Hoe de LED op het verlichtingsnetwerk aan te sluiten

Na het lezen van deze kop, kan iemand vragen: "Waarom?" Ja, als je het maar doet lichtdiode zelfs als het volgens een bepaald patroon is aangesloten, heeft het geen praktische waarde, het levert geen nuttige informatie op. Maar als u dezelfde LED parallel aansluit op een verwarmingselement dat wordt geregeld door een temperatuurregelaar, kunt u de werking van het hele apparaat visueel regelen. Soms kunt u met deze indicatie veel kleine problemen en problemen oplossen.

In het licht van wat al is gezegd over het inschakelen van de LED's in vorige artikelen, lijkt de taak triviaal: stel gewoon de beperkende weerstand van de gewenste waarde in en het probleem is opgelost. Maar dit alles is goed, als je de LED voedt met een gelijkgerichte constante spanning: omdat ze de LED in voorwaartse richting met elkaar verbonden, bleef het.

Bij wisselstroom is alles niet zo eenvoudig. Het feit is dat, naast de gelijkspanning, de LED ook wordt beïnvloed door de spanning met omgekeerde polariteit, omdat elke halve cyclus van de sinusoïde zijn teken verandert in het tegenovergestelde. Deze omgekeerde spanning zal de LED niet verlichten, maar kan zeer snel onbruikbaar worden. Daarom is het noodzakelijk om maatregelen te nemen om te beschermen tegen deze "schadelijke" spanning.

In het geval van netspanning moet de berekening van de blusweerstand worden gebaseerd op een spanning van 310V. Waarom? Alles is hier heel eenvoudig: 220V is huidige spanning, de amplitudewaarde is 220 * 1,41 = 310V. De amplitudespanning aan de wortel van twee (1,41) keer groter dan de stroom, en dit moet niet worden vergeten. Hier is de voorwaartse en achterwaartse spanning die op de LED wordt toegepast. Het is vanaf de waarde van 310V dat de weerstand van de blusweerstand moet worden berekend, en het is van deze spanning, alleen met omgekeerde polariteit, dat de LED wordt beschermd.

Hoe de LED te beschermen tegen omgekeerde spanning

Voor bijna alle LED's is de omgekeerde spanning niet hoger dan 20V, omdat er niemand een hoogspanningsgelijkrichter op zou maken. Hoe zich van zo'n ongeluk te ontdoen, hoe de LED tegen deze omgekeerde spanning te beschermen?

Het blijkt dat alles heel eenvoudig is. De eerste manier is om de gewone met de LED aan te zetten gelijkricht diode met hoge omgekeerde spanning (niet lager dan 400V), bijvoorbeeld 1N4007 - omgekeerde spanning 1000V, voorwaartse stroom 1A. Hij is het die de hoge spanning van negatieve polariteit naar de LED niet zal missen. Het schema van een dergelijke bescherming wordt getoond in Fig. 1a.

De tweede methode, niet minder effectief, is eenvoudig de LED shunt met een andere diode, die parallel is ingeschakeld, figuur 1b. Met deze methode hoeft de beschermende diode niet eens een hoge omgekeerde spanning te hebben, elke laagvermogen diode, bijvoorbeeld KD521, is voldoende.

Bovendien kunt u eenvoudig het tegenovergestelde inschakelen - parallel twee LED's: één voor één openend, zullen ze elkaar beschermen en zelfs beide zullen licht uitstralen, zoals weergegeven in figuur 1c. Dit blijkt al de derde beschermingsmethode. Alle drie beschermingsschema's worden getoond in figuur 1.

Figuur 1. Circuitbeveiligings-LED's tegen omgekeerde spanning

De beperkende weerstand in deze circuits heeft een weerstand van 24KΩ, die, met een bedrijfsspanning van 220V, een stroom in de orde van 220/24 = 9,16 mA levert, kan worden afgerond op 9. Dan zal het vermogen van de blusweerstand 9 * 9 * 24 = 1944 mW zijn, bijna twee watt. Dit ondanks het feit dat de stroom door de LED beperkt is tot 9mA. Maar langdurig gebruik van de weerstand op maximaal vermogen leidt niet tot iets goeds: eerst wordt deze zwart en brandt dan volledig uit. Om dit te voorkomen, wordt aanbevolen om in serie twee weerstanden met elk 12Kohms en 2W te installeren.

Als u het huidige niveau instelt op 20mA, dan vermogensweerstand zal zelfs meer zijn - 20 * 20 * 12 = 4800mW, bijna 5W! Natuurlijk kan niemand zich zo'n fornuis veroorloven voor ruimteverwarming. Dit is gebaseerd op één LED, maar wat als er een geheel is LED slinger?

