Hogyan lehet a LED-et csatlakoztatni a világítási hálózathoz

A címsor elolvasása után valaki felteheti a kérdést: „Miért?” Igen, ha csak ragaszkodsz fénykibocsátó dióda Még ha egy bizonyos mintának megfelelően is csatlakoztatva van, akkor nincs gyakorlati értéke, nem hoz hasznos információt. De ha ugyanazt a LED-et párhuzamosan csatlakoztatja egy hőmérséklet-szabályozó által vezérelt fűtőelemmel, akkor vizuálisan ellenőrizheti az egész eszköz működését. Időnként ez a jelzés lehetővé teszi, hogy megszabaduljon sok apróbb problémától és bajtól.

A már elmondottak fényében a LED-ek bekapcsolásáról az előző cikkekben, a feladat triviálisnak tűnik: állítsa be a kívánt érték korlátozó ellenállását, és a probléma megoldódott. De mindez jó, ha egyenirányított állandó feszültséggel táplálja a LED-et: mivel a LED-et előrefelé csatlakoztatták, az megmaradt.

Váltakozó feszültséggel dolgozva nem minden olyan egyszerű. A helyzet az, hogy a közvetlen feszültség mellett a LED-et a fordított polaritás feszültsége is befolyásolja, mivel a szinuszszintek minden félciklusa ellenkező irányba változtatja meg jelét. Ez a fordított feszültség nem világítja meg a LED-et, de nagyon gyorsan használhatatlanná válhat. Ezért szükséges intézkedéseket hozni a "káros" feszültség ellen.

Hálózati feszültség esetén a kioltási ellenállás kiszámítását 310 V feszültségre kell alapozni. Miért? Itt minden nagyon egyszerű: 220 V van áramfeszültség, az amplitúdó értéke 220 * 1,41 = 310 V. Az amplitúdófeszültség a gyökér kezdetén kétszer nagyobb (1,41), mint az áram, és ezt nem szabad elfelejteni. Itt van a LED-re alkalmazott előremeneti és hátrameneti feszültség. A hűtési ellenállás ellenállását a 310 V értékből kell kiszámítani, és ebből a feszültségből, csak a fordított polaritásból kell a LED-et védeni.

Hogyan lehet megvédeni a LED-t a fordított feszültségtől?

Szinte minden LED esetében a fordított feszültség nem haladja meg a 20 V-ot, mert senki sem akart nagyfeszültségű egyenirányítót készíteni rájuk. Hogyan lehet megszabadulni az ilyen szerencsétlenségtől, hogyan lehet megvédeni a LED-et a fordított feszültségtől?

Kiderül, hogy minden nagyon egyszerű. Az első módszer a szokásos LED bekapcsolása egyenirányító dióda magas fordított feszültséggel (legalább 400 V), például 1N4007 - fordított feszültség 1000 V, előremenő áram 1A. Ő nem hagyja ki a LED negatív polaritásának magas feszültségét. Az ilyen védelem sémáját az 1a ábra mutatja.

A második módszer, nem kevésbé hatékony, egyszerűen a LED-et egy másik diódával shuntázzuk, amely párhuzamosan be van kapcsolva, 1b ábra. Ezzel a módszerrel a védődiódának nem kell még nagy fordított feszültségűnek lennie, elegendő bármely alacsony fogyasztású dióda, például KD521.

Ezen felül egyszerűen bekapcsolhatja az ellenkezőjét - párhuzamosan két LED-et: egyenként kinyitva, ők maguk védik egymást, sőt mindkettő fényt bocsát ki, mint az 1c. Ábra mutatja. Ez már kiderül a harmadik védelmi módszerről. Mindhárom védelmi sémát az 1. ábra mutatja.

1. ábra. Áramkör védelmi LED-ek fordított feszültség ellen

Ezekben az áramkörökben a korlátozó ellenállás ellenállása 24KΩ, amely 220 V üzemi feszültség mellett 220/24 = 9,16 mA nagyságrendű áramot biztosít, és 9-re lehet kerekíteni. Ezután az oltó ellenállás teljesítménye 9 * 9 * 24 = 1944 mW lesz, majdnem két watt. Ennek ellenére, hogy a LED-en keresztüli áram 9 mA-ra korlátozódik. Az ellenállás hosszú távú maximális teljesítménnyel történő felhasználása azonban nem hoz semmi jót: először feketévé válik, majd teljesen kiég. Ennek elkerülése érdekében ajánlott két 12Kohm ellenállás sorozatba helyezése, mindegyik 2W teljesítményű.

Ha az aktuális szintet 20 mA-ra állítja, akkor teljesítmény ellenállás még több lesz - 20 * 20 * 12 = 4800 mW, majdnem 5 W! Természetesen senki sem engedheti meg magának ilyen teljesítményű kályhát a helyiség fűtéséhez. Ez egy LED-en alapul, de mi van, ha van egy egész LED koszorú?

