Jak připojit LED k síti 220V: schéma zapojení

LED diody se staly široce používány jako světelné zdroje. Jsou ale určeny pro nízké napájecí napětí a často je nutné LED zapojit do domácí sítě 220 V. S trochou znalostí elektrotechniky a schopností provádět jednoduché výpočty je to možné.

Způsoby připojení

Standardní provozní podmínky pro většinu LED jsou 1,5-3,5 V a proud 10-30 mA. Při přímém připojení zařízení k domácí elektrické síti bude jeho životnost desetin sekundy. Všechny problémy s připojením LED k síti s vyšším napětím, než je standardní provozní napětí, se skládají z hašení přepětí a omezení proudu protékajícího prvkem vyzařujícím světlo. Ovladače – elektronické obvody – se s tímto úkolem vyrovnají, ale jsou poměrně složité a skládají se z velkého množství komponent. Jejich použití má smysl při napájení LED matice s mnoha LED. Existují jednodušší způsoby, jak spojit jeden prvek.

Připojení pomocí rezistoru

Nejviditelnějším způsobem je zapojit rezistor do série s LED. Přebytečné napětí na něm klesne a omezí proud.

Výpočet tohoto odporu se provádí v následujícím pořadí:

1. Řekněme, že máme LED se jmenovitým proudem 20 mA a úbytkem napětí 3 V (skutečné parametry je třeba vyhledat v referenční knize). Jako provozní proud je lepší vzít 80% jmenovité hodnoty – LED vydrží déle za světlejších podmínek. Iwork=0,8 Iном=16 mA.
2. Přídavný odpor způsobí pokles napájecího napětí mínus pokles napětí na LED. Urab=310-3=307 V. Je zřejmé, že téměř veškeré napětí bude na rezistoru.

Důležité! Při výpočtech je nutné použít nikoli efektivní hodnotu síťového napětí (220 V), ale hodnotu amplitudy (špičkovou) – 310 V.

1. Hodnota přídavného odporu se zjistí podle Ohmova zákona: R=Urab/Irab. Protože se proud volí v miliampérech, odpor bude v kiloohmech: R=307/16= 19,1875. Nejbližší hodnota ze standardního rozsahu je 20 kOhm.
2. Chcete-li zjistit výkon rezistoru pomocí vzorce P=UI, musí být provozní proud vynásoben úbytkem napětí na zhášecím odporu. Při nominální hodnotě 20 kOhm bude průměrný proud 220 V/20 kOhm = 11 mA (zde můžete zohlednit efektivní napětí!) a výkon 220 V * 11 mA = 2420 mW nebo 2,42 W. Ze standardní řady si můžete vybrat rezistor o výkonu 3 W.

Důležité! Tento výpočet je zjednodušený, nebere vždy v úvahu úbytek napětí na LED a jeho odpor v otevřeném stavu, ale pro praktické účely je přesnost dostatečná.

Takto můžete zapojit řetězec LED zapojených do série. Při výpočtech je třeba vynásobit úbytek napětí na jednom prvku jejich celkovým počtem.

Sériové zapojení diody s vysokým zpětným napětím (400 V nebo více)

Popsaný způsob má podstatnou nevýhodu. LED, jako každé zařízení založené na pn přechodu, prochází proud (a svítí) přímou půlvlnou střídavého proudu. Při zpětné půlvlně je uzamčen. Jeho odpor je vysoký, mnohem vyšší než odpor balastu. A síťové napětí s amplitudou 310 V, přivedené na řetěz, klesne převážně na LED. Není však navržen tak, aby fungoval jako vysokonapěťový usměrňovač, a může docela rychle selhat. Pro boj s tímto jevem se často doporučuje zapojit do série přídavnou diodu, která vydrží zpětné napětí.

Ve skutečnosti se při takovém zapojení rozdělí přivedené zpětné napětí mezi diody přibližně na polovinu a LED bude o něco lehčí s poklesem asi 150 V nebo o něco méně, ale její osud bude stále smutný.

Posunování LED konvenční diodou

Mnohem efektivnější schéma připojení je:

Zde je prvek vyzařující světlo připojen opačně a paralelně k přídavné diodě. Na záporné půlvlně se otevře přídavná dioda a veškeré napětí se přivede na rezistor. Pokud byl dříve provedený výpočet správný, odpor se nepřehřeje.

Zapojení dvou LED zády k sobě

Při studiu předchozího obvodu se nelze ubránit myšlence: proč používat zbytečnou diodu, když ji lze nahradit stejným světelným zářičem? Toto je správná úvaha. A logicky se schéma přerodí do následující verze:

Stejná LED je zde použita jako ochranný prvek. Při zpětné půlvlně chrání první prvek a zároveň vyzařuje. S přímou půlvlnnou sinusovkou mění LED diody role. Výhodou obvodu je, že plně využívá možnosti napájecího zdroje. Místo jednotlivých prvků můžete zapnout řetězy LED v dopředném a zpětném směru. Pro výpočet můžete použít stejný princip, ale úbytek napětí na LED se násobí jejich počtem instalovaným v jednom směru.

