Nagyon gyakran adódik olyan helyzet, amikor egy LED-et kell csatlakoztatni 220 V-hoz. Ehhez speciális áramkörök vannak, amelyek lehetővé teszik a kapcsolóban vagy a háztartási készülékek jelzőjén történő háttérvilágítást. A számítások során a hálózati feszültséget általában az amplitúdóérték alapján veszik, és a LED-en áthaladó áramnak 30% -kal alacsonyabbnak kell lennie, mint a névleges.
LED teljesítmény számítás
Ha állandó feszültséget használnak a LED táplálására, az áramkört sorba kötik vele. Az ellenállás kiszámításához egy speciális képletet használnak:
Ahol az Upit a tápfeszültség, az Usd az egyes LED-ek feszültségesésének összegéből áll, az Inom.sd pedig az ellenállás névleges árama. Így a képlet lehetővé teszi az ellenállás megfelelő pontosságú meghatározását.
A váltakozó hálózati feszültségről tápláló diódák saját jellemzőkkel rendelkeznek. Itt vannak nagyfeszültségű impulzusok, amelyeket fordított polaritással adnak a LED-re. Ekkor a LED pn átmenete zárva van, és az aktuális érték nulla. A teljes hálózati feszültség a LED chipre kerül, míg a megengedett fordított feszültsége csak 30-60 V. Így a váltakozó áramú vezetékeknek korlátozniuk kell az előremenő áramot és az alkalmazott fordított feszültséget.
Lehetőségek LED-ek hálózathoz csatlakoztatására
Az első, legelterjedtebb lehetőségnél egy LED-et, egy diódát és egy ellenállást használnak a csatlakoztatáshoz. A LED kis teljesítményű, fordított feszültsége meghaladja a 350 V. Az ellenállás ellenállását a fenti képlet alapján számítjuk ki. A hő csökkentésére az ellenállás értéke növelhető, bár ez a fény fényerejének némi csökkenését eredményezi. Több LED sorba van kötve, figyelve a polaritást.
Létezik egy második lehetőség is, hogyan lehet LED-et 220 V-ra csatlakoztatni.Az áramkörben jelenlévő elemek hőfejlődésének csökkentésére ellenállás helyett használhatjuk, ami egy reaktancia.
Ezenkívül az ellenállás lehet összetett is, ha ellenállást és kondenzátort használnak. Ez a pár áramkorlátozó kombinált ellenállásként működik. A LED fényesebbé tétele érdekében a kondenzátor kapacitását növeljük. Az áramkörben lévő LED-ek száma növelhető, miközben az áramköri elemek paraméterei nem változnak.
A LED 220 V-os váltóáramú hálózathoz való csatlakoztatásához az áramkör speciális tápegységeket használ, amelyeket LED-meghajtóknak neveznek. Fő műszaki paraméterei az áramerősség és a teljesítmény. A meghajtón keresztüli helyes csatlakoztatáshoz fix vagy állítható kimeneti áram használható. Ha jégvilágítást tervez, akkor sokkal kényelmesebb lesz egy szabályozóval. Jellemzően a jégforgácsok sorba vannak kötve a meghajtóhoz, ami lehetővé teszi, hogy az áramkör minden egyes komponensén keresztül közel azonos áramot kapjon. Az ilyen lánc fő hátránya a teljes áramkör meghibásodása, ha legalább egy LED kiég. A meghajtó kialakítása eltérő lehet, az egyszerű kioltókondenzátoron alapuló kiviteltől a fejlettig, közel nulla hullámossági együtthatóig.
A LED-ek 220 V-os hálózathoz történő csatlakoztatására szolgáló legtöbb figyelembe vett sémának a működési elve megközelítőleg azonos. Korlátozzák az áramerősséget és levágják a váltakozó feszültség fordított hullámát. Mivel a legtöbb LED fél a magas fordított feszültségtől, blokkoló diódát használnak az áramkörökben. Ez utóbbi IN4004 - 300 volt feletti feszültségre tervezték. Ha sok fénykibocsátó alkatrészt kell 220 V-ra csatlakoztatnia, akkor azokat sorba kell kötni.