Kondenzátor - Wattless ellenállás

Az 1a. Ábrán bemutatott áramkörnél a D1 védődióda „levágja” a váltakozó feszültség negatív félidejét, ezért a kioltó ellenállás teljesítménye felére csökken. De ugyanakkor a hatalom továbbra is nagyon jelentős. Ezért gyakran korlátozó ellenállásként előtét kondenzátor: nem korlátozza az áramot, mint egy ellenállás, de nem bocsát ki hőt. Végül is nem hiába, a kondenzátort gyakran szabad ellenállásnak nevezik. Ezt a kapcsolási módszert a 2. ábra mutatja.

2. ábra: A LED bekapcsolásának rajza az előtét kondenzátoron keresztül

Úgy tűnik, hogy itt minden rendben van, még akkor is, ha van egy VD1 védődióda. Két részletet azonban nem nyújtunk be. Először, a C1 kondenzátor az áramkör kikapcsolása után töltött állapotban maradhat, és a töltést addig tárolhatja, amíg valaki saját kezével ki nem üríti. És ez, hidd el, biztos, hogy egyszer megtörténik. Az áramütés természetesen nem halálos, hanem érzékeny, váratlan és kellemetlen.

Ezért az ilyen kellemetlenségek elkerülése érdekében ezeket a lehűtési kondenzátorokat 200 ... 1000K ellenállású ellenállás gátolja. Ugyanez a védelem van felszerelve a transzformátor nélküli tápegységekben, oltó kondenzátorral, az optocsatolókban és néhány más áramkörben. A 3. ábrán ezt az ellenállást R1-nek jelöljük.

3. ábra: A LED csatlakoztatási rajza a világítási hálózathoz

Az R1 ellenálláson kívül az R2 ellenállás is megjelenik az áramkörön. Ennek célja a kondenzátoron keresztüli áram behatásának korlátozása feszültség alkalmazásakor, ami nemcsak a diódák, hanem a kondenzátor védelmét is segíti. A gyakorlatból ismert, hogy ilyen ellenállás hiányában a kondenzátor néha megszakad, kapacitása sokkal kisebb, mint a névleges. Mondanom sem kell, hogy a kondenzátornak kerámianak kell lennie legalább 400 V üzemi feszültségnek, vagy speciálisnak kell lennie a váltóáramú áramkörökben való működéshez, 250 V feszültségre.

Egy másik fontos szerepet kap az R2 ellenállás: a kondenzátor meghibásodása esetén biztosítékként működik. Természetesen a LED-eket is ki kell cserélni, de legalább a csatlakozó vezetékek érintetlenek maradnak. Valójában így működik egy biztosíték kapcsoló tápegység, - a tranzisztorok kiégtek, és az áramköri szinte érintetlen maradt.

A 3. ábrán látható ábra csak egy LED-et mutat, bár valójában közülük több egymás után bekapcsolható. A védődióda önmagában teljesíti a feladatát, de az előtét-kondenzátor kapacitását legalább megközelítőleg ki kell számolni.

Hogyan számoljuk ki az oltó kondenzátor kapacitását?

A kioltási ellenállás ellenállásának kiszámításához ki kell vonni a tápfeszültségről a LED-en lévő feszültségcsökkenést. Ha több LED csatlakozik sorosan, akkor egyszerűen add össze a feszültségüket, és vonják le a tápfeszültséget. Ismerve ezt a maradék feszültséget és a szükséges áramot, az Ohmi törvény szerint nagyon könnyű kiszámítani egy ellenállás ellenállását: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Itt U a tápfeszültség, Ud a LED-ek közötti feszültségcsökkenés (ha a LED-eket sorosan csatlakoztatják, akkor Ud az összes LED-en fellépő feszültségcsökkenések összege), I a LED-ek átmenő árama, R a lehúzó ellenállás ellenállása. Itt, mint mindig, a feszültség voltban, az áramerősségben, az eredmény Ohm-ban, 0,75 egy megbízhatósági tényező. Ezt a formulát a cikk már megadta. "A LED-ek használatáról".

A különböző színű LED-ek esetében a közvetlen feszültségcsökkenés mértéke eltérő. 20 mA-es áramerősség mellett a piros LED-ek 1,6 ... 2,03 V, sárga 2,1 ... 2,2 V, zöld 2,2 - 3,5 V, kék 2,5 ... 3,7 V. A fehér LED-ek feszültségcsökkenése a legnagyobb, széles emisszióspektrumuk 3,0 ... 3,7 V.Könnyű belátni, hogy ennek a paraméternek a szórása elég széles.

Íme néhány típusú LED feszültségcsökkenése, szín szerint. Valójában sokkal több ilyen szín található, és a pontos érték csak egy adott LED műszaki dokumentációjában található. De gyakran erre nincs szükség: ahhoz, hogy a gyakorlathoz elfogadható eredményt kapjunk, elegendő valamely átlagérték (általában 2 V) kicserélése a képletben, természetesen, ha ez nem több száz LED-es koszorú.

