Collegare un LED a 220V
I LED come fonti di luce sono molto diffusi. Ma sono progettati per basse tensioni di alimentazione, e spesso è necessario collegare un LED a una rete domestica di 220 volt. Con un po' di conoscenza dell'ingegneria elettrica e la capacità di eseguire semplici calcoli, questo è possibile.
Modi per connettersi
Le condizioni operative standard per la maggior parte dei LED sono una tensione di 1,5-3,5 V e una corrente di 10-30 mA. Quando si inserisce direttamente un dispositivo in una rete elettrica domestica, la sua durata sarà di un decimo di secondo. Tutti i problemi di collegamento dei LED nella rete sono aumentati rispetto alla tensione di funzionamento normale, si tratta di spegnere la tensione in eccesso e limitare la corrente che scorre attraverso l'elemento di emissione della luce. Questo compito è svolto da driver - circuiti elettronici, ma sono abbastanza complessi e consistono di un gran numero di componenti. Il loro uso ha senso quando si alimenta una matrice di LED con molti LED. Ci sono modi più semplici per collegare un singolo elemento.
Collegamento con una resistenza
Il modo più ovvio è quello di collegare una resistenza in serie al LED. Questo farà cadere la tensione in eccesso e limiterà la corrente.
Il calcolo di questa resistenza si effettua come segue:
- Supponiamo che ci sia un LED con una corrente nominale di 20 mA e una caduta di tensione di 3 V (i parametri reali dovrebbero essere consultati in un libro di riferimento). Per la corrente di funzionamento è meglio assumere l'80% del nominale - il LED vivrà più a lungo in condizioni rilassate. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Sulla resistenza aggiuntiva, la tensione di rete cadrà meno la caduta di tensione attraverso il LED. Urab=310-3=307V. È ovvio che quasi tutta la tensione sarà nella resistenza.
Importante! Non utilizzare la tensione di funzionamento della rete (220V) ma la tensione di picco di 310V.
- Usa la legge di Ohm per determinare il valore della resistenza aggiunta: R=Urab/Irab. Poiché la corrente è scelta in milliampere, la resistenza sarà in kiloohms: R=307/16= 19,1875. Il valore più vicino alla gamma standard è 20kΩ.
- Per trovare la potenza della resistenza usando la formula P=UI, bisogna moltiplicare la corrente di funzionamento per la caduta di tensione attraverso la resistenza di spegnimento. Con un valore nominale di 20kOhm, la corrente media sarà di 220V/20kOhm=11mA (potete prendere in considerazione la tensione rms qui!), e la potenza sarà 220V*11mA=2420mW o 2,42W. Potete scegliere un resistore da 3W dalla gamma standard.
Importante! Questo calcolo è semplificato e non tiene conto della caduta di tensione attraverso il LED e la sua resistenza nello stato aperto, ma per scopi pratici è abbastanza preciso.
Con questo metodo è possibile collegare una catena di LED in serie. Nel calcolo, moltiplicare la caduta di tensione di un elemento per il numero totale di elementi.
Collegamento del diodo in serie con alta tensione inversa (400 V o più)
Il metodo descritto ha uno svantaggio significativo. Il LEDcome ogni dispositivo a giunzione p-n, trasporta la corrente (e si illumina) nella semionda anteriore della corrente alternata. Nella semionda inversa è bloccato. La sua resistenza è alta, molto più alta di quella della zavorra. E la tensione di rete di 310V di ampiezza applicata al circuito cadrà principalmente sul LED. E questo non è progettato per funzionare come un raddrizzatore ad alta tensione, e può fallire abbastanza presto. Per combattere questo fenomeno, si raccomanda spesso di includere un diodo supplementare in serie per resistere alla tensione inversa.
Infatti, con un tale collegamento, la tensione inversa applicata si dividerà all'incirca a metà tra i diodi, e il LED sarà leggermente più leggero con una caduta di circa 150V o poco meno, ma il suo destino sarà comunque misero.
Smistamento del LED con un diodo normale
Questo schema di connessione è molto più efficiente:
Qui l'elemento emettitore di luce è commutato in opposizione e in parallelo al diodo aggiuntivo. Con la semionda negativa il diodo aggiuntivo si aprirà e tutta la tensione sarà applicata alla resistenza. Se il calcolo fatto in precedenza era corretto, la resistenza non si surriscalda.