Az alábbiakban tárgyalt rádióamatőr kialakítások felhasználhatók házi készítésű színes és zenei eszközök, különféle jelszint-jelzők, világítás zökkenőmentes ki- és bekapcsolása stb.
Az ilyen beépítésre példa egy tipikus LED-szalag, amelynek feszültsége 220 volt. 60 sorba kapcsolt fénykibocsátó félvezető LED-je van, melyeket egyenirányító táplál (tipikus). Ennek a 220 V-os csatlakozási sémának a hátránya az erős fénypulzálás.
Ezen a diagramon a LED 220 V-hoz történő csatlakoztatására a felesleges feszültséget egy kondenzátorral levágják, amelyet a LED-áram referenciaparaméterei alapján választanak ki. Az ellenállás teljesítménye 0,25 W-tól vagy nagyobb. A kondenzátornak legalább 300 V-nak kell lennie. A zener dióda értékét kicsit magasabbra kell venni, mint a LED tápfeszültségét, például 5 volton, a KS156A hazai zener dióda tökéletes.
Az áramkör a következőképpen működik: a 220 V-os tápfeszültség bekapcsolásakor a C1 kondenzátor töltődni kezd, míg az egyik félhullámról közvetlenül, a másikról pedig egy zener-diódán keresztül töltődik. A kondenzátoron lévő feszültség növekedésével a zener-dióda növeli a belső ellenállását, ezáltal korlátozza a kondenzátor töltési feszültségét. Ezt az áramkört nagy üzemi árammal - 20 mA vagy annál nagyobb - LED-ek táplálására használják.
Az ilyen tervezés tipikus példája a . A LED-elemekkel ellátott lemezt a hűtőbordára kell felszerelni, és a közelébe kell elhelyezni egy stabilizátort. Ha a meghajtó rossz minőségű, a lámpa körülbelül 100 Hertz frekvenciával villog. Az ilyen hosszan tartó pulzálás helyrehozhatatlan károkat okozhat az emberek vagy a háziállatok egészségében.
A 220 V-os áramkörhöz csatlakoztatott LED-ek esetében a lámpák létrehozásakor mindig meg kell próbálni csökkenteni a hullámosság szintjét, mivel negatív hatással vannak az emberi vizuális rendszerre. Minden a frekvenciától függ: minél alacsonyabb, annál észrevehetőbb a pulzálás a szem számára. 300 Hz feletti frekvencián a pulzálás teljesen láthatatlan, ezért biztonságos a szem számára.
De a 60-80 Hz-es, sőt 100-150 Hz-es frekvenciájú pulzációkat gyakorlatilag nem érzékelik vizuálisan, de fokozott szemfáradtságot okoznak, és hosszan tartó expozíció esetén a látást is ronthatják.
Az alábbiakban diagramokat tekintünk meg arról, hogyan lehet bekapcsolni egy LED-et 220 voltos hálózatban a hullámosság csökkentése érdekében. Ennek legegyszerűbb módja egy simító kondenzátor párhuzamos csatlakoztatása a fénykibocsátó komponenssel.
táblázat - A LED-eken áthaladó áram függősége az előtétkondenzátor kapacitásától.
Amint áramellátást kap a villogó LED-áramkör, a C2 kondenzátor töltődni kezd az ellenálláson és a D1 diódán keresztül. A kondenzátorból érkező állandó feszültség időnként kinyílik, aminek következtében a LED rövid időre kigyullad. Ez utóbbiak villanási frekvenciáját a kondenzátor kapacitása, a villanások fényerejét pedig az ellenállás ellenállása határozza meg.
Az R1 ellenállást úgy tervezték, hogy csillapítsa a fellépő áramlökések amplitúdóját: az izzás fényerejének kiválasztásakor az SA1 váltókapcsolóval, a 220 V-os váltakozó feszültségű hálózathoz való csatlakozás pillanatában és a kondenzátorok töltése közben. A C4 kondenzátor a váltakozó feszültség kiegyenlítése után csökkenti a feszültség hullámzását, így csökkenti a LED-ek károsodásának kockázatát, ha 220 V-os hálózatról táplálják.
