Ligação de um LED a 220V
Os LEDs como fontes de luz estão generalizados. Mas são concebidos para tensões de alimentação baixas, e muitas vezes é necessário ligar um LED a uma rede eléctrica doméstica de 220 volts. Com um pequeno conhecimento de engenharia eléctrica e a capacidade de efectuar cálculos simples, isto é possível.
Formas de ligação
As condições normais de funcionamento para a maioria dos LEDs são uma tensão de 1,5-3,5 V e uma corrente de 10-30 mA. Quando se liga directamente um dispositivo a uma rede eléctrica doméstica, a sua vida útil será de um décimo de segundo. Todos os problemas de ligação dos LEDs na rede aumentaram em relação à tensão normal de funcionamento, o que se resume a apagar o excesso de tensão e limitar o fluxo de corrente através do elemento emissor de luz. Esta tarefa é executada por condutores - circuitos electrónicos, mas são bastante complexos e consistem num grande número de componentes. A sua utilização faz sentido ao alimentar uma matriz LED com muitos LEDs. Há formas mais simples de ligar um único elemento.
Ligação utilizando uma resistência
A forma mais óbvia é ligar uma resistência em série com o LED. Isto irá baixar a tensão em excesso e limitar a corrente.
O cálculo desta resistência é efectuado da seguinte forma:
- Suponha que existe um LED com uma corrente nominal de 20 mA e uma queda de tensão de 3 V (os parâmetros reais devem ser consultados num livro de referência). Para a corrente de funcionamento é melhor assumir 80% da nominal - o LED viverá mais tempo em condições de iluminação. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Na resistência adicional, a tensão de rede cairá menos a queda de tensão através do LED. Urab=310-3=307V. É óbvio que quase toda a voltagem estará na resistência.
Importante! Não utilizar a tensão de funcionamento da rede (220V) mas a tensão de pico de 310V.
- Usar a lei de Ohm para determinar o valor da resistência acrescentada: R=Urab/Irab. Como a corrente é escolhida em miliamperes, a resistência será em kiloohms: R=307/16= 19,1875. O valor mais próximo da gama padrão é 20kΩ.
- Para encontrar a potência da resistência utilizando a fórmula P=UI, é necessário multiplicar a corrente de funcionamento pela queda de tensão através da resistência de têmpera. Com uma classificação de 20kOhm, a corrente média será 220V/20kOhm=11mA (pode ter aqui em conta a tensão rms!), e a potência será 220V*11mA=2420mW ou 2.42W. Pode escolher uma resistência de 3W a partir da gama padrão.
Importante! Este cálculo é simplificado e não tem em conta a queda de tensão através do LED e a sua resistência no estado aberto, mas para efeitos práticos é suficientemente preciso.
Com este método é possível ligar uma cadeia de LEDs em série. Ao calcular, multiplicar a queda de tensão de um elemento pelo número total de elementos.
Ligação de díodos em série com alta tensão inversa (400 V ou mais)
O método descrito tem uma desvantagem significativa. O LEDcomo qualquer dispositivo de junção p-n, transporta corrente (e brilha) na meia onda de corrente alternada para a frente. Na meia-onda inversa está trancada. A sua resistência é elevada, muito mais elevada do que a resistência do lastro. E a tensão de rede de 310V de amplitude aplicada ao circuito cairá principalmente sobre o LED. E isto não foi concebido para funcionar como um rectificador de alta voltagem, e pode falhar muito em breve. Para combater este fenómeno, é frequentemente recomendado incluir um díodo adicional em série para suportar a tensão inversa.
De facto, com tal ligação, a tensão inversa aplicada divide-se aproximadamente ao meio entre os díodos, e o LED será ligeiramente mais leve com uma queda de cerca de 150V ou ligeiramente inferior, mas o seu destino continuará a ser miserável.
Manobrando o LED com um diodo normal
Este esquema de ligação é muito mais eficiente:
Aqui o elemento emissor de luz é trocado em oposição e paralelo ao diodo adicional. Com a meia-onda negativa, o díodo adicional será aberto e toda a voltagem será aplicada à resistência. Se o cálculo efectuado anteriormente estivesse correcto, a resistência não sobreaquecerá.
