Kako spojiti LED na rasvjetnu mrežu

Nakon čitanja ovog naslova, netko bi mogao pitati: "Zašto?" Da, ako samo držiš svjetlećom diodom čak i ako je priključen prema određenom obrascu, nema praktične vrijednosti, neće donijeti nikakve korisne informacije. Ali ako spojite istu LED paralelno s grijaćim elementom koji kontrolira regulator temperature, možete vizualno kontrolirati rad cijelog uređaja. Ponekad vam ova indikacija omogućuje da se riješite mnogih malih problema i nevolja.

U svjetlu onoga što je već rečeno o uključivanju LED dioda u prethodnim člancima, zadatak se čini trivijalnim: samo postavite ograničavajući otpornik željene vrijednosti i problem je riješen. Ali sve je to dobro, ako LED napajate ispravljanim konstantnim naponom: dok su povezivali LED u smjeru prema naprijed, on je ostao.

Kada radite na izmjeničnom naponu, sve nije tako jednostavno. Činjenica je da će, osim izravnog napona, na LED utjecati i napon obrnute polarnosti, jer svaki polukružni sinusoid mijenja svoj znak u suprotan. Taj povratni napon neće osvijetliti LED, ali vrlo brzo može postati neupotrebljiv. Stoga je potrebno poduzeti mjere zaštite od ovog "štetnog" napona.

U slučaju mrežnog napona, proračun otpornika za gašenje treba temeljiti na naponu od 310 V. Zašto? Ovdje je sve vrlo jednostavno: 220V je strujni napon, vrijednost amplitude je 220 * 1,41 = 310V. Napon amplitude u korijenu dva (1,41) puta veći od struje, a to ne treba zaboraviti. Ovdje se napon i obrnuti napon primjenjuju na LED. Iz vrijednosti 310V treba izračunati otpor otpornika na gašenje, a upravo od ovog napona, samo obrnute polarnosti, LED je zaštićen.

Kako zaštititi LED od obrnutog napona

Kod skoro svih LED dioda, reverzni napon ne prelazi 20V, jer nitko nije htio napraviti ispravljač visokog napona na njima. Kako se riješiti takve nesreće, kako zaštititi LED od ovog obrnutog napona?

Ispada da je sve vrlo jednostavno. Prvi način je uključivanje običnog s LED-om ispravljačka dioda s visokim reverznim naponom (ne nižim od 400V), na primjer, 1N4007 - reverzni napon 1000V, prednja struja 1A. On neće propustiti visok napon negativne polarnosti na LED. Shema takve zaštite prikazana je na slici 1a.

Druga metoda, ne manje učinkovita, je jednostavno usmjeravanje LED s drugom diodom, uključenom u paralelno, Sl. 1b. Uz ovu metodu, zaštitna dioda čak i ne mora biti s visokim obratnim naponom, bilo koja dioda male snage, na primjer, KD521, je dovoljna.

Štoviše, možete jednostavno uključiti suprotno - paralelno, dva LED-a: otvarajući jednu po jednu, oni će se međusobno zaštititi, pa čak i oba će emitirati svjetlost, kao što je prikazano na slici 1c. Ovo je već treća metoda zaštite. Sve tri sheme zaštite prikazane su na slici 1.

Slika 1. LED diode za zaštitu kruga od obrnutog napona

Ograničavajući otpornik u tim krugovima ima otpor od 24KΩ, koji radnim naponom od 220V, daje struju reda 220/24 = 9,16mA, može se zaokružiti na 9. Tada će snaga otpornika na gašenje biti 9 * 9 * 24 = 1944mW, gotovo dva vata. To unatoč činjenici da je struja kroz LED ograničena na 9mA. No, produljena upotreba otpornika s maksimalnom snagom neće dovesti do ništa dobro: prvo će se crniti, a zatim potpuno izgorjeti. Da biste to izbjegli, preporučuje se u seriju staviti dva otpornika od po 12Kohm snage 2W svaki.

Ako postavite trenutnu razinu na 20mA, tada otpornik snage bit će još više - 20 * 20 * 12 = 4800mW, gotovo 5W! Naravno, nitko ne može priuštiti štednjak takve snage za grijanje prostora. To se temelji na jednoj LED, ali što ako postoji cjelina LED vijenac?

Kondenzator - Otpor bez vode

Krug prikazan na slici 1a, zaštitna dioda D1 "odsječe" negativni pola ciklusa naizmjeničnog napona, te je snaga napona gašenja prepolovljena. Ali, svejedno, snaga ostaje vrlo značajna. Stoga često kao ograničavajući otpornik balastni kondenzator: on će ograničiti struju ne goru od otpornika, ali neće odavati toplinu. Uostalom, nije za ničim što se kondenzator često naziva slobodnim otporom. Ova metoda prebacivanja prikazana je na slici 2.

