Kaip prijungti šviesos diodą prie apšvietimo tinklo

Perskaitęs šią antraštę, kažkas gali paklausti: „Kodėl?“ Taip, jei tik klijuosi LED net jei jis yra prijungtas pagal tam tikrą modelį, jis neturi praktinės vertės, jis neduos jokios naudingos informacijos. Bet jei jūs prijungiate tą patį šviesos diodą lygiagrečiai su kaitinimo elementu, kurį kontroliuoja temperatūros reguliatorius, galite vizualiai valdyti viso prietaiso veikimą. Kartais ši nuoroda leidžia atsikratyti daugelio mažų problemų ir rūpesčių.

Atsižvelgiant į tai, kas jau buvo pasakyta apie šviesos diodų įjungimą ankstesniuose straipsniuose, užduotis atrodo nereikšminga: tiesiog nustatykite norimos vertės ribinį varžą ir problema bus išspręsta. Bet visa tai gerai, jei maitinate šviesos diodą nuolatiniu pastovia įtampa: kai jie prijungė šviesos diodą į priekį, jis liko.

Kai dirbate su kintama įtampa, viskas nėra taip paprasta. Faktas yra tas, kad be tiesioginės įtampos, šviesos diodui taip pat turės įtakos atvirkštinio poliškumo įtampa, nes kiekvienas sinusoido pusinis ciklas keičia savo ženklą į priešingą pusę. Ši atvirkštinė įtampa šviesos diodo nešviečia, tačiau ji labai greitai gali tapti nenaudojama. Todėl būtina imtis priemonių apsisaugoti nuo šios „kenksmingos“ įtampos.

Elektros tinklo įtampa turi būti apskaičiuojama pagal 310 V įtampą. Kodėl? Čia viskas labai paprasta: 220 V yra srovės įtampa, amplitudės vertė yra 220 * 1,41 = 310V. Amplitudės įtampa prie šaknies du kartus (1,41) didesnė už srovę, ir to nereikėtų pamiršti. Čia yra šviesos diodui taikoma į priekį ir atgal nukreipta įtampa. Reikia apskaičiuoti gesinimo rezistoriaus varžą nuo 310 V vertės, o šviesos diodas yra apsaugotas nuo šios įtampos, tik atvirkštinio poliškumo.

Kaip apsaugoti šviesos diodą nuo atvirkštinės įtampos

Beveik visų šviesos diodų atvirkštinė įtampa neviršija 20 V, nes niekas nesiruošė ant jų gaminti aukštos įtampos lygintuvo. Kaip atsikratyti tokios nelaimės, kaip apsaugoti LED nuo šios atvirkštinės įtampos?

Pasirodo, viskas labai paprasta. Pirmasis būdas yra įjungti įprastą su šviesos diodu lygintuvo diodas su aukšta atvirkštinė įtampa (ne žemesnė kaip 400 V), pvz., 1N4007 - atvirkštinė įtampa 1000 V, įėjimo srovė 1A. Būtent jis nepraleis aukštos įtampos, susijusios su neigiamu LED poliškumu. Tokios apsaugos schema parodyta 1a pav.

Antrasis ne mažiau efektyvus metodas yra tiesiog apšviesti šviesos diodą kitu diodu, įjungtu priešpriešiniu lygiagrečiu, 1b pav. Taikant šį metodą, apsauginis diodas net nebūtinai turi būti su aukšta atvirkštinė įtampa, pakanka bet kokio mažos galios diodo, pavyzdžiui, KD521.

Be to, galite tiesiog įjungti priešingai - lygiagrečiai du šviesos diodus: atidarę po vieną, jie patys saugos vienas kitą ir net abu skleis šviesą, kaip parodyta 1c paveiksle. Tai paaiškėja jau trečiuoju apsaugos metodu. Visos trys apsaugos schemos parodytos 1 paveiksle.