Condensator - Wattloze weerstand

Het circuit weergegeven in figuur 1a, de beschermende diode D1 "onderbreekt" de negatieve halve cyclus van de wisselspanning, daarom wordt het vermogen van de blusweerstand gehalveerd. Maar toch blijft de kracht erg belangrijk. Daarom vaak als beperkende weerstand ballast condensator: hij zal de stroom niet slechter beperken dan een weerstand, maar hij zal geen warmte afgeven. Het is immers niet voor niets dat een condensator vaak een vrije weerstand wordt genoemd. Deze schakelmethode wordt getoond in figuur 2.

Afbeelding 2. Diagram voor het inschakelen van de LED via de ballastcondensator

Alles lijkt hier goed te zijn, zelfs als er een beschermende diode VD1 is. Maar twee details worden niet gegeven. Ten eerste kan de condensator C1 na het uitschakelen van het circuit in een geladen toestand blijven en de lading opslaan totdat iemand deze met zijn eigen hand ontlaadt. En dit, geloof me, zal zeker ooit gebeuren. De elektrische schok is natuurlijk niet dodelijk, maar eerder gevoelig, onverwacht en onaangenaam.

Daarom worden deze afschrikcondensatoren om een ​​dergelijke overlast te voorkomen omgeleid door een weerstand met een weerstand van 200 ... 1000K. Dezelfde bescherming is geïnstalleerd in transformatorloze voedingen met een bluscondensator, in optocouplers en sommige andere circuits. In figuur 3 is deze weerstand aangeduid als R1.

Figuur 3. Verbindingsdiagram van de LED op het verlichtingsnetwerk

Naast de weerstand R1 verschijnt ook de weerstand R2 op het circuit. Het doel is om de inschakeling van de stroom door de condensator te beperken wanneer spanning wordt aangelegd, waardoor niet alleen de diodes worden beschermd, maar ook de condensator zelf. Het is uit de praktijk bekend dat bij afwezigheid van een dergelijke weerstand de condensator soms breekt, zijn capaciteit veel minder wordt dan de nominale. Vanzelfsprekend moet de condensator keramisch zijn voor een bedrijfsspanning van minimaal 400V of speciaal voor gebruik in wisselstroomcircuits voor een spanning van 250V.

Een andere belangrijke rol is toegewezen aan de weerstand R2: in het geval van een defect van de condensator, werkt deze als een zekering. Natuurlijk moeten de LED's ook worden vervangen, maar de verbindingsdraden blijven tenminste intact. In feite is dit hoe een lont werkt stroomvoorziening, - de transistoren waren doorgebrand en de printplaat bleef vrijwel onaangeroerd.

In het diagram dat wordt getoond in figuur 3, wordt slechts één LED getoond, hoewel in feite meerdere ervan opeenvolgend kunnen worden ingeschakeld. De beschermende diode zal volledig alleen zijn taak aankunnen, maar de capaciteit van de ballastcondensator moet, ten minste ongeveer, worden berekend.

Hoe de capaciteit van een bluscondensator te berekenen

Om de weerstand van de blusweerstand te berekenen, moet de spanningsval op de LED van de voedingsspanning worden afgetrokken. Als meerdere LED's in serie zijn aangesloten, tel je hun spanningen op en trek je ook af van de voedingsspanning. Met het kennen van deze restspanning en de vereiste stroom, volgens de wet van Ohm, is het heel eenvoudig om de weerstand van een weerstand te berekenen: R = (U-Uд) / I * 0.75.

Hier is U de voedingsspanning, Ud is de spanningsval over de LED's (als de LED's in serie zijn aangesloten, dan is Ud de som van de spanningsval over alle LED's), I is de stroom door de LED's, R is de weerstand van de blusweerstand. Hier is, zoals altijd, de spanning in Volt, de stroom in Ampères, het resultaat in Ohm, 0,75 is een coëfficiënt voor het vergroten van de betrouwbaarheid. Deze formule is al in het artikel gegeven. "Over het gebruik van LED's".

De grootte van de directe spanningsval voor LED's van verschillende kleuren is anders. Bij een stroom van 20 mA zijn de rode LED's 1,6 ... 2,03 V, geel 2,1 ... 2,2 V, groen 2,2 ... 3,5 V, blauw 2,5 ... 3,7 V. Witte LED's hebben de hoogste spanningsval, met een breed emissiespectrum van 3,0 ... 3,7 V.Het is gemakkelijk om te zien dat de spreiding van deze parameter breed genoeg is.

Hier zijn de spanningsval van slechts een paar soorten LED's, alleen op kleur. In feite zijn er veel meer van deze kleuren en de exacte waarde kan alleen worden gevonden in de technische documentatie voor een bepaalde LED. Maar vaak is dit niet vereist: om een ​​voor de praktijk acceptabel resultaat te krijgen, volstaat het natuurlijk om een ​​gemiddelde waarde (meestal 2V) in de formule te vervangen, als dit geen slinger van honderden LED's is.