Collegamento in parallelo di due LED
Quando si esamina il circuito precedente, non si può fare a meno di pensare - perché usare un diodo inutile quando lo si può sostituire con lo stesso emettitore di luce? Questo è un ragionamento corretto. E logicamente, il circuito rinasce come la prossima variante:
Qui, lo stesso LED è usato come elemento di protezione. Protegge il primo elemento durante la semionda inversa ed emette nel processo. Alla semionda destra della sinusoide i LED si scambiano i ruoli. Il lato positivo del circuito è che fa pieno uso delle capacità dell'alimentatore. Invece di elementi singoli, le catene di LED possono essere accese in direzione avanti e indietro. Lo stesso principio può essere usato per il calcolo, ma la caduta di tensione attraverso i LED viene moltiplicata per il numero di LED installati in una direzione.
Utilizzo di un condensatore
Un condensatore può essere usato al posto di una resistenza. In un circuito AC si comporta un po' come un resistore. La sua resistenza dipende dalla frequenza, ma in un circuito domestico questo parametro è costante. La formula X=1/(2*3,14*f*C) può essere usata per calcolare, dove:
- X è la reattanza del condensatore;
- f - frequenza in Hertz, nel nostro caso è 50;
- C - capacità del condensatore in farad, per la conversione in μF usare il fattore 10-6.
In pratica si usa la formula:
C=4,45*Irab/(U-Ud), dove:
- C - capacità richiesta in μF;
- Irab - corrente di funzionamento del LED;
- U-Ud - la differenza tra la tensione di alimentazione e la caduta di tensione attraverso l'elemento di emissione della luce - è di importanza pratica quando si usa una catena di LED. Se viene utilizzato un singolo LED, si può assumere con sufficiente precisione un valore U di 310 V.
Si possono usare condensatori con una tensione d'esercizio di almeno 400 V. I valori di calcolo per le correnti tipiche di questi circuiti sono riportati nella tabella:
| Corrente d'esercizio, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Capacità del condensatore di zavorra, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
I valori ottenuti sono abbastanza lontani dalla serie standard di capacità. Così, per una corrente di 20mA, la derivazione da 0,25 uF è del 13%, e da 0,33 uF, del 14%. La resistenza può essere scelta molto più accuratamente. Questo è il primo svantaggio del circuito. Il secondo è già stato menzionato - i condensatori a 400V e oltre hanno dimensioni piuttosto grandi. Ma non è tutto. Con l'uso di un condensatore di zavorra il circuito si arricchisce anche di elementi aggiuntivi:
La resistenza R1 è impostata per ragioni di sicurezza. Se il circuito è alimentato a 220 V e poi scollegato dalla rete, il condensatore non si scarica - senza questa resistenza non ci sarà nessun circuito di corrente di scarica. È facile prendere una scossa elettrica se i terminali del condensatore vengono toccati accidentalmente. La resistenza di questo resistore può essere scelta come qualche centinaio di kilohms, nella condizione di lavoro è shuntata dalla capacità e non influenza il funzionamento del circuito.
Il resistore R2 è necessario per limitare l'inrush della corrente di carica del condensatore. Finché la capacità non è caricata non servirà come limitatore di corrente e durante questo tempo il LED può avere il tempo di guastarsi. Qui si dovrebbe scegliere un valore di poche decine di ohm, non influenzerà le prestazioni del circuito anche se può essere preso in considerazione nel calcolo.
Esempio di incorporazione di un LED in un interruttore della luce
Un esempio comune dell'uso pratico di un LED in un circuito a 220 V è quello di indicare lo stato di spegnimento di un interruttore domestico e rendere più facile trovare la sua posizione al buio. Il LED qui funziona con una corrente di circa 1 mA - il bagliore sarà debole, ma visibile al buio.
Qui, la lampada serve come un ulteriore limitatore di corrente quando l'interruttore è aperto, e prenderà una piccola frazione della tensione inversa. Ma la maggior parte della tensione inversa è applicata alla resistenza, quindi il LED qui è relativamente protetto.
video: PERCHE' NON installare un interruttore illuminato
Istruzioni di sicurezza
La salute e la sicurezza sul lavoro in un impianto esistente è regolata dalle norme di sicurezza per il funzionamento degli impianti elettrici. Non si applicano all'officina domestica, ma i loro principi di base devono essere presi in considerazione quando si collega un LED a una rete di 220 V. La principale regola di sicurezza quando si lavora su qualsiasi impianto elettrico è che tutti i lavori devono essere eseguiti con la tensione scollegata per evitare accensioni errate o involontarie e non autorizzate. Dopo aver scollegato l'interruttore, l'assenza di tensione deve essere controllare con un tester. Tutto il resto - l'uso di guanti dielettrici, tappetini, messa a terra temporanea, ecc. è difficile da fare a casa, ma ricordate che le precauzioni di sicurezza non sono mai insufficienti.