Σύνδεση ενός LED σε 220V
Οι LED ως πηγές φωτός είναι ευρέως διαδεδομένες. Είναι όμως σχεδιασμένα για χαμηλή τάση τροφοδοσίας και συχνά είναι απαραίτητο να συνδέσετε μια λυχνία LED σε δίκτυο 220 volt. Με λίγες γνώσεις ηλεκτρολογίας και την ικανότητα εκτέλεσης απλών υπολογισμών, αυτό είναι εφικτό.
Τρόποι σύνδεσης
Οι συνήθεις συνθήκες λειτουργίας για τις περισσότερες λυχνίες LED είναι μια τάση 1,5-3,5 V και ένα ρεύμα 10-30 mA. Όταν συνδέετε απευθείας μια συσκευή σε ένα οικιακό ηλεκτρικό δίκτυο, η διάρκεια ζωής της θα είναι ένα δέκατο του δευτερολέπτου. Όλα τα προβλήματα της σύνδεσης των LED στο δίκτυο αυξήθηκαν σε σύγκριση με την κανονική τάση λειτουργίας, και καταλήγουν στην απόσβεση της υπερβολικής τάσης και στον περιορισμό του ρεύματος που ρέει μέσω του στοιχείου εκπομπής φωτός. Το έργο αυτό εκτελείται από οδηγούς - ηλεκτρονικά κυκλώματα, τα οποία όμως είναι αρκετά πολύπλοκα και αποτελούνται από μεγάλο αριθμό εξαρτημάτων. Η χρήση τους έχει νόημα όταν τροφοδοτούν μια μήτρα LED με πολλές λυχνίες LED. Υπάρχουν απλούστεροι τρόποι για να συνδέσετε ένα μεμονωμένο στοιχείο.
Σύνδεση με αντίσταση
Ο πιο προφανής τρόπος είναι να συνδέσετε μια αντίσταση σε σειρά με τη λυχνία LED. Αυτό θα μειώσει την υπερβολική τάση και θα περιορίσει το ρεύμα.
Ο υπολογισμός αυτής της αντίστασης γίνεται ως εξής:
- Ας υποθέσουμε ότι υπάρχει μια λυχνία LED με ονομαστικό ρεύμα 20 mA και πτώση τάσης 3 V (οι πραγματικές παράμετροι θα πρέπει να αναζητηθούν σε ένα βιβλίο αναφοράς). Για το ρεύμα λειτουργίας είναι προτιμότερο να υποθέσετε το 80% του ονομαστικού - η λυχνία LED θα ζήσει περισσότερο σε χαλαρές συνθήκες. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Με την πρόσθετη αντίσταση, η τάση δικτύου θα πέσει μείον την πτώση τάσης στο LED. Urab=310-3=307V. Είναι προφανές ότι σχεδόν όλη η τάση θα βρίσκεται στον αντιστάτη.
Σημαντικό! Μην χρησιμοποιείτε την τάση λειτουργίας του δικτύου (220V) αλλά την τάση αιχμής των 310V.
- Χρησιμοποιήστε το νόμο του Ohm για να προσδιορίσετε την τιμή της προστιθέμενης αντίστασης: R=Urab/Irab. Καθώς το ρεύμα επιλέγεται σε milliamps, η αντίσταση θα είναι σε kiloohms: R=307/16= 19,1875. Η πλησιέστερη τιμή από το τυπικό εύρος είναι 20kΩ.
- Για να βρείτε την ισχύ της αντίστασης χρησιμοποιώντας τον τύπο P=UI, πρέπει να πολλαπλασιάσετε το ρεύμα λειτουργίας με την πτώση τάσης στην αντίσταση σβέσης. Με ονομαστική τιμή 20kOhm, το μέσο ρεύμα θα είναι 220V/20kOhm=11mA (μπορείτε να λάβετε υπόψη την rms τάση εδώ!) και η ισχύς θα είναι 220V*11mA=2420mW ή 2,42W. Μπορείτε να επιλέξετε μια αντίσταση 3W από την τυπική σειρά.
Σημαντικό! Αυτός ο υπολογισμός είναι απλοποιημένος και δεν λαμβάνει υπόψη την πτώση τάσης στο LED και την αντίστασή του στην ανοικτή κατάσταση, αλλά για πρακτικούς σκοπούς είναι αρκετά ακριβής.
Με τη μέθοδο αυτή είναι δυνατή η σύνδεση μιας αλυσίδας LED σε σειρά. Κατά τον υπολογισμό, πολλαπλασιάστε την πτώση τάσης ενός στοιχείου επί τον συνολικό αριθμό των στοιχείων.
Σύνδεση διόδου σε σειρά με υψηλή αντίστροφη τάση (400 V ή περισσότερο)
Η μέθοδος που περιγράφεται έχει ένα σημαντικό μειονέκτημα. Το LEDόπως κάθε διάταξη σύνδεσης p-n, μεταφέρει ρεύμα (και λάμπει) στο εμπρόσθιο ημίφως του εναλλασσόμενου ρεύματος. Στο αντίστροφο ημίχρονο είναι κλειδωμένο. Η αντίστασή του είναι υψηλή, πολύ υψηλότερη από την αντίσταση του έρματος. Και η τάση δικτύου πλάτους 310V που εφαρμόζεται στο κύκλωμα θα πέσει κυρίως στο LED. Και αυτό δεν έχει σχεδιαστεί για να λειτουργεί ως ανορθωτής υψηλής τάσης και μπορεί να αποτύχει αρκετά σύντομα. Για την καταπολέμηση αυτού του φαινομένου, συνιστάται συχνά η προσθήκη μιας πρόσθετης διόδου σε σειρά για να αντέχει την αντίστροφη τάση.
