LED diodo prijungimas prie 220 V įtampos
Šviesos diodai kaip šviesos šaltiniai yra plačiai paplitę. Tačiau jie skirti žemai maitinimo įtampai, todėl dažnai šviesos diodą reikia įjungti į 220 voltų buitinį elektros tinklą. Turint šiek tiek elektrotechnikos žinių ir gebant atlikti paprastus skaičiavimus, tai įmanoma.
Prisijungimo būdai
Standartinės daugumos šviesos diodų veikimo sąlygos yra 1,5-3,5 V įtampa ir 10-30 mA srovė. Kai prietaisą tiesiogiai įjungiate į namų ūkio elektros tinklą, jo veikimo laikas trunka dešimtadalį sekundės. Visos problemos, susijusios su šviesos diodų prijungimu prie tinklo, padidėjo, palyginti su įprasta darbine įtampa, todėl reikia užgesinti perteklinę įtampą ir apriboti srovę, tekančią per šviesą skleidžiantį elementą. Šią užduotį atlieka tvarkyklės - elektroninės grandinės, tačiau jos yra gana sudėtingos ir sudarytos iš daugybės komponentų. Juos tikslinga naudoti maitinant daug šviesos diodų turinčią LED matricą. Yra paprastesnių būdų prijungti vieną elementą.
Prijungimas naudojant rezistorių
Akivaizdžiausias būdas - nuosekliai su šviesos diodu sujungti rezistorių. Tai sumažins perteklinę įtampą ir apribos srovę.
Šis rezistorius apskaičiuojamas taip:
- Tarkime, kad yra šviesos diodas, kurio vardinė srovė yra 20 mA, o įtampos kritimas - 3 V (tikruosius parametrus reikėtų rasti žinyne). Darbinei srovei geriau imti 80 % nominaliosios - šviesos diodas ilgiau veiks apšviestomis sąlygomis. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Dėl papildomo rezistoriaus tinklo įtampa sumažės, atėmus įtampos kritimą šviesos diode. Urab=310-3=307V. Akivaizdu, kad beveik visa įtampa bus rezistoriuje.
Svarbu! Naudokite ne tinklo darbinę įtampą (220 V), o maksimalią 310 V įtampą.
- Naudodamiesi Omo dėsniu nustatykite pridėto rezistoriaus vertę: R=Urab/Irab. Kadangi srovė parinkta miliamperais, varža bus kiloohmais: R=307/16=19,1875. Artimiausia vertė iš standartinio diapazono yra 20 kΩ.
- Norėdami rasti rezistoriaus galią pagal formulę P=UI, darbinę srovę reikia padauginti iš įtampos kritimo ant gesinimo rezistoriaus. Esant 20 kOhm nominalui, vidutinė srovė bus 220V/20kOhm=11mA (čia galite atsižvelgti į vidutinę kvadratinę įtampą!), o galia bus 220V*11mA=2420mW arba 2,42W. Iš standartinio asortimento galite pasirinkti 3 W rezistorių.
Svarbu! Šis skaičiavimas yra supaprastintas, jame neatsižvelgiama į įtampos kritimą šviesos diode ir jo varžą, kai šviesos diodas yra atidarytas, tačiau praktiniais tikslais jis yra pakankamai tikslus.
Naudojant šį metodą galima sujungti grandinę iš Nuosekliai sujungti šviesos diodai. Skaičiuodami padauginkite vieno elemento įtampos kritimą iš bendro elementų skaičiaus.
Diodų jungimas nuosekliai su aukšta atbuline įtampa (400 V ar daugiau)
Aprašytas metodas turi didelį trūkumą. Šviesos diodaskaip ir bet kuris kitas p-n sandūros įtaisas, praleidžia srovę (ir švyti) kintamosios srovės priekinėje pusbangėje. Atvirkštinės pusbangės atveju jis yra užrakintas. Jo varža yra didelė, daug didesnė už balasto varžą. Į grandinę tiekiama 310 V amplitudės tinklo įtampa daugiausia kris ant šviesos diodo. Jis neskirtas dirbti kaip aukštos įtampos lygintuvas ir gali greitai sugesti. Siekiant kovoti su šiuo reiškiniu, dažnai rekomenduojama nuosekliai prijungti papildomą diodą, kuris atlaikytų atvirkštinę įtampą.
Iš tikrųjų, esant tokiai jungčiai, taikoma atvirkštinė įtampa tarp diodų pasiskirstys maždaug per pusę, ir šviesos diodas bus šiek tiek lengvesnis, jo kritimas bus apie 150 V arba šiek tiek mažesnis, tačiau jo likimas vis tiek bus apgailėtinas.
Šuntavimas šviesos diodu su įprastu diodu
Ši jungimo schema yra daug efektyvesnė:
Šiuo atveju šviesą spinduliuojantis elementas įjungiamas priešpriešiais ir lygiagrečiai papildomam diodui. Esant neigiamai pusbangei, papildomas diodas atsidarys ir visa įtampa bus perduodama į rezistorių. Jei anksčiau atlikti skaičiavimai buvo teisingi, rezistorius neperkaista.
