitě. Kapacita 330 nF bude odpovídat maximálnímu proudu 22 mA, což je jmenovitá hodnota pro indikační LED.

Paralelně se zhášecím kondenzátorem C1 je umístěn rezistor R1, který je potřeba pouze k vybití kondenzátoru po vypnutí obvodu ze sítě. Tento odpor se nezahřívá, protože má poměrně vysoký odpor. Další je konvenční usměrňovací diodový můstek. Mění střídavý proud na konstantní, i když pulzující. Tyto pulzace však nejsou okem nijak zvlášť patrné. Vzhledem k tomu, že odběr proudu LED je pouze do 20 mA, hodí se zde libovolné usměrňovací diody. V obvodu jsem použil nejběžnější typ 1n4007 (maximální propustný proud do 1A, maximální zpětné napětí do 1000 voltů). V obvodu je také přídavný odpor R2. Je potřeba k ochraně obvodu v případě neočekávaných přepětí. Tím se omezí proud na bezpečnou úroveň pro napájení indikační LED.

Níže je tabulka závislosti proudu na kapacitě zhášecího kondenzátoru.

PS Alternativní možností elektrického LED podsvícení může být klasické schéma zapojení neonové žárovky (paralelně s ním je umístěn odpor cca 500 kOhm-2 mOhm). Pokud porovnáme jas, pak je u LED podsvícení stále větší, ale pokud není vyžadován speciální jas, je docela možné vyjít s touto verzí obvodu pomocí neonové lampy.

NÍŽE JE VIDEO K TOMTO TÉMATU

Jak lze připojit jednoduchou LED na síťové napětí 220 voltů, možnosti zapojení, popis jejich činnosti, + příklad

LED diody jsou polovodičová zařízení, která při přivedení napětí produkují optické záření. Jejich mezinárodní písmenné označení je LED (LightEmittingDiode).

LED zařízení

Přestože existuje mnoho LED, nejběžnější forma se skládá z 5mm polymerového pouzdra s čočkou, měděné nebo hliníkové základny, katody, parabolického reflektoru (reflektoru) a krystalu, který je spojen s anodou tenkým zlatým drátem. .

Jak funguje LED?

Princip činnosti výrobku je založen na interakci dvou polovodičů, pozitivního a negativního typu (pn přechod). Při průchodu elektrického proudu polovodiči se v místě kontaktu uvolňuje energie, která vyzařuje světlo. To je způsobeno přechodem od jednoho typu vodivosti k jinému, kdy se ionty kladně nabitých děr spojují se záporně nabitými elektrony.

Typy a základní parametry LED

V diagramu je LED označena jako běžná dioda se dvěma paralelními šipkami směřujícími ven, což značí její vyzařovací charakter. V prodeji je velké množství typů LED, které se liší funkčností, designem, výkonem, barvou žhavení a dalšími vlastnostmi.

Na základě jejich účelu jsou LED rozděleny do dvou typů: indikátor a osvětlení.

• LED diody SMD;
• super jasný Super Flux „Piranha“;
• DIP LED (Direct In-line Package);
• Slaměný klobouk („slaměný klobouk“).

• LED diody COB (Chip On Board);
• SMD LED;
• vlákno (Filament LED).

Indikační LED se vyznačují nízkým výkonem a mírným jasem. Používají se pro barevnou indikaci provozních režimů různých přístrojů a zařízení, dále pro osvětlení displejů a přístrojových desek. Typy indikačních LED:

• DIP LED. Krystal emitoru je umístěn ve výstupním pouzdře, kterým je nejčastěji konvexní čočka. Nevýhodou je malý úhel rozptylu záření.
• „Piranha“ je emitor s ultra vysokým jasem se čtyřmi kolíky, který zajišťuje jeho pohodlnou montáž na desku. Žádané pro osvětlovací zařízení v automobilech a reklamních cedulích.
• „slaměný klobouk“ Válcový dvoukoncový přístroj s výrazným úhlem rozptylu záření a zvětšeným průměrem čočky. Používá se v dekorativních konstrukcích a poplašných světlech.
• SMD LED diody. Zařízení s ultra vysokým jasem jsou umístěna v pouzdrech určených pro montáž SMT. Jejich označení udává rozměry v palcích (jejich setiny) nebo v mm. LED pásky jsou vyráběny na bázi SMD LED.

Osvětlovací LED diody se nacházejí v designu svítilen, světlometů a pásů. Liší se silou a jasem záře. Většina svítidel je umístěna v montážních pouzdrech SMT. K dispozici ve dvou variantách bílé:

• studená bílá – studená;
• teplá bílá – teplá.

SMD osvětlovací LED je tepelně pohlcující substrát, na kterém je namontován emitující krystal ošetřený fosforovou kompozicí.

Aplikace LED diod

Takové produkty se aktivně používají v různých oblastech: světelná reklama, domácí a průmyslové osvětlení, automobilové osvětlení, semafory a dopravní značky, interiérový design, krajinné a architektonické osvětlení a mnoho dalších.

• významné trvání provozu;
• bezpečnost životního prostředí;
• vysoká spolehlivost a spolehlivost;
• úspora elektřiny;
• vysoce kvalitní osvětlení;
• nízké provozní náklady.

