LED diody jsou široce používány jako světelné zdroje. Jsou však navrženy pro nízké napájecí napětí a často je nutné zapnout LED v domácí síti 220 V. S malou znalostí elektrotechniky a schopností provádět jednoduché výpočty je to možné.
Způsoby připojení
Standardní provozní podmínky pro většinu LED jsou 1,5-3,5 V napětí a 10-30 mA proud. Při přímém připojení zařízení k domácí elektrické síti bude jeho životnost řádově desetin sekundy. Všechny problémy s připojením LED do sítě se zvýšeným napětím oproti běžnému pracovnímu napětí se skládají ze splácení přebytečného napětí a omezení proudu protékajícího prvkem vyzařujícím světlo. Ovladače – elektronické obvody – se s tímto úkolem vyrovnají, ale jsou poměrně složité a skládají se z velkého počtu komponent. Jejich použití má smysl při napájení LED matice s mnoha LED. Existují jednodušší způsoby, jak spojit jeden prvek.
Zapojení pomocí rezistoru
Nejviditelnějším způsobem je zapojit rezistor do série s LED. Sníží nadměrné napětí a omezí proud.
Schéma pro zapnutí LED s předřadným odporem.
Výpočet tohoto odporu se provádí v následujícím pořadí:
- Nechť je tam LED se jmenovitým proudem 20 mA a úbytkem napětí 3 V (skutečné parametry viz manuál). Je lepší vzít 80% jmenovitého provozního proudu – LED ve světelných podmínkách bude žít déle. Iwork=0,8 Inom=16 mA.
- Na přídavném odporu poklesne síťové napětí mínus pokles napětí na LED. Urab u310d 3-307 uXNUMXd XNUMX V. Je zřejmé, že téměř veškeré napětí bude na rezistoru.
Důležité! Při výpočtu je nutné použít nikoli efektivní hodnotu síťového napětí (220 V), ale hodnotu amplitudy (špičkovou) – 310 V.
- Hodnota přídavného odporu se zjistí podle Ohmova zákona: R = Urab / Irab. Protože proud je vybrán v miliampérech, odpor bude v kiloohmech: R u307d 16/19,1875 u20d XNUMX. Nejbližší hodnota ze standardního rozsahu je XNUMX kOhm.
- Abychom zjistili výkon rezistoru pomocí vzorce P=UI, musí se provozní proud vynásobit úbytkem napětí na zhášecím odporu. Při jmenovitém výkonu 20 kOhm bude průměrný proud 220 V / 20 kOhm = 11 mA (zde můžete vzít v úvahu efektivní napětí!) A výkon bude 220 V * 11 mA = 2420 mW nebo 2,42 W. Ze standardní řady si můžete vybrat 3W rezistor.
Důležité! Tento výpočet je zjednodušený, nebere vždy v úvahu úbytek napětí na LED a její odpor v zapnutém stavu, ale pro praktické účely je přesnost dostatečná.
Můžete tedy připojit řetězec sériově zapojených LED. Při výpočtu je nutné vynásobit úbytek napětí na jednom prvku jejich celkovým počtem.
Sériové zapojení diody vysokého zpětného napětí (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 aplikované na řetěz klesne převážně na LED. A není navržen tak, aby fungoval jako vysokonapěťový usměrňovač, a může brzy selhat. Pro boj s tímto jevem se často doporučuje zapojit do série přídavnou diodu, která vydrží zpětné napětí.
Spínací obvod s přídavnou diodou.
Ve skutečnosti se při tomto zařazení přivedené zpětné napětí rozdělí mezi diody přibližně na polovinu a LED bude o něco světlejší, když na ni dopadne asi 150 V nebo o něco méně, ale její osud bude stále smutný.
Posunování LED konvenční diodou
Toto schéma připojení je mnohem efektivnější:
Schéma s přídavnou diodou.
Zde je prvek vyzařující světlo připojen naproti a paralelně k přídavné diodě. Při záporné půlvlně se přídavná dioda otevře 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 nemůže přijít myšlenka – proč používat zbytečnou diodu, když ji lze nahradit stejným světelným zářičem? Toto je správná úvaha. A logicky je schéma znovuzrozeno v následující verzi:
Schéma s přídavnou LED.