A LED-ekkel való munka során az egyik fontos kérdés a váltakozó áramú és nagyfeszültségű hálózathoz való csatlakozás. Köztudott, hogy a LED nem táplálható közvetlenül 220 V-os hálózatról. Hogyan szereljük össze megfelelően az áramkört és biztosítsuk az áramellátást a probléma megoldásához?
Elektromos tulajdonságok
A fenti kérdés megválaszolásához meg kell vizsgálni a LED elektromos tulajdonságait.
Áram-feszültség karakterisztikája meredek vonal. Ez azt jelenti, hogy amikor a feszültség még nagyon kis mértékben is megnő, az áramerősség a kibocsátó félvezetőn keresztül erősen megnövekszik. Az áramerősség növekedése a LED felmelegedéséhez vezet, aminek következtében egyszerűen kiéghet. Ezt a problémát egy korlátozó ellenállás beépítésével oldják meg az áramkörbe.
A LED visszacsatolási feszültsége alacsony (kb. 20 volt), ezért nem csatlakoztatható 220 voltos váltóáramú hálózathoz. Az ellentétes irányú áram áramlásának megakadályozása érdekében be kell építeni egy diódát az áramkörbe, vagy be kell kapcsolni egy másodikat az első LED-del szemben. A csatlakozásnak párhuzamosnak kell lennie.
Tehát tudjuk, hogy a LED-ek 220 voltos hálózathoz csatlakoztatására szolgáló bármely áramkörnek tartalmaznia kell egy ellenállást és egy egyenirányítót, különben lehetetlen lesz az áramellátás.
Miért van szükség egy ilyen rendszerre? Mindenekelőtt a hálózati jelző kialakításához. A LED-es lámpa kiváló indikátor lehet annak meghatározására, hogy egy elektromos készülék csatlakoztatva van-e vagy sem. Hozzáadják a kapcsolók és aljzatok áramköréhez, hogy könnyen megtalálják őket a sötétben.
Egy ilyen jelzőfény már néhány voltos feszültségnél világítani kezd. Ugyanakkor minimális mennyiségű áramot fogyaszt az alacsony (több mérföld amperes) áram miatt.
Melyik ellenállást használjam?
Az optimális ellenállás-ellenállás kiválasztásához Ohm törvényét kell alkalmazni.
R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.
Tegyük fel, hogy vettünk egy piros LED-et az indikátorhoz, amelynek névleges áramértéke 18 mA és előremenő feszültsége 2,0 Volt.
(311-2)/0,018=17167 Ohm=17 kOhm
Magyarázzuk el, honnan származik a 311. Ez a szinuszhullám csúcsa, amely mentén változik a feszültség a hálózatunkban. Anélkül, hogy minden számítással belemennénk a matematika területére, egyszerűen azt mondhatjuk, hogy a csúcsfeszültség 220 * √2.
Néha vannak olyan áramkörök, amelyekben nincs egyenirányító dióda. Ebben az esetben az ellenállást többször meg kell növelni, hogy csökkentsük az áramerősséget és megóvjuk a jelzőfényt a kiégéstől.
Áramjelző elemi áramköre
Mire van szükség a legegyszerűbb, 220 voltos hálózatról táplált indikátor elkészítéséhez? Íme a lista:
- egy szokásos jelző LED bármilyen színű, amit szeret;
- ellenállás 100-200 kOhm (minél nagyobb az ellenállás, annál kevésbé fényesen világít az izzó);
- 100 V vagy annál nagyobb fordított feszültségű dióda;
- kis teljesítményű forrasztópáka, hogy ne melegítse túl a LED-et.
Mivel az alkatrészek száma minimális, a táblát nem használják a telepítés során. A jelző párhuzamosan csatlakozik az elektromos készülékhez.
Azok számára, akik nem szeretnének diódát keresve rohangálni, a gyártók egy kész kétszínű indikátorral rukkoltak elő, két különböző színű, egy házba épített LED formájában. Általában ezek a színek piros és zöld. Ebben az esetben az áramköri részek száma tovább csökken.
Vannak más csatlakozási sémák, amelyekben az ellenállást kondenzátorra cserélik, vagy diódahidakat, tranzisztorokat stb. használnak. De függetlenül attól, hogy milyen tervezési jellemzőket vezetnek be, a fő feladat az áram egyenirányítása és biztonságos értékre csökkentése.