Základní pravidla pro připojení LED

Konstrukce LED je navržena pro jejich připojení pouze ke zdrojům stejnosměrného proudu s polaritou. Existují tři možnosti pro určení polarity:

• Podle délky nohy (kromě SMD). Delší noha je katoda a kratší noha je anoda. SMD LED mají cutoff (klíč), který je vždy blíže katodě.
• S multimetrem. Zařízení je nastaveno na režim „Percall“. Na vodičích jsou instalovány červené a černé sondy. Pokud se zařízení rozsvítí, znamená to, že červená sonda byla připojena k anodě a černá ke katodě. Pokud se záře nevyskytuje, pak je nutné změnit polohu sond. Pokud se výsledek nezměnil (nesvítí žádná záře), zařízení je mimo provoz.

Hlavní vlastnosti LED

V pasu zařízení vyzařujícího světlo jsou uvedeny dvě hlavní charakteristiky:

• Pokles napětí na zařízení. Typická hodnota je 3,2 V. Také pro každou LED jsou maximální přípustná napětí Umax a Umaxrev – pro přímé a zpětné spínání.
• Jmenovitý proud. Obvykle jsou tato zařízení navržena pro proud 20 mA.

Způsoby připojení

Nejjednodušší možností je připojení k nízkonapěťovému stejnosměrnému zdroji.

Nejpohodlnější a nejbezpečnější varianta – připojte LED k baterii nebo akumulátoru zapojením nízkopříkonového rezistoru do obvodu. Jeho funkcí je omezit proud protékající pn přechodem na určitou hodnotu. Bez tohoto prvku LED rychle ztratí své pracovní vlastnosti.

Rezistor je vybrán na základě odporu a výkonu. Výpočet odporu pomocí vzorce:

R = (Usupply – Upass.)/Inom., Ohm, ve kterém:

• Usupply – napájecí napětí, V;
• Upassport. – pokles napětí, jmenovitá hodnota, V;
• Inom. – jmenovitý proud.

Výsledná hodnota je zaokrouhlena nahoru na nejbližší nominální hodnotu z řady E24. Poté se vypočítá výkon, který musí rezistor rozptýlit.

P = Inom. 2 x R, kde R je hodnota odporu vybraná z tabulky.

Všechny tyto kroky můžete provést rychle a snadno pomocí online kalkulačky.

Jak připojit LED k AC 220V přes napájecí zdroj

Existuje několik typů napájecích zdrojů:

• Stabilizované zdroje konstantního napětí pro 5V a 12V LED. Při kolísání síťových parametrů zůstává napětí na výstupu takového zdroje energie konstantní a rovné hodnotě uvedené v pasu. LED žárovky jsou připojeny přes odpory.
• Driver – spínaný zdroj se stabilizovaným proudem. Vlastnosti, které se berou v úvahu při jeho výběru: maximální a minimální výstupní napětí, výstupní (provozní) proud. Ovladač obsahuje obvod, který stabilizuje proud při rázech vstupního napětí 220 V Při připojení LED zářiče k budiči není potřeba rezistor.

Způsoby, jak vytvořit více LED obvodů – sériové a paralelní připojení

Při připojení více světelných zařízení ke zdroji energie lze použít dvě možnosti připojení – sériové a paralelní.

Sériové zapojení představuje obvod polovodičových součástek, ve kterém je katoda prvního emitoru připájena k anodě dalšího – a tak dále. Proud o stejné hodnotě protéká všemi prvky sériového obvodu a úbytek napětí se sčítá. Výkon napájecího zdroje je zvolen stejný nebo větší než součet výkonů každého prvku.

Nevýhody sériového připojení:

• Pokud je obvodových prvků větší počet, je nutné zvolit vysokonapěťový zdroj.
• Pokud jedna LED dioda selže, přestane fungovat celý obvod.

V dlouhých pásech s 60-70 diodami na každém prvku je úbytek napětí přibližně 3 V, to znamená, že takové pásy mohou být připojeny k síti 220 V přes usměrňovač.

Při paralelním zapojení bude napětí na všech prvcích obvodu stejné a proudy každé LED budou sečteny. Hlavním problémem v tomto případě je, že LED lampy, dokonce i ze stejné šarže, mají často různé vlastnosti. Pokud tedy vložíte jeden společný odpor, mohou být žárovkám dodávány různé hodnoty proudu, v důsledku čehož některé prvky budou svítit příliš jasně a některé budou svítit slabě. Řešením problému je instalace samostatných rezistorů pro každou diodu.

Nevýhody paralelního připojení:

• velký počet obvodových prvků kvůli nutnosti použití jednotlivých rezistorů pro každou diodu;
• výrazné zvýšení zátěže při spálení jedné LED diody (pokud je použit jeden výkonný rezistor pro celý obvod).

Toto je nejvhodnější možnost pro připojení LED, protože umožňuje alespoň částečně kompenzovat nevýhody sériového a paralelního připojení. V tomto případě jsou řetězce sekvenčních prvků zapojeny paralelně. Tato metoda se používá v moderních girlandách nebo stuhách vánočních stromků. Výhoda tohoto řešení: i když jeden nebo více paralelních řetězců selže, zbytek bude dál správně svítit.