Pomocí kondenzátoru

Místo rezistoru můžete použít kondenzátor. Ve střídavém obvodu se chová do určité míry jako odpor. Jeho odpor závisí na frekvenci, ale v domácí síti je tento parametr konstantní. Pro výpočet můžete použít vzorec X = 1/(2*3,14*f*C), kde:

• X – reaktance kondenzátoru;
• f – frekvence v hertzech, v tomto případě rovna 50;
• C je kapacita kondenzátoru ve faradech; pro převod na μF použijte koeficient 10 -6 .

V praxi se používá následující vzorec:

• C – požadovaná kapacita v μF;
• Irab — provozní proud LED;
• U-Uд — rozdíl mezi napájecím napětím a úbytkem napětí na prvku vyzařujícím světlo — má praktický význam při použití řetězce LED. Při použití jedné LED lze hodnotu U brát s dostatečnou přesností, aby se rovnala 310 V.

Lze použít kondenzátory s pracovním napětím minimálně 400 V. Vypočtené hodnoty pro proudy typické pro takové obvody jsou uvedeny v tabulce:

Získané hodnoty jsou poměrně daleko od standardního rozsahu kapacit. Pro proud 20 mA tedy bude odchylka od jmenovité hodnoty 0,25 μF 13 % a od 0,33 μF – 14 %. Rezistor lze zvolit mnohem přesněji. To je první nevýhoda schématu. Druhý již byl zmíněn – kondenzátory pro 400 V a vyšší jsou poměrně velké. A to není vše. Při použití balastní nádrže je okruh zarostlý dalšími prvky:

Rezistor R1 je instalován z bezpečnostních důvodů. Pokud je obvod napájen z 220 V a následně odpojen od sítě, kondenzátor se nevybije – bez tohoto rezistoru bude obvod vybíjecího proudu chybět. Pokud se náhodně dotknete svorek nádoby, můžete snadno dostat elektrický šok. Odpor tohoto rezistoru lze zvolit na několik set kiloohmů; v provozním stavu je přerušen kondenzátorem a neovlivňuje činnost obvodu.

Rezistor R2 je potřebný k omezení rázu nabíjecího proudu kondenzátoru. Dokud nebude kondenzátor nabitý, nebude sloužit jako omezovač proudu a během této doby může LED selhat. Zde musíte vybrat hodnotu několika desítek Ohmů; také to neovlivní činnost obvodu, i když to lze ve výpočtu zohlednit.

Příklad připojení LED k vypínači

Jedním z běžných příkladů praktického použití LED v obvodu 220 V je indikace vypnutého stavu domovního vypínače a usnadnění nalezení jeho umístění ve tmě. LED zde pracuje s proudem asi 1 mA – záře bude slabá, ale ve tmě znatelná.

Zde lampa slouží jako přídavný omezovač proudu, když je spínač otevřený, a přijme malou část zpětného napětí. Ale většina zpětného napětí je přivedena na rezistor, takže LED je zde relativně chráněna.

Video: PROČ NEMUSÍTE INSTALOVAT SPÍNAČ S PODSVĚTLEM

Bezpečnostní opatření

Bezpečnostní opatření při práci ve stávajících instalacích upravuje Pracovní řád pro provoz elektroinstalací. Neplatí pro domácí dílnu, ale při zapojování LED do sítě 220 V je třeba vzít v úvahu jejich základní principy. Hlavním bezpečnostním pravidlem při práci s jakoukoli elektroinstalací je, že všechny práce musí být prováděny s odpojeným napětím, čímž je vyloučeno chybné nebo neúmyslné, neoprávněné zapnutí. Po vypnutí vypínače je třeba zkontrolovat nepřítomnost napětí zkoušečkou. Vše ostatní je použití dielektrických rukavic, rohoží, dočasného uzemnění atd. Doma je to obtížné, ale musíte si uvědomit, že bezpečnostních opatření není nikdy příliš mnoho.

Elektrotechnik. Specialista na konstrukci a provoz elektrotechnických výrobků.

Pro připojení LED k síti 220V AC obvod používá specializované napájecí zdroje, které se nazývají ovladače LED. Jeho hlavními technickými parametry jsou proud a výkon. Pro správné připojení přes driver lze použít pevný nebo nastavitelný výstupní proud. Pokud navrhujete osvětlení Ice, pak to bude mnohem pohodlnější s regulátorem. Obvykle jsou ledové čipy připojeny k ovladači sériově, což vám umožňuje získat téměř stejný proud přes každou součást obvodu. Hlavní nevýhodou takového řetězce bude selhání celého obvodu, pokud shoří alespoň jedna LED. Konstrukce měniče může být různá, od jednoduché konstrukce založené na zhášecím kondenzátoru až po pokročilou s téměř nulovým koeficientem zvlnění.

Princip fungování většiny zvažovaných schémat pro připojení LED k síti 220V je přibližně stejný. Omezují proud a odříznou zpětnou vlnu střídavého napětí. Protože většina LED se bojí vysokého zpětného napětí, je v obvodech použita blokovací dioda. Ten používal IN4004 – je určen pro napětí nad 300 voltů. Pokud potřebujete připojit mnoho komponent vyzařujících světlo na 220V, měli byste je zapojit do série.

