Připojení LED diody na 220 V
LED diody jako zdroje světla jsou velmi rozšířené. Jsou však určeny pro nízké napájecí napětí a často je nutné LED diody připojit k domácí síti 220 V. S trochou znalostí elektrotechniky a schopností provádět jednoduché výpočty je to možné.
Způsoby připojení
Standardní provozní podmínky pro většinu LED diod jsou napětí 1,5-3,5 V a proud 10-30 mA. Pokud zařízení připojíte přímo do elektrické sítě v domácnosti, jeho životnost bude desetina sekundy. Všechny problémy s připojením LED diod v síti zvýšené ve srovnání s normálním provozním napětím, jde o zhášení přebytečného napětí a omezení proudu protékajícího světelným prvkem. Tento úkol plní ovladače - elektronické obvody, které jsou však poměrně složité a skládají se z velkého množství součástek. Jejich použití má smysl při napájení matice LED s mnoha LED diodami. Existují jednodušší způsoby připojení jednoho prvku.
Připojení pomocí rezistoru
Nejzřejmějším způsobem je zapojení rezistoru do série s LED diodou. Tím se sníží přebytečné napětí a omezí proud.
Výpočet tohoto odporu se provádí takto:
- Předpokládejme, že se jedná o LED diodu se jmenovitým proudem 20 mA a úbytkem napětí 3 V (skutečné parametry je třeba vyhledat v referenční knize). Pro provozní proud je lepší předpokládat 80 % jmenovitého - LED bude žít déle v osvětlených podmínkách. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Na přídavném rezistoru klesne síťové napětí minus úbytek napětí na LED. Urab=310-3=307V. Je zřejmé, že téměř celé napětí bude v rezistoru.
Důležité! Nepoužívejte provozní napětí sítě (220 V), ale špičkové napětí 310 V.
- Pomocí Ohmova zákona určete hodnotu přidaného rezistoru: R=Urab/Irab. Protože proud je zvolen v miliampérech, odpor bude v kiloohmech: R=307/16= 19,1875. Nejbližší hodnota ze standardního rozsahu je 20 kΩ.
- Chcete-li zjistit výkon rezistoru pomocí vzorce P=UI, musíte vynásobit provozní proud úbytkem napětí na zhášecím rezistoru. Při jmenovitém odporu 20 kOhm bude průměrný proud 220V/20kOhm=11mA (zde můžete vzít v úvahu efektivní napětí!) a výkon bude 220V*11mA=2420mW nebo 2,42W. Můžete si vybrat 3W rezistor ze standardní nabídky.
Důležité! Tento výpočet je zjednodušený a nezohledňuje úbytek napětí na LED diodě a její odpor v otevřeném stavu, ale pro praktické účely je dostatečně přesný.
Touto metodou je možné propojit řetězec LED diody v sérii. Při výpočtu vynásobte úbytek napětí jednoho prvku celkovým počtem prvků.
Sériové zapojení diod s vysokým zpětným napětím (400 V nebo více)
Popsaná metoda má podstatnou nevýhodu. LED diodajako každé zařízení s p-n přechodem, přenáší proud (a svítí) v přímé půlvlně střídavého proudu. Na inverzní půlvlně je uzamčena. Jeho odpor je vysoký, mnohem vyšší než odpor zátěže. A síťové napětí o amplitudě 310 V přivedené na obvod bude dopadat převážně na LED diodu. A ten není určen pro práci jako vysokonapěťový usměrňovač a může poměrně brzy selhat. Proti tomuto jevu se často doporučuje zařadit do série další diodu, která odolává zpětnému napětí.
Ve skutečnosti se při takovém zapojení přiložené zpětné napětí rozdělí mezi diody zhruba na polovinu a LED bude o něco lehčí s úbytkem asi 150 V nebo o něco méně, ale její osud bude stále mizerný.
Blikání LED diody pomocí normální diody
Toto schéma připojení je mnohem efektivnější:
Zde je světlo emitující prvek spínán v opozici a paralelně k přídavné diodě. Při záporné půlvlně se přídavná dioda otevře a veškeré napětí se přivede na rezistor. Pokud byl dříve provedený výpočet správný, rezistor se nepřehřeje.