Slika 2. Dijagram za uključivanje LED-a kroz balastni kondenzator

Čini se da je ovdje sve u redu, čak postoji i zaštitna dioda VD1. No, nisu navedena dva detalja. Prvo, kondenzator C1 nakon isključivanja kruga može ostati u napunjenom stanju i spremiti naboj dok ga netko ne isprazni vlastitom rukom. A to će se, vjerujte mi, sigurno jednog dana dogoditi. Električni udar naravno nije fatalan, već prilično osjetljiv, neočekivan i neugodan.

Stoga, kako bi se izbjegla takva smetnja, ovi kondenzatori za gašenje su otporni na otpor od 200 ... 1000K. Ista zaštita ugrađena je u transformatorske napajanje s kondenzatorom za gašenje, u optoelemente i neke druge sklopove. Na slici 3, ovaj otpornik je označen kao R1.

Slika 3. Dijagram povezivanja LED-a na rasvjetnu mrežu

Pored otpornika R1, na krugu se pojavljuje i otpornik R2. Njegova je svrha ograničiti upad struje kroz kondenzator kada se primjenjuje napon, što pomaže u zaštiti ne samo dioda, već i samog kondenzatora. Iz prakse je poznato da se u nedostatku takvog otpornika kondenzator ponekad razbije, njegov kapacitet postaje mnogo manji od nazivnog. Nepotrebno je reći da kondenzator mora biti keramički za radni napon od najmanje 400V ili poseban za rad u izmjeničnim krugovima za napon od 250 V.

Druga važna uloga dodijeljena je otporniku R2: u slučaju kvara kondenzatora djeluje kao osigurač. Naravno, LED-ove će se također morati zamijeniti, ali barem će priključne žice ostati netaknute. U stvari, to radi osigurač u bilo kojem preklopno napajanje, - tranzistori su izgorjeli, a pločica je ostala gotovo netaknuta.

Na dijagramu prikazanom na slici 3 prikazan je samo jedan LED, mada se u stvari nekoliko njih može uključiti uzastopno. Zaštitna dioda u potpunosti će se sama nositi sa svojim zadatkom, ali mora se barem približno izračunati kapacitet balastnog kondenzatora.

Kako izračunati kapacitet kondenzatora za gašenje

Da bi se izračunao otpor ugasnog otpornika, potrebno je oduzeti pad napona na LED od dovodnog napona. Ako je nekoliko LED-ova serijski spojeno, tada jednostavno zbrajajte njihove napone, a također oduzimajte napon napajanja. Znajući ovaj zaostali napon i potrebnu struju, prema Ohmovom zakonu, vrlo je jednostavno izračunati otpor otpornika: R = (U-Ud) / I * 0,75.

Ovdje je U napon napajanja, Ud je pad napona preko LED dioda (ako su LED-ovi spojeni serijski, tada je Ud zbroj padova napona na svim LED-ima), I je struja kroz LED-ove, R je otpor otpornika na gašenje. Ovdje je, kao i uvijek, napon u Voltima, struja u Amperama, rezultat u Ohma, 0,75, koeficijent za povećanje pouzdanosti. Ova je formula već data u članku. "O korištenju LED-a".

Veličina izravnog pada napona za LED različite boje je različita. Pri struji od 20 mA crvene LED diode su 1,6 ... 2,03 V, žute 2,1 ... 2,2 V, zelene 2,2 ... 3,5 V, plave 2,5 ... 3,7 V. Bijele LED diode imaju najveći pad napona, imaju širok spektar emisije od 3,0 ... 3,7 V.Lako je vidjeti da je raspršenje ovog parametra dovoljno široko.

Evo pada napona za samo nekoliko vrsta LED-ova, po boji. Zapravo, puno je više tih boja, a točna vrijednost može se pronaći samo u tehničkoj dokumentaciji za određeni LED. Ali to često nije potrebno: da bi se postigao rezultat prihvatljiv za praksu, dovoljno je zamijeniti neku prosječnu vrijednost (obično 2V) u formuli, naravno ako ovo nije vijenac od stotina LED-ova.