Ligação paralela de dois LEDs
Quando examina o circuito anterior, não pode deixar de pensar - porquê utilizar um díodo inútil quando pode substitui-lo pelo mesmo emissor de luz? Este é o raciocínio correcto. E logicamente, o circuito renasce como a variante seguinte:
Aqui, o mesmo LED é utilizado como elemento de protecção. Protege o primeiro elemento durante a meia-onda inversa e emite no processo. Na meia onda direita da onda sinusoidal, os LEDs trocam de papéis. O lado positivo do circuito é que ele faz pleno uso das capacidades da fonte de alimentação. Em vez de elementos individuais, podem ser ligadas correntes de LEDs nas direcções de avanço e retrocesso. O mesmo princípio pode ser utilizado para o cálculo, mas a queda de tensão através dos LEDs é multiplicada pelo número de LEDs instalados numa direcção.
Utilização de um condensador
Pode ser utilizado um condensador em vez de uma resistência. Num circuito AC comporta-se de certa forma como uma resistência. A sua resistência depende da frequência, mas num circuito doméstico, este parâmetro é constante. A fórmula X=1/(2*3,14*f*C) pode ser utilizada para calcular, onde:
- X é a reactância do condensador;
- f - frequência em Hertz, no nosso caso é 50;
- C - capacitância do condensador em farads, para conversão em μF use factor 10-6.
Na prática, a fórmula é utilizada:
C=4,45*Irab/(U-Ud), onde:
- C - capacidade requerida em μF;
- Irab - corrente de funcionamento do LED;
- U-Ud - a diferença entre a tensão de alimentação e a queda de tensão através do elemento emissor de luz - é de importância prática quando se utiliza uma cadeia de LEDs. Se for utilizado um único LED, pode ser assumido um valor U de 310 V com precisão suficiente.
Podem ser utilizados condensadores com uma tensão de funcionamento de pelo menos 400 V. Os valores de cálculo das correntes que são típicos para tais circuitos são indicados na tabela:
| Corrente de funcionamento, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Capacitância do condensador de lastro, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Os valores obtidos estão bastante longe da série padrão de capacitância. Assim, para uma corrente de 20mA, a derivação de 0,25 uF é de 13%, e de 0,33 uF, 14%. A resistência pode ser escolhida muito mais precisamente. Esta é a primeira desvantagem do circuito. O segundo já foi mencionado - condensadores a 400V e superiores têm dimensões bastante grandes. Mas isso não é tudo. Com a utilização de um condensador de lastro, o circuito é também enriquecido com elementos adicionais:
A resistência R1 é definida por razões de segurança. Se o circuito for alimentado a 220 V e depois desligado da rede, o condensador não descarregará - sem esta resistência, não haverá circuito de corrente de descarga. Se os terminais condensadores forem acidentalmente tocados, é fácil obter um choque eléctrico. A resistência desta resistência pode ser escolhida como algumas centenas de kilohms, na condição de funcionamento é desviada pela capacitância e não afecta o funcionamento do circuito.
Resistor R2 é necessário para limitar a corrente de carga do condensador. Enquanto a capacidade não for carregada, não servirá como limitador de corrente e durante este tempo o LED poderá ter tempo para falhar. Aqui deve escolher o valor de algumas dezenas de Ohm, também não terá qualquer efeito sobre o desempenho do circuito, embora possa ser tido em conta no cálculo.
Exemplo de incorporação de um LED num interruptor de luz
Um exemplo comum da utilização prática de um LED num circuito de 220 V é indicar o estado de desligado de um interruptor doméstico e tornar mais fácil encontrar a sua localização no escuro. O LED aqui funciona com uma corrente de aproximadamente 1 mA - o brilho será fraco, mas perceptível no escuro.
Aqui, a lâmpada serve como um limitador de corrente adicional quando o interruptor está aberto, e irá tomar uma pequena fracção da tensão inversa. Mas a maior parte da tensão inversa é aplicada à resistência, por isso o LED aqui está relativamente protegido.
vídeo: PORQUÊ NÃO instalar um interruptor iluminado
Instruções de segurança
A saúde e segurança no trabalho numa instalação existente é regida por regulamentos de segurança para o funcionamento de instalações eléctricas. Não se aplicam à oficina em casa, mas os seus princípios básicos devem ser tidos em conta ao ligar um LED a uma fonte de alimentação de 220 V. A principal regra de segurança quando se trabalha em qualquer instalação eléctrica é que todos os trabalhos devem ser efectuados com a tensão desligada para evitar uma ligação errada ou involuntária, não autorizada. Depois de desligar o disjuntor, a ausência de tensão deve ser verificar com um provador. Tudo o resto - o uso de luvas dieléctricas, tapetes, a aplicação de aterramento temporário, etc. é difícil de fazer em casa, mas é preciso lembrar que as medidas de segurança nunca são insuficientes.