Paralelní zapojení dvou LED diod
Při zkoumání předchozího zapojení si nemůžete pomoci, ale napadne vás - proč používat zbytečnou diodu, když ji můžete nahradit stejným světelným emitorem? To je správná úvaha. A logicky se obvod znovu zrodí jako další varianta:
Jako ochranný prvek je zde použita stejná LED dioda. Chrání první prvek během zpětné půlvlny a vyzařuje přitom. Při pravé půlvlně sinusovky si LED diody vymění role. Pozitivní stránkou obvodu je, že plně využívá možností napájecího zdroje. Místo jednotlivých prvků lze zapínat řetězce LED diod v přímém a zpětném směru. Pro výpočet lze použít stejný princip, ale úbytek napětí na LED diodách se vynásobí počtem LED diod instalovaných v jednom směru.
Použití kondenzátoru
Místo rezistoru lze použít kondenzátor. Ve střídavém obvodu se chová podobně jako rezistor. Jeho odpor závisí na frekvenci, ale v domácím obvodu je tento parametr konstantní. K výpočtu lze použít vzorec X=1/(2*3,14*f*C), kde:
- X je reaktance kondenzátoru;
- f - frekvence v hertzech, v našem případě je to 50;
- C - kapacita kondenzátoru ve faradech, pro přepočet na μF použijte faktor 10-6.
V praxi se používá vzorec:
C=4,45*Irab/(U-Ud), kde:
- C - požadovaná kapacita v μF;
- Irab - provozní proud LED;
- U-Ud - rozdíl mezi napájecím napětím a úbytkem napětí na světelném prvku - má praktický význam při použití řetězce LED diod. Při použití jedné LED lze s dostatečnou přesností předpokládat hodnotu U 310 V.
Lze použít kondenzátory s provozním napětím nejméně 400 V. Výpočtové hodnoty proudů, které jsou pro takové obvody typické, jsou uvedeny v tabulce:
| Provozní proud, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Kapacita předřadného kondenzátoru, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Získané hodnoty jsou poměrně daleko od standardní řady kapacit. Pro proud 20 mA je tedy derivace z 0,25 uF 13 % a z 0,33 uF 14 %. Odpor lze zvolit mnohem přesněji. To je první nevýhoda obvodu. Druhá věc již byla zmíněna - kondenzátory při napětí 400 V a vyšším mají poměrně velké rozměry. To ale není všechno. Použitím předřadného kondenzátoru je obvod obohacen také o další prvky:
Odpor R1 je nastaven z bezpečnostních důvodů. Pokud je obvod napájen ze sítě 220 V a poté je odpojen od sítě, kondenzátor se nevybije - bez tohoto odporu neexistuje vybíjecí proudový obvod. Při náhodném dotyku svorek kondenzátoru může snadno dojít k úrazu elektrickým proudem. Odpor tohoto rezistoru může být zvolen několik set kiloohmů, v provozním stavu je stíněn kapacitou a neovlivňuje činnost obvodu.
Rezistor R2 je nutný k omezení náběhu nabíjecího proudu kondenzátoru. Dokud není kondenzátor nabitý, neslouží jako omezovač proudu a během této doby může LED dioda selhat. Zde byste měli zvolit hodnotu několika desítek ohmů, ani ta nebude mít na výkon obvodu žádný vliv, i když ji lze při výpočtu zohlednit.
Příklad zabudování LED diody do vypínače světla
Jedním z běžných příkladů praktického využití LED diody v obvodu 220 V je indikace vypnutého stavu domácího vypínače a usnadnění nalezení jeho polohy ve tmě. LED dioda zde pracuje s proudem přibližně 1 mA - svítí slabě, ale ve tmě je patrná.
Zde lampa slouží jako dodatečný omezovač proudu, když je spínač rozepnutý, a odebírá malou část zpětného napětí. Většina zpětného napětí je však přivedena na rezistor, takže LED je zde relativně chráněna.
video: PROČ NEINSTALOVAT osvětlený spínač
Bezpečnostní pokyny
Bezpečnost a ochrana zdraví při práci ve stávajícím zařízení se řídí bezpečnostními předpisy pro provoz elektrických zařízení. Nevztahují se na domácí dílnu, ale jejich základní principy je třeba brát v úvahu při připojování LED diod k elektrické síti 220 V. Hlavním bezpečnostním pravidlem při práci na jakékoli elektrické instalaci je, že veškeré práce musí být prováděny s odpojeným napětím, aby se zabránilo chybnému nebo neúmyslnému, neoprávněnému zapnutí. Po odpojení jističe musí být nepřítomnost napětí ... zkontrolujte pomocí testeru. Vše ostatní - použití dielektrických rukavic, rohoží, použití dočasného uzemnění atd. lze doma provést jen obtížně, ale je třeba mít na paměti, že bezpečnostní opatření nejsou nikdy nedostatečná.