Om de capaciteit van een bluscondensator te berekenen, wordt de empirische formule C = (4,45 * I) / (U-Uд) toegepast

waar C de capaciteit is van de condensator in microfarads, is I de stroom in milliampère, U is de amplitude-netwerkspanning in volt. Bij gebruik van een keten van drie in serie geschakelde witte LED's is Ud ongeveer 12V, U is de amplitude van de netspanning van 310V, een condensator met een capaciteit van 20mA is nodig om de stroom te beperken

C = (4.45 * I) / (U-Uд) = C = (4.45 * 20) / (310-12) = 0.29865 μF, bijna 0,3 μF.

De dichtstbijzijnde standaardwaarde van de condensator is 0,15 μF, daarom is het voor gebruik in dit circuit nodig om twee parallel aangesloten condensatoren te gebruiken. Hier moet een opmerking worden gemaakt: de formule is alleen geldig voor een wisselspanningsfrequentie van 50 Hz. Voor andere frequenties zijn de resultaten onjuist.

De condensator moet eerst worden gecontroleerd

Voordat u een condensator gebruikt, moet deze worden gecontroleerd. Om te beginnen, sluit u gewoon 220V aan, het is beter door een zekering 3 ... 5A en na 15 minuten controleren op aanraking, maar is er merkbare verwarming? Als de condensator koud is, kunt u deze gebruiken. Anders moet u een andere nemen en ook vooraf controleren. Toch is 220V niet langer 12, alles is hier enigszins anders!

Als deze test succesvol was, is de condensator niet opgewarmd, dan kunt u controleren of er een fout is opgetreden in de berekeningen, of de condensator dezelfde capaciteit heeft. Schakel hiervoor de condensator in zoals in het vorige geval in het netwerk, alleen via een ampèremeter. Natuurlijk moet de ampèremeter AC zijn.

Dit is een herinnering dat niet alle moderne digitale multimeters wisselstroom kunnen meten: eenvoudige, goedkope apparaten, bijvoorbeeld, erg populair bij radioamateurs DT838-seriezijn in staat alleen gelijkstroom te meten, wat een dergelijke ampèremeter zal laten zien bij het meten van wisselstroom weet niemand. Hoogstwaarschijnlijk zal het de prijs van brandhout zijn of de temperatuur op de maan, maar niet de wisselstroom door de condensator.

Als de gemeten stroom ongeveer hetzelfde zal zijn als die bleek in de berekening volgens de formule, dan kunt u de LED's veilig aansluiten. Als in plaats van de verwachte 20 ... 30 mA 2 ... 3A bleek, dan wordt hier een fout in de berekeningen of de markering van de condensator verkeerd gelezen.

Verlichte schakelaars

Hier kunt u zich concentreren op een andere manier om de LED in het gebruikte verlichtingsnetwerk in te schakelen in verlichte schakelaars. Als een dergelijke schakelaar wordt gedemonteerd, kunt u zien dat er geen beschermende diodes zijn. Dus, alles wat een beetje hoger is geschreven is onzin? Helemaal niet, je moet gewoon goed kijken naar de gedemonteerde schakelaar, meer bepaald de weerstandswaarde. In de regel is de nominale waarde niet minder dan 200K, misschien zelfs een beetje meer. Tegelijkertijd is het duidelijk dat de stroom door de LED beperkt blijft tot ongeveer 1 mA. Het schakelschema met achtergrondverlichting is weergegeven in figuur 4.

Afbeelding 4. LED-verbindingsdiagram in een schakelaar met achtergrondverlichting

Hier worden meerdere weerstanden gedood met één weerstand. Natuurlijk zal de stroom door de LED klein zijn, deze zal zwak gloeien, maar vrij helder om deze gloed te zien op een donkere nacht in de kamer. Maar in de middag is deze gloed helemaal niet nodig! Dus laat jezelf onmerkbaar schijnen.

In dit geval zal de tegenstroom zwak zijn, zo zwak dat de LED op geen enkele manier kan branden. Vandaar de besparingen op precies één beschermende diode, die hierboven werd beschreven. Met de uitgave van miljoenen, of misschien zelfs miljarden stroomonderbrekers per jaar, zijn de besparingen aanzienlijk.

Het lijkt erop dat na het lezen van de artikelen over LED's alle vragen over de toepassing ervan duidelijk en begrijpelijk zijn. Maar er zijn nog steeds veel subtiliteiten en nuances bij het opnemen van LED's in verschillende circuits. Bijvoorbeeld een parallelle en seriële verbinding of, op een andere manier, goede en slechte circuits.

Soms wil je een slinger van enkele tientallen LED's verzamelen, maar hoe bereken je deze? Hoeveel LED's kunnen in serie worden aangesloten als er een voedingseenheid is met een spanning van 12 of 24V? Deze en andere kwesties zullen worden besproken in het volgende artikel, dat we "Goede en slechte LED-schakelschema's" zullen noemen.

Boris Aladyshkin