1 paveikslas. Apsauginiai grandinės šviesos diodai nuo atvirkštinės įtampos

Ribojantis rezistorius šiose schemose turi 24K resistance varžą, kuri suteikia apie 220/24 = 9,16mA srovę, kai aktyvioji įtampa yra 220V, kurią galima suapvalinti iki 9. Tada gesinimo rezistoriaus galia bus 9 * 9 * 24 = 1944mW, beveik du vatai. Nepaisant to, kad srovė per LED yra ribota iki 9mA. Tačiau ilgas rezistoriaus naudojimas esant maksimaliai galiai nieko gero neduos: pirmiausia jis pasidarys juodas, o paskui visiškai sudegs. Norint to išvengti, rekomenduojama iš eilės sumontuoti du 12Kohm varžus, kurių kiekvieno galia yra 2W.

Jei dabartinį lygį nustatysite iki 20mA, tada galios rezistorius bus dar daugiau - 20 * 20 * 12 = 4800mW, beveik 5W! Natūralu, kad niekas negali sau leisti tokios galios krosnies patalpoms šildyti. Tai pagrįsta vienu šviesos diodu, bet kas, jei yra visuma LED girlianda?

Kondensatorius - bevielio varža

1a paveiksle pavaizduota grandinė, apsauginis diodas D1 „nutraukia“ neigiamą kintamos įtampos pusės ciklą, todėl aušinimo rezistoriaus galia sumažėja perpus. Vis dėlto galia išlieka labai reikšminga. Todėl dažnai kaip ribojantis rezistorius balasto kondensatorius: jis apribos srovę ne blogiau nei rezistorius, bet neišduos šilumos. Galų gale, ne veltui kondensatorius dažnai vadinamas laisvu atsparumu. Šis perjungimo būdas parodytas 2 paveiksle.

2 pav. Šviesos diodo įjungimo per balasto kondensatorių schema

Čia viskas atrodo gerai, net yra apsauginis diodas VD1. Tačiau dvi detalės nepateiktos. Pirma, kondensatorius C1, išjungęs grandinę, gali likti įkrautas ir laikyti krūvį tol, kol kas nors jį išmes savo ranka. Ir tai, patikėk manimi, tikrai kada nors įvyks. Elektros smūgis, be abejo, nėra mirtinas, o gana jautrus, netikėtas ir nemalonus.

Todėl, norint išvengti tokio nepatogumo, šie gesinimo kondensatoriai yra atjungti rezistoriumi, kurio varža yra 200 ... 1000K. Tokia pati apsauga yra įmontuota be transformatoriaus maitinimo šaltiniuose su gesinimo kondensatoriumi, optronuose ir kai kuriose kitose grandinėse. 3 paveiksle šis rezistorius žymimas R1.

3 pav. Šviesos diodo prijungimo prie apšvietimo tinklo schema

Be rezistoriaus R1, grandinėje pasirodo ir rezistorius R2. Jos tikslas yra apriboti srovės įsiskverbimą per kondensatorių, kai naudojama įtampa, o tai padeda apsaugoti ne tik diodus, bet ir patį kondensatorių. Iš praktikos žinoma, kad nesant tokio rezistoriaus, kondensatorius kartais nutrūksta, jo talpa tampa daug mažesnė už nominalią. Nereikia nė sakyti, kad kondensatorius turi būti keramikinis, kai darbinė įtampa yra ne mažesnė kaip 400 V, arba specialus, skirtas darbui kintamosios srovės grandinėse, esant 250 V įtampai.

Kitas svarbus vaidmuo skiriamas rezistoriui R2: sugedus kondensatoriui, jis veikia kaip saugiklis. Žinoma, šviesos diodus taip pat teks pakeisti, tačiau bent jau jungiamieji laidai išliks nepažeisti. Tiesą sakant, tokiu būdu saugiklis veikia bet kuriame perjungimo maitinimo šaltinis, - sudegė tranzistoriai, o plokštė liko beveik nepaliesta.