Az oltó kondenzátor kapacitásának kiszámításához a C = (4.45 * I) / (U-Uд) empirikus képletet kell alkalmazni

ahol C a kondenzátor kapacitása mikrofarádban, I az áram milliamperben, U az amplitúdó hálózati feszültsége voltban. Három sorosan csatlakoztatott fehér LED lánca esetén Ud körülbelül 12 V, U a 310 V hálózati feszültség amplitúdója, 20 mA kapacitású kondenzátorra van szükség az áram korlátozására

C = (4,45 * I) / (U-Uд) = C = (4,45 * 20) / (310-12) = 0,29865 μF, majdnem 0,3 μF.

A legközelebbi standard kondenzátor értéke 0,15 μF, ezért ebben az áramkörben való használathoz két párhuzamosan csatlakoztatott kondenzátort kell használni. Itt megjegyzést kell tenni: a képlet csak 50 Hz váltakozó feszültségre érvényes. Más frekvenciák esetén az eredmények helytelenek lesznek.

Először ellenőrizni kell a kondenzátort

A kondenzátor használata előtt ellenőrizni kell. Kezdetként csak csatlakoztassa a 220 V-ot, jobb, ha egy 3 ... 5A biztosítékon keresztül csatlakozik, és 15 perc elteltével ellenőrizze az érintést, de van-e észlelhető fűtés? Ha a kondenzátor hideg, akkor használhatja. Ellenkező esetben ügyeljen arra, hogy készítsen újat, és előzetesen ellenőrizze. Végül is, a 220 V már nem 12, itt minden kissé más!

Ha ez a teszt sikeres volt, a kondenzátor nem melegszik fel, akkor ellenőrizheti, hogy nem volt-e hiba a számításokban, hogy a kondenzátor azonos kapacitású-e. Ehhez csak az ampermérőn keresztül kell bekapcsolnia a kondenzátort, mint az előző esetben a hálózatban. Természetesen az ampermérő váltakozó áramú legyen.

Ez egy emlékeztető, hogy nem minden modern digitális multiméter képes mérni a váltakozó áramot: egyszerű, olcsó eszközök, például a rádióamatőrök körében. DT838 sorozatcsak az egyenáramot tudják mérni, amelyet egy ilyen ampermérő megmutat, amikor senki sem ismeri a váltóáramot. Valószínűleg a tűzifa ára vagy a hold hőmérséklete lesz, de nem a kondenzátoron keresztüli váltakozó áram.

Ha a mért áram nagyjából megegyezik a képlet szerinti számítás során kiderültkel, akkor biztonságosan csatlakoztathatja a LED-eket. Ha a várt 20 ... 30 mA helyett 2 ... 3A-nak bizonyult, akkor itt vagy a számítás hibája, vagy a kondenzátor jelölése helytelenül van leolvasva.

Világító kapcsolók

Itt összpontosíthat arra, hogy miként kapcsolhatja be a LED-et a használt világítási hálózatban háttérvilágítású kapcsolókban. Ha egy ilyen kapcsolót szétszerelnek, kiderül, hogy ott nincs védődióda. Tehát minden, ami egy kicsit magasabbra van írva, ostobaság? Egyáltalán nem, csak figyelmesen kell megnéznie a szétszerelt kapcsolót, pontosabban az ellenállás értékét. A névleges értéke általában nem kevesebb, mint 200K, talán még egy kicsit is. Ugyanakkor nyilvánvaló, hogy a LED-en keresztüli áram körülbelül 1 mA lesz. A háttérvilágítású kapcsolási rajzot a 4. ábra mutatja.

4. ábra: LED-csatlakozási rajz háttérvilágítású kapcsolóban

Itt több ellenállást ölnek meg egy ellenállással. Természetesen a LED-en keresztüli áram kicsi, gyengén világít, de elég fényesen látja ezt a fényt egy sötét éjszaka a szobában. De délután ez a ragyogás egyáltalán nem szükséges! Tehát hagyja, hogy észrevétlenül ragyogjon.

Ebben az esetben a fordított áram gyenge, olyan gyenge, hogy a LED semmilyen módon nem éghet. Ennélfogva pontosan egy védődióda megtakarítása, amelyet fent leírtunk. Ha milliókat, esetleg akár milliárdeket is megszabadítanak évente, a megtakarítások jelentősek.

Úgy tűnik, hogy a LED-ekről szóló cikkek elolvasása után az alkalmazásukkal kapcsolatos minden kérdés világos és érthető. A LED-eknek a különféle áramkörökbe történő beépítéséhez azonban még mindig sok finomság és árnyalatok vannak. Például párhuzamos és soros csatlakozás, vagy más módon jó és rossz áramkörök.

Néha több tucat LED-es girlandot szeretne gyűjteni, de hogyan lehet kiszámítani? Hány LED csatlakoztatható sorba, ha van 12 vagy 24 V feszültségű tápegység? Ezeket és más kérdéseket a következő cikk tárgyalja, amelyet „Jó és rossz LED kapcsolási áramköröknek” nevezünk.

Boris Aladyshkin