Níže diskutované amatérské rádiové konstrukce lze použít při výrobě domácích barevných a hudebních zařízení, různých indikátorů úrovně signálu, hladkého zapínání a vypínání osvětlení atd.

Příkladem takového zahrnutí je typický LED pásek s napětím 220 voltů. Má 60 polovodičových LED zapojených do série, které přijímají energii z usměrňovače (typický diodový můstek). Nevýhodou tohoto schématu připojení na 220V jsou silné světelné pulzace.

Schéma zapojení pro LED na 220V pomocí kondenzátoru

V tomto schématu pro připojení LED na 220V je přepětí odpojeno pomocí kondenzátoru, který je vybrán na základě referenčních parametrů proudu LED. Výkon rezistoru od 0.25 W nebo vyšší. Kondenzátor musí být alespoň 300 voltů. Hodnota zenerovy diody by měla být brána o něco vyšší než napájecí napětí LED, například při 5 voltech je domácí zenerova dioda KS156A perfektní.

Obvod funguje následovně: při zapnutí napájení 220V se kondenzátor C1 začne nabíjet, přičemž z jedné půlvlny se nabíjí přímo a z druhé zenerovou diodou. Jak se napětí na kondenzátoru zvyšuje, zenerova dioda zvyšuje svůj vnitřní odpor, čímž omezuje nabíjecí napětí kondenzátoru. Tento obvod se používá v případě napájení LED s vysokým provozním proudem – od 20 mA nebo více.

Typickým příkladem takového designu je DIY 220V LED lampa. Deska s LED komponenty by měla být instalována na chladiči a poblíž umístěn stabilizátor. Pokud je ovladač nekvalitní, bude světlo blikat frekvencí asi 100 Hertzů. Takové prodloužené pulzace mohou způsobit nenapravitelné poškození zdraví lidí nebo domácích zvířat.

U LED diod připojených k obvodu 220 voltů byste se při vytváření lamp měli vždy snažit snížit úroveň pulzace kvůli jejich negativnímu dopadu na lidský vizuální systém. Vše závisí na frekvenci: čím je nižší, tím je pulsace pro oko patrnější. Při frekvencích nad 300 Hz jsou pulzace zcela neviditelné a pro oči tedy bezpečné.

Ale pulsace na frekvencích 60-80 Hz a dokonce 100-150 Hz nejsou prakticky vnímány vizuálně, ale způsobují zvýšenou únavu očí a při delší expozici mohou také zhoršit vidění.

Níže se podíváme na schémata, jak zapnout LED v 220voltové síti, aby se snížilo zvlnění. Nejjednodušší způsob je zapojit vyhlazovací kondenzátor paralelně s komponentou vyzařující světlo.

Tabulka – Závislost proudu procházejícího LED na kapacitě předřadného kondenzátoru.

Aby se kondenzátor C1 zbavil zbytečného náboje, je k němu paralelně připojen vysokoodporový rezistor.

Blikající LED obvod s připojením 220V

Jakmile je do blikajícího obvodu LED přivedeno napájení, kondenzátor C2 se začne nabíjet přes rezistor a diodu D1. Konstantní napětí vycházející z kondenzátoru periodicky otevírá DB3 dinistor, což způsobí, že se LED krátce rozsvítí. Frekvence záblesků je nastavena kapacitou kondenzátoru a jas záblesků odporem rezistoru.

Schéma zapojení skupiny LED do sítě 220V

Odpor R1 je určen k tlumení amplitudy proudových rázů, které vznikají: v okamžiku volby jasu žhavení páčkovým přepínačem SA1, v okamžiku připojení k síti střídavého napětí 220V a při nabíjení kondenzátorů. Kondenzátor C4 slouží ke snížení zvlnění napětí po usměrnění střídavého napětí, čímž se snižuje riziko poškození LED při napájení ze sítě 220V.

Při montáži desky ovladače je třeba vzít v úvahu skutečnost, že napětí na kondenzátoru C4 při použití LED typu 504UWC by mělo být 30,7 voltů při volbě jasného provozního režimu (horní poloha vícepolohového přepínače SA1)

V zásadě můžete použít jiné jasné LED s bílým svitem, například RL30-WH744D, RL50-WH744D, DB10D-439AWD, RL30-WH744D, RL80-WH744D.

Před prvním připojením girlandy LED do sítě 220V je potřeba vše pečlivě zkontrolovat. Především správná polarita připojení skupiny LED ke kapacitě C4.

Vzhledem k tomu, že kondenzátor C4 je nabitý, po vypnutí napájení bude na několik sekund vidět slabé světlo LED.

Schéma připojení LED k 1,5V baterii

Jak víte z kurzu elektroniky, připojit LED přímo na 1,5V AA baterii prostě nejde. Dochází k tomu z toho důvodu, že úbytek napětí na LED obvykle přesahuje hodnotu daného napájecího zdroje