Pripojenie LED diódy na 220 V
LED diódy ako zdroje svetla sú veľmi rozšírené. Sú však určené na nízke napájacie napätie a často je potrebné LED diódu pripojiť k domácej elektrickej sieti s napätím 220 V. S trochou znalostí elektrotechniky a schopnosťou vykonávať jednoduché výpočty je to možné.
Spôsoby pripojenia
Štandardné prevádzkové podmienky pre väčšinu LED diód sú napätie 1,5-3,5 V a prúd 10-30 mA. Keď zariadenie priamo zapojíte do domácej elektrickej siete, jeho životnosť bude jedna desatina sekundy. Všetky problémy spojené s pripojením LED diód v sieti sa v porovnaní s bežným prevádzkovým napätím zvýšili, ide o uhasenie prebytočného napätia a obmedzenie prúdu pretekajúceho svetelným prvkom. Túto úlohu vykonávajú ovládače - elektronické obvody, ktoré sú však pomerne zložité a pozostávajú z veľkého počtu komponentov. Ich použitie má zmysel pri napájaní LED matice s mnohými LED diódami. Existujú jednoduchšie spôsoby pripojenia jedného prvku.
Pripojenie pomocou rezistora
Najzrejmejším spôsobom je zapojenie rezistora do série s LED diódou. Tým sa zníži prebytočné napätie a obmedzí prúd.
Výpočet tohto odporu sa vykoná takto:
- Predpokladajme, že ide o LED diódu s menovitým prúdom 20 mA a úbytkom napätia 3 V (skutočné parametre je potrebné nájsť v referenčnej knihe). Pre prevádzkový prúd je lepšie predpokladať 80 % menovitého - LED bude žiť dlhšie v osvetlených podmienkach. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Na prídavnom odpore klesne sieťové napätie mínus úbytok napätia na LED dióde. Urab=310-3=307V. Je zrejmé, že takmer celé napätie bude v rezistore.
Dôležité! Nepoužívajte prevádzkové napätie siete (220 V), ale špičkové napätie 310 V.
- Na určenie hodnoty pridaného rezistora použite Ohmov zákon: R=Urab/Irab. Keďže prúd je zvolený v miliampéroch, odpor bude v kiloohmoch: R=307/16= 19,1875. Najbližšia hodnota zo štandardného rozsahu je 20 kΩ.
- Ak chcete zistiť výkon rezistora pomocou vzorca P=UI, musíte vynásobiť prevádzkový prúd úbytkom napätia na zhášacom rezistore. Pri 20kOhm menovitom prúde bude priemerný prúd 220V/20kOhm=11mA (tu môžete zohľadniť efektívnu hodnotu napätia!) a výkon bude 220V*11mA=2420mW alebo 2,42W. Môžete si vybrať 3W rezistor zo štandardnej ponuky.
Dôležité! Tento výpočet je zjednodušený a nezohľadňuje úbytok napätia na LED a jej odpor v otvorenom stave, ale na praktické účely je dostatočne presný.
Pomocou tejto metódy je možné pripojiť reťazec LED diódy v sérii. Pri výpočte vynásobte úbytok napätia jedného prvku celkovým počtom prvkov.
Sériové zapojenie diód s vysokým spätným napätím (400 V alebo viac)
Opísaná metóda má významnú nevýhodu. LED diódaako každé zariadenie s p-n prechodom, prenáša prúd (a svieti) v priamej polvlne striedavého prúdu. Pri inverznej polvlne je uzamknutá. Jeho odpor je vysoký, oveľa vyšší ako odpor záťaže. A sieťové napätie s amplitúdou 310 V privádzané do obvodu dopadá väčšinou na LED diódu. A ten nie je určený na prácu ako vysokonapäťový usmerňovač a môže pomerne skoro zlyhať. V boji proti tomuto javu sa často odporúča zaradiť do série ďalšiu diódu, ktorá odolá spätnému napätiu.
V skutočnosti sa pri takomto zapojení priložené spätné napätie rozdelí medzi diódy zhruba na polovicu a LED dióda bude o niečo ľahšia s poklesom približne 150 V alebo o niečo menej, ale jej osud bude stále nešťastný.
Manévrovanie LED diódy pomocou normálnej diódy
Táto schéma pripojenia je oveľa efektívnejšia:
Prvok vyžarujúci svetlo je tu spínaný v opozícii a paralelne s prídavnou diódou. Pri zápornej polvlne sa otvorí prídavná dióda a celé napätie sa privedie na rezistor. Ak bol predchádzajúci výpočet správny, rezistor sa nebude prehrievať.