A fényjelzés az elektronika szerves része, melynek segítségével az ember könnyen megértheti a készülék aktuális állapotát. A háztartási elektronikai eszközökben a jelzés szerepét a szekunder áramkörbe, a transzformátor vagy stabilizátor kimenetén elhelyezett LED látja el. A mindennapi életben azonban sok egyszerű, átalakítóval nem rendelkező elektronikai kivitel is létezik, amiben hasznos kiegészítés lenne egy indikátor. Például egy fali kapcsolókulcsba épített LED kiváló referencia lehet az éjszakai kapcsoló helyére. Az aljzatokkal ellátott hosszabbító testében lévő LED pedig jelzi, hogy 220 V-os tápegységre van csatlakoztatva.
Az alábbiakban néhány egyszerű diagramot mutatunk be, amelyekkel még egy minimális elektrotechnikai ismeretekkel rendelkező személy is csatlakoztathat LED-et a váltakozó áramú hálózathoz.
Csatlakozási rajzok
A LED egy olyan félvezető dióda, amelynek tápfeszültsége és árama sokkal alacsonyabb, mint egy háztartási elektromos hálózatban. Ha közvetlenül 220 voltos hálózatra csatlakozik, azonnal meghibásodik. Ezért a fénykibocsátó diódát csak áramkorlátozó elemen keresztül szabad csatlakoztatni. A legolcsóbb és legkönnyebben összeszerelhető áramkörök ellenállás vagy kondenzátor formájában lefelé tartó elemmel.
Egy fontos pont, amelyre figyelni kell, amikor LED-et AC hálózathoz csatlakoztat, a fordított feszültségkorlátozás. Ezt a feladatot bármely szilícium-diódával könnyen meg lehet valósítani, amely nem kisebb, mint az áramkörben folyó áram. A dióda sorba van kötve az ellenállás után, vagy fordított polaritással párhuzamosan a LED-del.
Úgy vélik, hogy a fordított feszültség korlátozása nélkül is megtehető, mivel az elektromos meghibásodás nem károsítja a fénykibocsátó diódát. A fordított áram azonban a pn átmenet túlmelegedését okozhatja, ami termikus tönkremenetelhez és a LED kristály tönkremeneteléhez vezethet.
Szilíciumdióda helyett használhat egy második, hasonló előremenő áramú fénykibocsátó diódát, amely fordított polaritással párhuzamosan van bekötve az első LED-del.
Az áramkorlátozó ellenállás áramkörök hátránya, hogy nagy teljesítményveszteséget igényelnek. Ez a probléma különösen akkor válik aktuálissá, ha nagy áramfelvételű terhelést csatlakoztat. Ezt a problémát úgy oldják meg, hogy az ellenállást nem poláris kondenzátorra cserélik, amelyet az ilyen áramkörökben előtétnek vagy kioltásnak neveznek.
A váltakozó áramú hálózatra csatlakoztatott nem poláris kondenzátor ellenállásként viselkedik, de nem oszlatja el hő formájában az elfogyasztott energiát.
Ezekben az áramkörökben az áramellátás kikapcsolásakor a kondenzátor lemerül, ami áramütés veszélyét okozza. Ez a probléma könnyen megoldható, ha legalább 240 kOhm ellenállású 0,5 wattos sönt ellenállást csatlakoztat a kondenzátorhoz. 
Ellenállás számítása LED-hez
Az összes fenti áramkorlátozó ellenállású áramkörben az ellenállás kiszámítása Ohm törvénye szerint történik: R = U/I, ahol U a tápfeszültség, I a LED üzemi árama. Az ellenállás által disszipált teljesítmény P = U * I. Ezt az adatot a segítségével lehet kiszámítani.
Fontos. Ha az áramkört alacsony konvekciós csomagban kívánja használni, javasoljuk, hogy az ellenállás maximális teljesítménydisszipációját 30%-kal növelje.
Kioltókondenzátor számítása LED-hez
Az oltókondenzátor kapacitásának kiszámítása (μF-ben) a következő képlettel történik: C = 3200*I/U, ahol I a terhelési áram, U a tápfeszültség. Ez a képlet leegyszerűsített, de pontossága elegendő 1-5 gyengeáramú LED sorba kapcsolásához.
