LED csatlakoztatása 220V-ra
A LED-ek mint fényforrások széles körben elterjedtek. Ezeket azonban alacsony tápfeszültségre tervezték, és gyakran szükséges a LED-et 220 voltos háztartási hálózatra csatlakoztatni. Egy kis elektrotechnikai ismerettel és egyszerű számítások elvégzésének képességével ez lehetséges.
A kapcsolatteremtés módjai
A legtöbb LED standard működési feltételei 1,5-3,5 V feszültség és 10-30 mA áram. Ha egy készüléket közvetlenül a háztartási elektromos hálózatra csatlakoztatunk, az élettartama egy tizedmásodperc. Minden probléma a LED-ek csatlakoztatása a hálózatban megnövekedett a normál üzemi feszültséghez képest, ez arra a tényre vezethető vissza, hogy a többletfeszültség és korlátozza a fénykibocsátó elemen átfolyó áramot. Ezt a feladatot a meghajtók - elektronikus áramkörök - végzik, de ezek meglehetősen összetettek és nagyszámú alkatrészből állnak. Használatuknak akkor van értelme, ha sok LED-et tartalmazó LED-mátrixot táplálnak. Egyetlen elem összekapcsolására egyszerűbb módszerek is léteznek.
Ellenállással történő csatlakoztatás
A legkézenfekvőbb megoldás egy ellenállás sorba kapcsolása a LED-del. Ez csökkenti a túlfeszültséget és korlátozza az áramot.
Ennek az ellenállásnak a kiszámítása a következőképpen történik:
- Tegyük fel, hogy van egy 20 mA névleges áramerősségű és 3 V feszültséges LED (a tényleges paramétereket egy szakkönyvben kell megnézni). Az üzemi áram esetében jobb, ha a névleges 80%-át vesszük alapul - a LED hosszabb ideig él nyugodt körülmények között. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- A kiegészítő ellenálláson a hálózati feszültség mínusz a LED-en mért feszültségesés csökken. Urab=310-3=307V. Nyilvánvaló, hogy szinte az összes feszültség az ellenállásban lesz.
Fontos! Ne a hálózati üzemi feszültséget (220V), hanem a 310V-os csúcsfeszültséget használja.
- Használja Ohm törvényét a hozzáadott ellenállás értékének meghatározásához: R=Urab/Irab. Mivel az áram milliamperben van megadva, az ellenállás kiloohmban lesz megadva: R=307/16= 19,1875. A szabványos tartományból a legközelebbi érték 20kΩ.
- Az ellenállás teljesítményének a P=UI képlet segítségével történő meghatározásához az üzemi áramot meg kell szorozni az oltóellenálláson mért feszültségeséssel. 20kOhm névleges értékkel az átlagos áram 220V/20kOhm=11mA (itt figyelembe veheti a effektív feszültséget!), a teljesítmény pedig 220V*11mA=2420mW vagy 2,42W. A szabványos választékból választhat 3 W-os ellenállást.
Fontos! Ez a számítás egyszerűsített, és nem veszi figyelembe a LED-en áteső feszültségesést és a LED ellenállását nyitott állapotban, de gyakorlati célokra elég pontos.
Ezzel a módszerrel lehetséges egy láncot összekapcsolni a LED-ek sorba kapcsolva. A számítás során szorozza meg egy elem feszültségesését az elemek teljes számával.
Diódacsatlakozás soros kapcsolás nagy fordított feszültséggel (400 V vagy több)
A leírt módszernek van egy jelentős hátránya. A LEDmint minden p-n átmenetű eszköz, a váltakozó áram előremenő félhullámában vezet áramot (és világít). Az inverz félhullámnál zárva van. Ellenállása magas, sokkal nagyobb, mint a ballaszt ellenállása. És az áramkörre alkalmazott 310V amplitúdójú hálózati feszültség többnyire a LED-re esik. Ezt pedig nem arra tervezték, hogy nagyfeszültségű egyenirányítóként működjön, és elég hamar meghibásodhat. E jelenség leküzdésére gyakran ajánlott egy további diódát sorba kapcsolni, hogy ellenálljon a fordított feszültségnek.
Valójában egy ilyen kapcsolás esetén az alkalmazott fordított feszültség nagyjából fele-fele arányban oszlik meg a diódák között, és a LED valamivel könnyebb lesz, kb. 150V-os vagy valamivel kisebb eséssel, de a sorsa még mindig szerencsétlen lesz.
A LED normál diódával történő söntése
Ez a kapcsolási séma sokkal hatékonyabb:
Itt a fénykibocsátó elemet a kiegészítő diódával szemben és párhuzamosan kapcsolják. A negatív félhullámmal a kiegészítő dióda kinyílik, és minden feszültség az ellenálláson lesz. Ha a korábban elvégzett számítás helyes volt, az ellenállás nem fog túlmelegedni.