Zde je stejná LED použita jako ochranný prvek. Při zpětné půlvlně chrání první prvek a zároveň vyzařuje. S přímou půlvlnou sinusoidy LED mění role. Výhodou obvodu je plné využití napájecího zdroje. Místo jednotlivých prvků můžete zapnout řetězy LED v dopředném a zpětném směru. Pro výpočet lze použít stejný princip, ale úbytek napětí na LED se násobí počtem LED instalovaných v jednom směru.
S kondenzátorem
Místo rezistoru lze použít kondenzátor. Ve střídavém obvodu se chová poněkud jako odpor. Jeho odpor závisí na frekvenci, ale v domácí síti se tento parametr nemění. Pro výpočet můžete vzít vzorec X u1d 2 / (3,14 * XNUMX * f * C), kde:
- X je reaktance kondenzátoru;
- f je frekvence v hertzech, v uvažovaném případě je rovna 50;
- C je kapacita kondenzátoru ve faradech, pro převod na uF použijte faktor 10 -6.
V praxi se používá následující vzorec:
- C je požadovaná kapacita v mikrofaradech;
- Irab – provozní proud LED;
- U-Ud – rozdíl mezi napájecím napětím a úbytkem napětí na prvku vyzařujícím světlo – má praktický význam při použití řetězce LED. Při použití jedné LED je možné s dostatečnou přesností vzít hodnotu U rovnou 310 V.
Kondenzátory lze použít s provozním napětím nejméně 400 V. Vypočtené hodnoty proudů charakteristické pro tyto obvody jsou uvedeny v tabulce:
| Provozní proud, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Kapacita předřadného kondenzátoru, μF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Výsledné hodnoty jsou poměrně vzdálené standardnímu rozsahu kapacit. Takže pro proud 20 mA 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 400 V a výše jsou poměrně velké. A to není vše. Při použití balastní nádrže je okruh zarostlý dalšími prvky:
Spínací obvod s předřadným kondenzátorem.
Z bezpečnostních důvodů je instalován odpor R1. Pokud je obvod napájen z 220 V a následně odpojen od sítě, kondenzátor se nevybije – bez tohoto rezistoru nebude obvod vybíjecího proudu. Pokud se nedopatřením dotknete svorek nádoby, může dojít k úrazu elektrickým proudem. Odpor tohoto rezistoru lze volit v řádu stovek kiloohmů, v provozním stavu je bočníkem kapacitní a neovlivňuje činnost obvodu.
Rezistor R2 je potřebný k omezení náběhu nabíjecího proudu kondenzátoru. Dokud nebude kapacita nabita, nebude sloužit jako omezovač proudu a během této doby může mít LED čas selhat. Zde musíte zvolit hodnotu několika desítek ohmů, také to nebude mít vliv na činnost obvodu, i když to lze při výpočtu vzít v úvahu.
Příklad zapnutí LED ve vypínači
Jedním z častých příkladů praktického použití LED v obvodu 220 V je indikace vypnutého stavu vypínače v domácnosti a usnadnění nalezení jeho umístění ve tmě. LED zde pracuje s proudem asi 1 mA – záře bude slabá, ale ve tmě znatelná.
Indikace stavu jističe.
Zde lampa slouží jako přídavný omezovač proudu, když je spínač v otevřené poloze, a převezme malý zlomek zpětného napětí. Ale většina zpětného napětí je aplikována přes rezistor, takže LED je zde relativně chráněna.
Video: PROČ NEINSTALOVAT SPÍNAČ OSVĚTLENÍ
Bezpečnostní opatření
Bezpečnostní opatření při práci ve stávajících instalacích upravují Pravidla pro ochranu práce při provozu elektrických instalací. 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 nedobrovolné, neoprávněné zapnutí. Po vypnutí vypínače je třeba zkontrolovat nepřítomnost napětí zkoušečkou. Vše ostatní je použití dielektrických rukavic, rohoží, uložení dočasného uzemnění atd. doma těžko proveditelné, ale musíme si uvědomit, že existuje jen málo bezpečnostních opatření.