Fontos. Az áramkör feszültséglökések és impulzuszaj elleni védelme érdekében legalább 400 V üzemi feszültségű oltókondenzátort kell választani.
Jobb, ha K73–17 típusú kerámia kondenzátort használ, amelynek üzemi feszültsége meghaladja a 400 V-ot vagy annak importált megfelelőjét. Elektrolit (poláris) kondenzátort nem szabad használni.
Ezt tudnod kell
A legfontosabb dolog az, hogy emlékezzen a biztonsági óvintézkedésekre. A bemutatott áramkörök 220 V AC tápfeszültséggel működnek, ezért az összeszerelés során különös figyelmet igényelnek.
A LED hálózathoz történő csatlakoztatását szigorúan a kapcsolási rajznak megfelelően kell végrehajtani. A diagramtól való eltérés vagy hanyagság rövidzárlathoz vagy az egyes alkatrészek meghibásodásához vezethet.
Óvatosan szerelje össze a transzformátor nélküli tápegységeket, és ne feledje, hogy nincs galvanikus leválasztásuk a hálózatról. A kész áramkört megbízhatóan el kell szigetelni a szomszédos fémrészektől, és védeni kell a véletlen érintkezéstől. Csak kikapcsolt tápellátás mellett szerelhető szét.
Egy kis kísérlet
Az unalmas diagramok egy kicsit könnyebbé tétele érdekében azt javasoljuk, hogy ismerkedjen meg egy kis kísérlettel, amely mind a kezdő rádióamatőrök, mind a tapasztalt szakemberek számára érdekes lesz.
Olvassa el is
A LED-ek táplálásához állandó áramforrásra van szükség. Ezenkívül ezt az áramot stabilizálni kell. A háztartási feszültség 220 V, ami lényegesen több, mint amennyi a hagyományos LED-ek táplálásához szükséges. Ráadásul ez a feszültség változó. Hogyan lehet kombinálni az inkompatibilist és csatlakoztatni a LED-et 220 V-os hálózathoz? Semmi sem lehetetlen, de először próbáljuk meg kitalálni, miért is lehet szükség erre a kapcsolatra.
Először is beszélhetünk erős fényforrások csatlakoztatásáról. Ebben az esetben nagyon egyszerű módszerek nem használhatók, speciális meghajtókra vagy hasonló eszközökre lesz szükség, amelyek képesek stabilizált nagy teljesítményű áramot szolgáltatni. Hagyjuk ezt a lehetőséget a végére.
Gyakran szükség van arra is, hogy egy kis teljesítményű jelző LED-et 220 V-ra csatlakoztassunk - ez valójában azt jelzi, hogy jelenleg feszültség van. Vagy lehet, hogy alacsony fogyasztású vészvilágításra van szüksége, amiért nem akar bonyolult elektronikával vacakolni. Ezekben az esetekben, ha a szükséges LED-áramok nem haladják meg a 20-25mA-t, akkor minimális számú kiegészítővel meg lehet boldogulni. Nézzük meg közelebbről ezeket az összefüggéseket.
Az áram korlátozásának legegyszerűbb módja az ellenállás használata. Ez az opció 220 V feszültségű váltakozó áramú hálózathoz is alkalmas. Csak egy fontos árnyalatot kell figyelembe vennie: a 220V a VALÓS feszültség. Valójában a háztartási hálózat feszültsége szélesebb tartományban változik - -310 V és +310 V között. Ez az úgynevezett AMPLITUDE feszültség. Olvasson többet arról, hogy miért van ez így a Wikipédián. Számunkra fontos, hogy az áramkorlátozó ellenállás értékeinek kiszámításához nem az effektív értéket, hanem a váltakozó áramú hálózat amplitúdóértékét kell használni, pl. 310V.
Az ellenállás ellenállását a szokásos Ohm-törvény szerint számítják ki:
R = (U a - U L) / I, ahol U a az amplitúdó feszültség értéke (310V), U L a feszültségesés a LED-eken, I a szükséges áram.