3 paveiksle pavaizduotoje schemoje parodytas tik vienas šviesos diodas, nors iš tikrųjų kelis iš jų galima įjungti paeiliui. Apsauginis diodas visiškai susidoros tik su savo užduotimi, tačiau balasto kondensatoriaus talpa turės būti bent apytiksliai apskaičiuota.

Kaip apskaičiuoti gesinimo kondensatoriaus talpą

Norint apskaičiuoti gesinimo rezistoriaus varžą, iš maitinimo įtampos reikia atimti įtampos kritimą ant šviesos diodo. Jei keli šviesos diodai yra sujungti nuosekliai, tada tiesiog pridėkite jų įtampą ir atimkite iš maitinimo įtampos. Žinant šią liekamąją įtampą ir reikalingą srovę, pagal Ohmo įstatymą, rezistoriaus varžą apskaičiuoti labai paprasta: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Čia U yra maitinimo įtampa, Ud - įtampos kritimas per šviesos diodus (jei šviesos diodai yra sujungti nuosekliai, tada Ud yra įtampos kritimų per visus šviesos diodus suma), I yra srovė per šviesos diodus, R yra užgesusio rezistoriaus varža. Čia, kaip visada, įtampa voltais, srovė amperuose, rezultatas omuose, 0,75 yra patikimumo didinimo koeficientas. Ši formulė jau buvo pateikta straipsnyje. "Dėl šviesos diodų naudojimo".

Skirtingų spalvų šviesos diodų tiesioginės įtampos kritimo dydis yra skirtingas. Esant 20 mA srovei, raudoni šviesos diodai yra 1,6 ... 2,03 V, geltoni 2,1 ... 2,2 V, žali 2,2 ... 3,5 V, mėlyni - 2,5 ... 3,7 V. Baltieji šviesos diodai turi didžiausią įtampos kritimą, plataus išmetimo spektro - 3,0 ... 3,7 V.Nesunku pastebėti, kad šio parametro sklaida yra pakankamai plati.

Čia pateikiami tik kelių tipų šviesos diodų įtampos kritimai pagal spalvą. Iš tikrųjų šių spalvų yra kur kas daugiau, o tikslią vertę galima sužinoti tik konkretaus LED apšvietimo techninėje dokumentacijoje. Bet dažnai to nereikia: norint gauti praktikai priimtiną rezultatą, užtenka formulėje pakeisti kokią nors vidutinę vertę (paprastai 2 V), žinoma, jei tai nėra šimtų šviesos diodų girlianda.

Gręžimo kondensatoriaus talpai apskaičiuoti taikoma empirinė formulė C = (4,45 * I) / (U-Uд).

kur C yra kondensatoriaus talpa mikrofaradose, I yra srovė miliamperais, U yra tinklo amplitudė voltais. Naudojant trijų iš eilės sujungtų baltų šviesos diodų grandinę, Ud yra apie 12 V, U yra 310 V tinklo įtampa, norint apriboti srovę iki 20 mA, kondensatorius su

C = (4,45 * I) / (U-Uд) = C = (4,45 * 20) / (310-12) = 0,29865 μF, beveik 0,3 μF.

Artimiausia standartinė kondensatoriaus vertė yra 0,15 μF, todėl norint naudoti šią grandinę, reikės naudoti du lygiagrečiai sujungtus kondensatorius. Čia būtina padaryti pastabą: formulė galioja tik esant 50 Hz kintamos įtampos dažniui. Kitų dažnių rezultatai bus neteisingi.

Pirmiausia reikia patikrinti kondensatorių

Prieš naudodamiesi kondensatoriumi, jį reikia patikrinti. Pradedantiesiems tiesiog įjunkite 220 V, geriau per 3 ... 5A saugiklį ir po 15 minučių patikrinkite, ar liečiama, bet ar pastebimas šildymas? Jei kondensatorius yra šaltas, tuomet galite juo naudotis. Priešingu atveju būtinai pasiimkite kitą, taip pat iš anksto patikrinkite. Galų gale, viskas tas pats, 220V jau nėra 12, čia viskas yra šiek tiek kitaip!

