Свързване на светодиод към 220V

Светодиодите като източници на светлина са широко разпространени. Но те са проектирани за ниски захранващи напрежения и често се налага да включите светодиод към домашна електрическа мрежа с напрежение 220 волта. С малко познания по електротехника и способност за извършване на прости изчисления това е възможно.

Начини за свързване

Стандартните условия за работа на повечето светодиоди са напрежение от 1,5-3,5 V и ток от 10-30 mA. Когато включите директно устройство към битовата електрическа мрежа, животът му ще бъде една десета от секундата. Всички проблеми, свързани със свързването на светодиодите в мрежата, които се увеличават в сравнение с нормалното работно напрежение, се свеждат до потушаване на излишното напрежение и ограничаване на тока, протичащ през светлоизлъчващия елемент. Тази задача се изпълнява от драйвери - електронни схеми, но те са доста сложни и се състоят от голям брой компоненти. Използването им е целесъобразно при захранване на LED матрица с много светодиоди. Има и по-прости начини за свързване на един елемент.

Свързване с резистор

Най-очевидният начин е да свържете резистор последователно със светодиода. Това ще доведе до намаляване на излишното напрежение и ограничаване на тока.

Схема на светодиод с баластен резистор.

Изчисляването на този резистор се извършва по следния начин:

1. Да предположим, че има светодиод с номинален ток 20 mA и пад на напрежение 3 V (действителните параметри трябва да се намерят в справочник). За работния ток е по-добре да се приеме 80% от номиналния - светодиодът ще живее по-дълго в осветени условия. Irab=0,8 Inom=16 mA.
2. При допълнителния резистор мрежовото напрежение ще спадне минус спада на напрежението върху светодиода. Urab=310-3=307V. Очевидно е, че почти цялото напрежение ще бъде в резистора.

Важно! Не използвайте работното напрежение на мрежата (220 V), а пиковото напрежение от 310 V.

1. Използвайте закона на Ом, за да определите стойността на добавения резистор: R=Urab/Irab. Тъй като токът е избран в милиампери, съпротивлението ще бъде в килоомове: R=307/16=19,1875. Най-близката стойност от стандартния обхват е 20kΩ.
2. За да се определи мощността на резистора по формулата P=UI, трябва да се умножи работният ток по пада на напрежение върху гасящия резистор. При номинална стойност 20kOhm средният ток ще бъде 220V/20kOhm=11mA (тук можете да вземете предвид ефективното напрежение!), а мощността ще бъде 220V*11mA=2420mW или 2,42W. Можете да изберете резистор с мощност 3 W от стандартната гама.

Важно! Това изчисление е опростено и не отчита пада на напрежение върху светодиода и съпротивлението му в отворено състояние, но за практически цели е достатъчно точно.

Резистор с мощност 3 W.

С този метод е възможно да се свърже верига от Светодиоди в серия. При изчисляване умножете пада на напрежение на един елемент по общия брой елементи.

Диодна връзка в серия с високо обратно напрежение (400 V или повече)

Описаният метод има съществен недостатък. Светодиодъткакто всяко устройство с p-n преход, пренася ток (и свети) в права полувълна на променливия ток. В обратната полувълна тя е заключена. Съпротивлението му е високо, много по-високо от това на баласта. А мрежовото напрежение с амплитуда 310 V, приложено към веригата, ще пада най-вече върху светодиода. А той не е проектиран да работи като изправител на високо напрежение и може да се повреди съвсем скоро. За борба с това явление често се препоръчва включването на допълнителен последователен диод, който да издържа на обратното напрежение.

Схема на превключване с допълнителен диод.

Всъщност при такова свързване приложеното обратно напрежение ще се раздели приблизително наполовина между диодите и светодиодът ще бъде малко по-лек с пад от около 150 V или малко по-малко, но съдбата му все още ще бъде плачевна.

Маневриране на светодиода с нормален диод

Тази схема на свързване е много по-ефективна:

Схема с допълнителен диод.

Тук светлоизлъчващият елемент се превключва успоредно на допълнителния диод. При отрицателната полувълна допълнителният диод ще се отвори и цялото напрежение ще се подаде към резистора. Ако направеното по-рано изчисление е било правилно, резисторът няма да прегрее.

Паралелно свързване на два светодиода

Когато разглеждате предишната схема, не можете да не си помислите - защо да използвате безполезен диод, когато можете да го замените със същия светлинен излъчвател? Това е правилно разсъждение. И логично, веригата се възражда като следващ вариант:

Схема с допълнителен светодиод.