Az áramkorlátozó ellenállásnak nagyon erősnek kell lennie, mert nagy mennyiségű hőt oszlat el, ami az üzemi áramtól és az ellenállás ellenállásától függ:
P = I 2 * R
Az ellenállás felmelegszik, és ha kiderül, hogy nem arra tervezték, hogy elvezesse a rajta keletkező hőmennyiséget, akkor elég hatékonyan kiég. Ezért soha nem szabad megfeledkezni az ellenállás megengedett teljesítményéről, és a valódi használathoz tartalékkal válassza ki. Ha nem szeretné saját ellenállásszámításait elvégezni, használhatja a LED kalkulátort.
Egyszerű áramkörök LED 220 V-os hálózathoz csatlakoztatásához áramkorlátozó ellenállással
A LED-ek csak kis fordított feszültséget (5-6 V-ig) képesek ellenállni, és védelemre van szükségük a váltakozó áramról történő működéshez. A legegyszerűbb esetben egy dióda használható erre, amely sorba van kötve a LED-del. A diódával szemben támasztott követelmények - legalább 310 V-os fordított feszültségre és a szükséges előremenő áramra kell tervezni. Például egy 1N4007 dióda megfelelő - fordított feszültség 1000 V, előremenő áram 1A.
A második lehetőség az, hogy a diódát párhuzamosan csatlakoztatja a LED-del, de ellenkező irányba. Ebben az esetben bármilyen kis teljesítményű dióda, például KD521 vagy hasonló, megfelel. Ezenkívül a dióda helyett egy második LED-et is csatlakoztathat (amint a jobb oldali diagramon látható). Ebben az esetben megvédik egymást, és egyszerre világítanak.
A váltakozó hálózatban az áram korlátozására úgynevezett előtétkondenzátort is használhat. Ez egy nem poláris kerámia kondenzátor, amely sorba van kötve. Megengedett feszültségének legalább másfélszer nagyobbnak kell lennie, mint a hálózati feszültség - legalább 400 V. Az áramkorlátozás a kondenzátor kapacitásától függ, amely a következő tapasztalati képlettel számítható ki:
C = (4,45 * I) / (U a - U L), ahol I a szükséges áram milliamperben. A kapacitás értéke mikrofaradban lesz megadva.
Előtétkondenzátor használata LED csatlakoztatásához 220 V-os hálózathoz
A fenti áramkörben az R1 ellenállás szükséges a kondenzátor kisütéséhez a tápfeszültség kikapcsolása után. Használata nélkül a C1 kondenzátor megőrzi töltését, és nagyon fájdalmas ütést ad, ha megérinti a kimenetével. Az R2 ellenállás a C1 kondenzátor kezdeti töltőáramának korlátozására szolgál. Használata nagyon kívánatos, mert meghosszabbítja a többi alkatrész élettartamát, ráadásul ha a kondenzátor meghibásodik, akkor biztosítékként fog szolgálni és először kiég, megvédve az áramkör többi részét.
A fennmaradó részek - a D1 LED és a D2 védődióda - már ismerősek számunkra a korábbi áramkörökből.
Miért nem használunk állandóan kondenzátorokat az áramkorlátozó ellenállás helyett? Az a tény, hogy a nagyfeszültségű kondenzátorok meglehetősen nagy méretűek, és még használatuk során is szükség van ellenállásokra - a kész áramkör végül több helyet foglal el. Előnyük, hogy gyakorlatilag nem melegednek fel.
A LED-ek 220 V-os hálózatra történő csatlakoztatására vonatkozó megadott diagramokat gyakran használják a gyakorlatban. A visszajelző LED-ek a háttérvilágítású kapcsolókban találhatók.
Egy hagyományos háttérvilágítású kapcsoló diagramja
Mint látható, itt még védődióda sincs! Az a tény, hogy az ellenállás ellenállása nagyon magas, a kapott áram nagyon kicsi - körülbelül 1 mA. A LED egyáltalán nem világít erősen, de ez a fény elég egy kapcsoló megvilágításához egy sötét szobában.
Az előtétkondenzátor áramköröket egyszerű LED-lámpákban használják.
LED lámpa áramkör 5W-ig
Itt az áramot egy diódahíd egyenirányítja. Az R2 és R3 ellenállások a híd és a LED-ek védelmét szolgálják. A fény villogásának csökkentésére C2 kondenzátort használnak.