Két LED párhuzamos csatlakoztatása
Az előző áramkört vizsgálva nem tudunk nem gondolkodni - miért használjunk egy haszontalan diódát, amikor ugyanolyan fény-emitterrel helyettesíthetjük? Ez helyes érvelés. És logikusan az áramkör újjászületik a következő változatban:
Itt ugyanezt a LED-et használják védőelemként. A fordított félhullám során védi az első elemet, és közben emittál. A szinuszhullám jobb oldali félhullámánál a LED-ek szerepet cserélnek. Az áramkör előnye, hogy teljes mértékben kihasználja a tápegység képességeit. Az egyes elemek helyett LED-láncok kapcsolhatók be előre és hátrafelé. Ugyanez az elv használható a számításhoz, de a LED-eken keresztüli feszültségesést meg kell szorozni az egy irányba telepített LED-ek számával.
Kondenzátor használata
Az ellenállás helyett kondenzátor is használható. Egy váltakozó áramkörben úgy viselkedik, mint egy ellenállás. Ellenállása a frekvenciától függ, de egy háztartási áramkörben ez a paraméter állandó. Az X=1/(2*3,14*f*C) képlettel kiszámítható, ahol:
- X a kondenzátor reaktanciája;
- f - frekvencia Hertz-ben, esetünkben 50;
- C - a kondenzátor kapacitása farádban, a μF-ben történő átváltáshoz használjuk a 10-es tényezőt.-6.
A gyakorlatban a képletet használják:
C=4,45*Irab/(U-Ud), ahol:
- C - a szükséges kapacitás μF-ben;
- Irab - a LED működési árama;
- Az U-Ud - a tápfeszültség és a fénykibocsátó elemen mért feszültségesés közötti különbség - gyakorlati jelentőséggel bír LED-láncok használata esetén. Egyetlen LED használata esetén 310 V U-értéket lehet megfelelő pontossággal feltételezni.
Legalább 400 V üzemi feszültségű kondenzátorok használhatók. Az ilyen áramkörökre jellemző áramszámítási értékeket a táblázat tartalmazza:
| Működési áram, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Az előtétkondenzátor kapacitása, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
A kapott értékek meglehetősen távol állnak a szabványos kapacitási sorozattól. Tehát 20mA áram esetén a 0,25 uF-ból származó levezetés 13%, 0,33 uF-ból származó levezetés pedig 14%. Az ellenállás megválasztható sokkal pontosabban. Ez az áramkör első hátránya. A másodikat már említettük - a 400 V-os és a feletti kondenzátorok meglehetősen nagy méretekkel rendelkeznek. De ez még nem minden. A ballasztkondenzátor használatával az áramkör további elemekkel is gazdagodik:
Az R1 ellenállás biztonsági okokból van beállítva. Ha az áramkört 220 V-ról táplálják, majd leválasztják a hálózatról, a kondenzátor nem fog kisülni - ezen ellenállás nélkül nem lesz kisülési áramkör. Könnyen áramütést kaphat, ha véletlenül megérinti a kondenzátor kapcsait. Ennek az ellenállásnak az ellenállása néhány száz kilohm lehet, a működési állapotban a kapacitás által söntölve van, és nem befolyásolja az áramkör működését.
Az R2 ellenállásra a kondenzátor töltőáramának korlátozásához van szükség. Amíg a kapacitás nincs feltöltve, addig nem szolgál áramkorlátozóként, és ez idő alatt a LED-nek lehet ideje meghibásodni. Itt néhány tíz ohmos értéket kell választani, ez sem befolyásolja az áramkör teljesítményét, bár a számításnál figyelembe vehető.
Példa LED beépítésére egy villanykapcsolóba
A 220 V-os áramkörben a LED gyakorlati használatának egyik gyakori példája a háztartási kapcsoló kikapcsolt állapotának jelzése és a kapcsoló helyének könnyebb megtalálása a sötétben. A LED itt kb. 1 mA árammal működik - a világítás halvány lesz, de sötétben észrevehető.
Itt a lámpa további áramkorlátozóként szolgál, amikor a kapcsoló nyitva van, és a fordított feszültség egy kis részét veszi fel. A fordított feszültség nagy része azonban az ellenálláson jelentkezik, így a LED itt viszonylag védett.
videó: MIÉRT NE szereljünk be világító kapcsolót?
Biztonsági utasítások
A meglévő berendezésekben a munkavédelemre a villamos berendezések üzemeltetésére vonatkozó biztonsági előírások vonatkoznak. Ezek nem vonatkoznak az otthoni műhelyre, de alapelveiket figyelembe kell venni, amikor egy LED-et 220 V-os hálózatra csatlakoztatunk. Bármilyen elektromos berendezésen végzett munka során a fő biztonsági szabály az, hogy minden munkát feszültségmentesen kell végezni, hogy megelőzhető legyen a téves vagy véletlen, illetéktelen bekapcsolás. A megszakító kikapcsolása után a feszültség hiányát kell ellenőrizze egy teszterrel. Minden mást - dielektromos kesztyűk, szőnyegek használata, ideiglenes földelés alkalmazása stb. - nehéz otthon elvégezni, de nem szabad elfelejteni, hogy a biztonsági intézkedések soha nem elégségesek.