Paralelné zapojenie dvoch LED diód
Pri skúmaní predchádzajúceho zapojenia si nemôžete pomôcť, ale napadne vás - prečo používať zbytočnú diódu, keď ju môžete nahradiť rovnakým svetelným emitorom? To je správna úvaha. A logicky sa obvod znovuzrodí ako ďalší variant:
Ako ochranný prvok sa tu používa tá istá LED dióda. Chráni prvý prvok počas spätnej polvlny a vyžaruje pri tom. Pri pravej polvlne sínusoidy si LED diódy vymenia úlohy. Pozitívom tohto obvodu je, že plne využíva možnosti napájacieho zdroja. Namiesto jednotlivých prvkov možno zapínať reťazce LED diód v smere dopredu a dozadu. Na výpočet možno použiť rovnaký princíp, ale úbytok napätia na LED diódach sa vynásobí počtom LED diód inštalovaných v jednom smere.
Použitie kondenzátora
Namiesto rezistora sa môže použiť kondenzátor. V obvode striedavého prúdu sa správa podobne ako rezistor. Jeho odpor závisí od frekvencie, ale v domácom obvode je tento parameter konštantný. Na výpočet možno použiť vzorec X=1/(2*3,14*f*C), kde:
- X je reaktancia kondenzátora;
- f - frekvencia v hertzoch, v našom prípade je to 50;
- C - kapacita kondenzátora vo faradoch, pre prepočet na μF použite faktor 10-6.
V praxi sa používa vzorec:
C=4,45*Irab/(U-Ud), kde:
- C - požadovaná kapacita v μF;
- Irab - prevádzkový prúd LED;
- U-Ud - rozdiel medzi napájacím napätím a úbytkom napätia na svetelnom prvku - má praktický význam pri použití reťazca LED diód. Ak sa použije jedna LED, možno s dostatočnou presnosťou predpokladať hodnotu U 310 V.
Môžu sa použiť kondenzátory s prevádzkovým napätím najmenej 400 V. Výpočtové hodnoty prúdov, ktoré sú typické pre takéto obvody, sú uvedené v tabuľke:
| Prevádzkový prúd, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Kapacita predradníkového kondenzátora, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Získané hodnoty sú dosť vzdialené od štandardného radu kapacít. Takže pri prúde 20 mA je derivácia z 0,25 uF 13 % a z 0,33 uF 14 %. Rezistor je možné zvoliť oveľa presnejšie. To je prvá nevýhoda tohto obvodu. Druhá vec už bola spomenutá - kondenzátory pri napätí 400 V a viac majú pomerne veľké rozmery. To však nie je všetko. Použitím predradníkového kondenzátora je obvod obohatený aj o ďalšie prvky:
Odpor R1 je nastavený z bezpečnostných dôvodov. Ak je obvod napájaný napätím 220 V a potom je odpojený od siete, kondenzátor sa nevybije - bez tohto rezistora nevznikne obvod vybíjacieho prúdu. Ak sa náhodne dotknete svoriek kondenzátora, môžete ľahko dostať úraz elektrickým prúdom. Odpor tohto rezistora môže byť zvolený ako niekoľko stoviek kilohmov, v pracovnom stave je bočený kapacitou a neovplyvňuje činnosť obvodu.
Rezistor R2 je potrebný na obmedzenie nárazového nabíjacieho prúdu kondenzátora. Pokiaľ kondenzátor nie je nabitý, neslúži ako obmedzovač prúdu a počas tohto obdobia môže LED dióda zlyhať. Tu by ste mali zvoliť hodnotu niekoľko desiatok ohmov, ani to nebude mať žiadny vplyv na výkon obvodu, hoci sa to môže zohľadniť vo výpočte.
Príklad zabudovania LED do vypínača svetla
Jedným z bežných príkladov praktického využitia LED diódy v 220 V obvode je indikácia vypnutého stavu domáceho vypínača a uľahčenie nájdenia jeho polohy v tme. LED dióda tu pracuje s prúdom približne 1 mA - žiara bude slabá, ale v tme viditeľná.
V tomto prípade slúži lampa ako dodatočný obmedzovač prúdu, keď je spínač otvorený, a odoberá malú časť spätného napätia. Väčšia časť spätného napätia sa však privádza na rezistor, takže LED je tu relatívne chránená.
video: PREČO NEINŠTALOVAŤ podsvietený spínač
Bezpečnostné pokyny
Bezpečnosť a ochrana zdravia pri práci v existujúcom zariadení sa riadi bezpečnostnými predpismi pre prevádzku elektrických zariadení. Nevzťahujú sa na domácu dielňu, ale ich základné princípy sa musia zohľadniť pri pripájaní LED diódy k sieti 220 V. Hlavným bezpečnostným pravidlom pri práci na akejkoľvek elektrickej inštalácii je, že všetky práce sa musia vykonávať s odpojeným napätím, aby sa zabránilo chybnému alebo neúmyselnému, neoprávnenému zapnutiu. Po odpojení ističa musí byť neprítomnosť napätia kontrola pomocou testera. Všetko ostatné - použitie dielektrických rukavíc, rohoží, použitie dočasného uzemnenia atď. je ťažké urobiť doma, ale treba mať na pamäti, že bezpečnostné opatrenia nie sú nikdy nedostatočné.