Jei šis testas buvo sėkmingas, kondensatorius nešildė, tada galite patikrinti, ar skaičiavimuose nebuvo klaidų, ar kondensatorius yra tas pats. Norėdami tai padaryti, tinkle turite įjungti kondensatorių, kaip ir ankstesniu atveju, tik per ampermetrą. Natūralu, kad ampermetras turėtų būti kintamasis.

Tai priminimas, kad ne visi šiuolaikiniai skaitmeniniai multimetrai gali matuoti kintamąją srovę: paprasti, pigūs prietaisai, pavyzdžiui, labai populiarūs radijo mėgėjų DT838 serijasugeba išmatuoti tik nuolatinę srovę, kurią toks ampermetras parodys matuojant kintamąją srovę, kurio niekas nežino. Greičiausiai tai bus malkų kaina ar temperatūra Mėnulyje, bet ne kintamoji srovė per kondensatorių.

Jei išmatuota srovė yra maždaug tokia pati, kokia paaiškėjo apskaičiuojant pagal formulę, tuomet galite saugiai prijungti šviesos diodus. Jei vietoj numatomo 20 ... 30 mA paaiškėjo 2 ... 3A, tada čia neteisingai nuskaityta klaida skaičiavimuose arba kondensatoriaus žymėjimas.

Apšviesti jungikliai

Čia galite sutelkti dėmesį į kitą būdą, kaip įjungti šviesos diodą naudojamame apšvietimo tinkle su apšvietimu jungikliuose. Jei toks jungiklis yra išmontuotas, tuomet galite pastebėti, kad ten nėra apsauginių diodų. Taigi viskas, kas parašyta šiek tiek aukščiau, yra nesąmonė? Ne visai, tereikia atidžiai apžiūrėti išardytą jungiklį, tiksliau - rezistoriaus vertę. Paprastai jo nominalioji vertė yra ne mažesnė kaip 200K, galbūt net šiek tiek daugiau. Tuo pačiu metu akivaizdu, kad srovė per šviesos diodą bus apribota iki maždaug 1 mA. Apšviestos grandinės schema parodyta 4 paveiksle.

4 paveikslas. LED jungties schema jungiklyje su apšvietimu

Čia keli rezistoriai nužudomi vienu rezistoriumi. Žinoma, srovė per LED bus maža, ji švytės silpnai, bet gana ryškiai, kad pamatytų šį spindesį tamsią naktį kambaryje. Bet po pietų šis spindesys visai nereikalingas! Taigi leisk sau nepastebimai spindėti.

Tokiu atveju atvirkštinė srovė bus silpna, tokia silpna, kad LED lemputė jokiu būdu negali degti. Taigi sutaupyta tiksliai vienam apsauginiam diodui, kuris buvo aprašytas aukščiau. Išleidus milijonus, o gal net milijardus pertraukiklių per metus, sutaupoma nemažai.

Atrodytų, kad perskaičius straipsnius apie šviesos diodus, visi klausimai apie jų taikymą yra aiškūs ir suprantami. Tačiau įtraukiant šviesos diodus į įvairias grandines, vis dar yra daug subtilumų ir niuansų. Pavyzdžiui, lygiagretus ir nuoseklus sujungimas arba, kitu atveju, geros ir blogos grandinės.

Kartais norite surinkti kelių dešimčių šviesos diodų girliandas, bet kaip ją apskaičiuoti? Kiek šviesos diodų galima sujungti nuosekliai, jei yra maitinimo blokas, kurio įtampa yra 12 arba 24V? Šie ir kiti klausimai bus svarstomi kitame straipsnyje, kurį mes vadinsime „geros ir blogos LED perjungimo grandinės“.

Borisas Aladyshkinas