Dviejų šviesos diodų lygiagretus sujungimas
Išnagrinėję ankstesnę grandinę, galite pagalvoti - kam naudoti nenaudingą diodą, jei jį galima pakeisti tuo pačiu šviesos emiteriu? Tai teisinga argumentacija. Logiškai mąstant, grandinė atgimsta kaip kitas variantas:
Čia tas pats šviesos diodas naudojamas kaip apsauginis elementas. Jis apsaugo pirmąjį elementą atvirkštinės pusbangės metu ir tuo metu spinduliuoja. Dešinėje sinusinės bangos pusėje šviesos diodai pasikeičia vaidmenimis. Šios grandinės privalumas yra tas, kad ji visiškai išnaudoja maitinimo šaltinio galimybes. Vietoj pavienių elementų galima įjungti šviesos diodų grandines į priekį ir atgal. Skaičiavimams galima naudoti tą patį principą, tačiau įtampos kritimas šviesos dioduose dauginamas iš šviesos diodų, sumontuotų viena kryptimi, skaičiaus.
Naudojant kondensatorių
Vietoj rezistoriaus galima naudoti kondensatorių. Kintamosios srovės grandinėje jis elgiasi panašiai kaip rezistorius. Jos varža priklauso nuo dažnio, tačiau buitinėje grandinėje šis parametras yra pastovus. Apskaičiuoti galima pagal formulę X=1/(2*3,14*f*C), kur:
- X - kondensatoriaus reaktyvumas;
- f - dažnis hercais, mūsų atveju jis yra 50;
- C - kondensatoriaus talpa faradais, perskaičiavimui į μF naudokite koeficientą 10-6.
Praktikoje naudojama ši formulė:
C=4,45*Irab/(U-Ud), kur:
- C - reikalinga talpa μF;
- Irab - šviesos diodo darbinė srovė;
- U-Ud - skirtumas tarp maitinimo įtampos ir įtampos kritimo ant šviesą skleidžiančio elemento - yra praktiškai svarbus naudojant šviesos diodų grandinę. Jei naudojamas vienas šviesos diodas, galima pakankamai tiksliai priimti 310 V U vertę.
Galima naudoti kondensatorius, kurių darbinė įtampa ne mažesnė kaip 400 V. Lentelėje pateiktos tokioms grandinėms būdingų srovių skaičiavimo vertės:
| Darbinė srovė, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Balastinio kondensatoriaus talpa, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Gautos vertės yra gana toli nuo standartinės talpos serijos. Taigi, esant 20 mA srovei, išvestinė iš 0,25 uF yra 13 %, o iš 0,33 uF - 14 %. Rezistorių galima pasirinkti daug tiksliau. Tai pirmasis grandinės trūkumas. Antrasis jau buvo minėtas - 400 V ir aukštesnės įtampos kondensatoriai yra gana didelių matmenų. Tačiau tai dar ne viskas. Naudojant balastinį kondensatorių grandinė taip pat praturtinama papildomais elementais:
Varža R1 nustatyta saugumo sumetimais. Jei grandinė maitinama 220 V įtampa ir atjungiama nuo elektros tinklo, kondensatorius neišsikraus - be šio rezistoriaus nebus išsikrovimo srovės grandinės. Atsitiktinai palietus kondensatoriaus gnybtus, lengva patirti elektros smūgį. Šio rezistoriaus varža gali būti pasirinkta keli šimtai kilohmų, darbinėmis sąlygomis jį šuntuoja talpa ir jis neturi įtakos grandinės veikimui.
Rezistorius R2 reikalingas kondensatoriaus įkrovimo srovei apriboti. Kol talpa nėra įkrauta, ji neveikia kaip srovės ribotuvas, todėl per tą laiką šviesos diodas gali sugesti. Šiuo atveju reikėtų pasirinkti kelių dešimčių omų vertę, ji taip pat neturės jokios įtakos grandinės veikimui, nors į ją galima atsižvelgti atliekant skaičiavimus.
Šviesos diodo integravimo į šviesos jungiklį pavyzdys
Vienas dažnas praktinio šviesos diodo naudojimo 220 V grandinėje pavyzdys - buitinio jungiklio išjungimo būsenos rodymas, kad tamsoje būtų lengviau rasti jo buvimo vietą. Šviesos diodas veikia maždaug 1 mA srove - jo švytėjimas bus silpnas, bet tamsoje pastebimas.
Šiuo atveju lempa veikia kaip papildomas srovės ribotuvas, kai jungiklis yra atidarytas, ir perima nedidelę atgalinės įtampos dalį. Tačiau didžioji atvirkštinės įtampos dalis tenka rezistoriui, todėl šviesos diodas čia yra gana gerai apsaugotas.
vaizdo įrašas: KODĖL NEREIKIA montuoti apšviesto jungiklio
Saugos instrukcijos
Darbuotojų saugą ir sveikatą veikiančiuose įrenginiuose reglamentuoja elektros įrenginių eksploatavimo saugos taisyklės. Jie netaikomi namų dirbtuvėms, tačiau į pagrindinius jų principus būtina atsižvelgti prijungiant šviesos diodą prie 220 V elektros tinklo. Pagrindinė saugos taisyklė dirbant su bet kokiu elektros įrenginiu yra ta, kad visi darbai turi būti atliekami atjungus įtampą, kad būtų išvengta klaidingo ar netyčinio, neleistino įjungimo. Atjungus grandinės pertraukiklį, įtampos nebuvimas turi būti patikrinti su testeriu. Visa kita - dielektrinių pirštinių, kilimėlių, laikino įžeminimo ir kt. naudojimas - yra sunkiai įgyvendinama namuose, tačiau reikia atminti, kad saugos priemonių niekada nepakanka.