Тук същият светодиод се използва като защитен елемент. Той предпазва първия елемент по време на обратната полувълна и излъчва в процеса. При дясната полувълна на синусоидата светодиодите разменят ролите си. Плюсът на схемата е, че тя използва пълноценно възможностите на захранващия блок. Вместо отделни елементи могат да се включват вериги от светодиоди в права и обратна посока. За изчислението може да се използва същият принцип, но падът на напрежение върху светодиодите се умножава по броя на светодиодите, монтирани в една посока.

Използване на кондензатор

Вместо резистор може да се използва кондензатор. Във верига за променлив ток той се държи донякъде като резистор. Съпротивлението му зависи от честотата, но в домашна верига този параметър е постоянен. Можете да използвате формулата X=1/(2*3,14*f*C), за да изчислите, където:

• X е реактивността на кондензатора;
• f - честота в херцове, в нашия случай тя е 50;
• C - капацитет на кондензатора във фаради, за преобразуване в μF използвайте коефициент 10^-6.

На практика се използва формулата:

C=4,45*Irab/(U-Ud), където:

• C - необходимият капацитет в μF;
• Irab - работният ток на светодиода;
• U-Ud - разликата между захранващото напрежение и спада на напрежението върху светлоизлъчващия елемент - е от практическо значение при използването на верига от светодиоди. Ако се използва един светодиод, може да се приеме U-стойност от 310 V с достатъчна точност.

Могат да се използват кондензатори с работно напрежение най-малко 400 V. В таблицата са дадени изчислителни стойности за типичните за такива вериги токове:

Получените стойности са доста далеч от стандартните серии на капацитета. Така за ток от 20 mA деривацията от 0,25 uF е 13%, а от 0,33 uF - 14%. Резисторът може да бъде избран много по-точно. Това е първият недостатък на схемата. Второто вече беше споменато - кондензаторите при 400 V и повече имат доста големи размери. Но това не е всичко. С използването на баластен кондензатор веригата се обогатява и с допълнителни елементи:

Превключваща верига с баластен кондензатор.

Съпротивлението R1 е зададено от съображения за безопасност. Ако веригата се захранва от 220 V и след това се изключи от мрежата, кондензаторът няма да се разреди - без този резистор няма да има верига на разрядния ток. Ако случайно докоснете клемите на кондензатора, лесно може да получите токов удар. Съпротивлението на този резистор може да бъде избрано като няколкостотин килограма, като в работно състояние той се шунтира от капацитета и не влияе на работата на веригата.

Резисторът R2 е необходим за ограничаване на пусковия ток на зареждане на кондензатора. Докато капацитетът не е зареден, той няма да служи като ограничител на тока и през това време светодиодът може да има време да се повреди. Тук трябва да изберете номинал от няколко десетки ома, той също няма да повлияе на работата на веригата, въпреки че може да бъде взет предвид при изчисленията.

Пример за вграждане на светодиод в ключ за осветление

Един често срещан пример за практическо използване на светодиод в електрическа верига 220 V е да показва изключеното състояние на домакински ключ и да улеснява намирането на местоположението му в тъмното. Светодиодът тук работи с ток около 1 mA - светенето ще бъде слабо, но забележимо в тъмното.

Верига за индикация на състоянието на превключвателя.

В този случай лампата служи като допълнителен ограничител на тока, когато превключвателят е отворен, и поема малка част от обратното напрежение. Но по-голямата част от обратното напрежение се подава на резистора, така че светодиодът тук е сравнително защитен.

видео: ЗАЩО НЕ инсталирате светещ превключвател

Инструкции за безопасност

Здравето и безопасността при работа в съществуваща инсталация се регулират от правилата за безопасност при експлоатация на електрически инсталации. Те не се отнасят за домашната работилница, но основните им принципи трябва да се вземат предвид при свързването на светодиод към електрическа мрежа 220 V. Основното правило за безопасност при работа по всяка електрическа инсталация е, че всички работи трябва да се извършват при изключено напрежение, за да се предотврати погрешно или непреднамерено, неразрешено включване. След изключване на прекъсвача, липсата на напрежение трябва да бъде проверка с тестер. Всичко останало - използването на диелектрични ръкавици, рогозки, поставянето на временно заземяване и т.н. - е трудно да се направи у дома, но трябва да се помни, че мерките за безопасност никога не са недостатъчни.