Za izračunavanje kapaciteta ugasnog kondenzatora primjenjuje se empirijska formula C = (4,55 * I) / (U-Ud).

gdje je C kapacitet kondenzatora u mikrofaradama, I je struja u miliamperima, U je mrežni napon amplitude u voltima. Kada koristite lanac od tri serijski spojene bijele LED diode, približno je 12 V, U je amplituda mrežnog napona od 310 V, potreban je kondenzator kapaciteta 20mA za ograničavanje struje

C = (4,55 * I) / (U-Ud) = C = (4,55 * 20) / (310-12) = 0,29865 μF, gotovo 0,3 μF.

Najbliža standardna vrijednost kondenzatora je 0,15 μF, stoga je za upotrebu u ovom krugu potrebno koristiti dva kondenzatora spojena paralelno. Ovdje je potrebno napomenuti: formula vrijedi samo za izmjeničnu frekvenciju napona od 50 Hz. Za ostale frekvencije rezultati će biti netočni.

Kondenzator se prvo mora provjeriti

Prije upotrebe kondenzatora mora se provjeriti. Za početak samo uključite 220V, bolje je kroz osigurač 3 ... 5A i nakon 15 minuta provjerite dodir, ali postoji li primjetno grijanje? Ako je kondenzator hladan, tada ga možete koristiti. U suprotnom, obavezno uzmite drugu, a također provjerite prethodno. Uostalom, sve isto, 220V više nije 12, ovdje je sve nekako drugačije!

Ako je ovaj test bio uspješan, kondenzator se nije zagrijao, tada možete provjeriti je li došlo do pogreške u proračunima, je li kondenzator istog kapaciteta. Da biste to učinili, morate uključiti kondenzator kao u prethodnom slučaju u mreži, samo putem ampermetra. Naravno, ampermetar bi trebao biti AC.

Ovo je podsjetnik da ne mogu svi moderni digitalni multimetri mjeriti izmjeničnu struju: jednostavni, jeftini uređaji, na primjer, vrlo popularni u radioamaterima DT838 serijasposobni su mjeriti samo istosmjernu struju, što će takav ampermetar pokazati prilikom mjerenja izmjenične struje nitko ne zna. Najvjerojatnije će to biti cijena ogrjevnog drva ili temperatura na Mjesecu, ali ne i izmjenična struja kroz kondenzator.

Ako je izmjerena struja približno ista kao što se pokazalo u proračunu prema formuli, tada možete sigurno spojiti LED. Ako se umjesto očekivanih 20 ... 30 mA pokazalo 2 ... 3A, tada je ovdje ili pogreška u proračunima ili je oznaka kondenzatora pogrešno očitana.

Osvjetljeni prekidači

Ovdje se možete usredotočiti na drugi način uključivanja LED u rasvjetnoj mreži koja se koristi u prekidačima s pozadinskim osvjetljenjem, Ako se takav prekidač rastavi, može se utvrditi da tamo nema zaštitnih dioda. Dakle, sve što je napisano malo više su gluposti? Uopće, samo morate pažljivo pogledati rastavljeni prekidač, točnije vrijednost otpornika. U pravilu, njegova nominalna vrijednost nije manja od 200K, možda čak i malo više. Istodobno je očito da će struja kroz LED biti ograničena na oko 1 mA. Shema kruga s pozadinskim osvjetljenjem prikazana je na slici 4.

Slika 4. Dijagram povezivanja LED u prekidaču s pozadinskim osvjetljenjem

Ovdje je ubijeno nekoliko rezidenata s jednim otpornikom. Naravno, struja kroz LED će biti mala, svijetlit će slabo, ali prilično vedro da biste vidjeli ovaj sjaj u tamnoj noći u sobi. Ali popodne taj sjaj uopće nije potreban! Stoga, dopustite sebi da sjaji neprimetno.

U tom će slučaju obrnuta struja biti slaba, toliko slaba da ni na koji način LED ne može gorjeti. Stoga su uštede na točno jednoj zaštitnoj diodi, koja je gore opisana. Oslobađanjem milijuna, a možda čak i milijardi prekidača godišnje, uštede su znatne.

Čini se da su nakon čitanja članaka o LED-ima sva pitanja o njihovoj primjeni jasna i razumljiva. No, još uvijek postoje mnoge sitnice i nijanse kada se u razne krugove uključuju LED-ovi. Na primjer, paralelna i serijska veza ili, na drugi način, dobri i loši sklopovi.

Ponekad želite prikupiti vijenac od nekoliko desetaka LED-ova, ali kako to izračunati? Koliko se LED dioda može serijski spojiti ako postoji jedinica za napajanje naponom od 12 ili 24 V? Ova i druga pitanja razmatrat ćemo se u sljedećem članku, koji ćemo nazvati „Dobri i loši prekidački LED sklopovi“.

Boris Aladyskin