Στην πραγματικότητα, με μια τέτοια σύνδεση, η εφαρμοζόμενη ανάστροφη τάση θα μοιραστεί περίπου στο μισό μεταξύ των διόδων και η λυχνία LED θα είναι ελαφρώς ελαφρύτερη με πτώση περίπου 150V ή ελαφρώς μικρότερη, αλλά η μοίρα της θα εξακολουθεί να είναι άθλια.
Διακόπτης LED με κανονική δίοδο
Αυτό το σύστημα σύνδεσης είναι πολύ πιο αποτελεσματικό:
Εδώ το στοιχείο εκπομπής φωτός ενεργοποιείται αντίθετα και παράλληλα με την πρόσθετη δίοδο. Με το αρνητικό μισό κύμα η πρόσθετη δίοδος θα ανοίξει και όλη η τάση θα εφαρμοστεί στην αντίσταση. Εάν ο υπολογισμός που έγινε προηγουμένως ήταν σωστός, ο αντιστάτης δεν θα υπερθερμανθεί.
Παράλληλη σύνδεση δύο LED
Όταν εξετάζετε το προηγούμενο κύκλωμα, δεν μπορείτε παρά να σκεφτείτε - γιατί να χρησιμοποιήσετε μια άχρηστη δίοδο όταν μπορείτε να την αντικαταστήσετε με τον ίδιο φωτοεκπομπό; Αυτή είναι η σωστή συλλογιστική. Και λογικά, το κύκλωμα ξαναγεννιέται ως η επόμενη παραλλαγή:
Εδώ, η ίδια λυχνία LED χρησιμοποιείται ως προστατευτικό στοιχείο. Προστατεύει το πρώτο στοιχείο κατά τη διάρκεια του αντίστροφου ημίσεως και εκπέμπει κατά τη διαδικασία. Στο δεξιό μισό κύμα του ημιτονοειδούς κύματος οι λυχνίες LED αλλάζουν ρόλους. Το θετικό του κυκλώματος είναι ότι αξιοποιεί πλήρως τις δυνατότητες του τροφοδοτικού. Αντί για μεμονωμένα στοιχεία, μπορούν να ενεργοποιηθούν αλυσίδες λυχνιών LED προς τα εμπρός και προς τα πίσω. Η ίδια αρχή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον υπολογισμό, αλλά η πτώση τάσης στις λυχνίες LED πολλαπλασιάζεται με τον αριθμό των λυχνιών LED που είναι εγκατεστημένες προς μία κατεύθυνση.
Χρήση πυκνωτή
Ένας πυκνωτής μπορεί να χρησιμοποιηθεί αντί ενός αντιστάτη. Σε ένα κύκλωμα εναλλασσόμενου ρεύματος συμπεριφέρεται κάπως σαν αντίσταση. Η αντίστασή του εξαρτάται από τη συχνότητα, αλλά σε ένα οικιακό κύκλωμα αυτή η παράμετρος είναι σταθερή. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον τύπο X=1/(2*3,14*f*C) για να υπολογίσετε, όπου:
- Χ είναι η αντίδραση του πυκνωτή,
- f - συχνότητα σε Hertz, στην περίπτωσή μας είναι 50,
- C - χωρητικότητα του πυκνωτή σε farads, για μετατροπή σε μF χρησιμοποιήστε τον συντελεστή 10-6.
Στην πράξη χρησιμοποιείται ο τύπος:
C=4,45*Irab/(U-Ud), όπου:
- C - απαιτούμενη χωρητικότητα σε μF,
- Irab - ρεύμα λειτουργίας της λυχνίας LED,
- Η U-Ud - η διαφορά μεταξύ της τάσης τροφοδοσίας και της πτώσης τάσης στο στοιχείο εκπομπής φωτός - έχει πρακτική σημασία όταν χρησιμοποιείται μια αλυσίδα LED. Εάν χρησιμοποιείται μία μόνο λυχνία LED, μπορεί να θεωρηθεί ότι η τιμή U είναι 310 V με επαρκή ακρίβεια.
Μπορούν να χρησιμοποιηθούν πυκνωτές με τάση λειτουργίας τουλάχιστον 400 V. Στον πίνακα δίνονται τιμές υπολογισμού για ρεύματα που είναι τυπικά για τέτοια κυκλώματα:
| Ρεύμα λειτουργίας, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Χωρητικότητα του πυκνωτή ballast, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Οι τιμές που λαμβάνονται απέχουν αρκετά από τις τυπικές σειρές χωρητικότητας. Έτσι, για ένα ρεύμα 20mA, η παραγώγιση από 0,25 uF είναι 13% και από 0,33 uF, 14%. Η αντίσταση μπορεί να επιλεγεί με μεγαλύτερη ακρίβεια. Αυτό είναι το πρώτο μειονέκτημα του κυκλώματος. Το δεύτερο έχει ήδη αναφερθεί - οι πυκνωτές στα 400V και άνω έχουν αρκετά μεγάλες διαστάσεις. Αλλά δεν είναι μόνο αυτό. Με τη χρήση ενός πυκνωτή ballast το κύκλωμα εμπλουτίζεται επίσης με πρόσθετα στοιχεία:
Η αντίσταση R1 ρυθμίζεται για λόγους ασφαλείας. Εάν το κύκλωμα τροφοδοτείται από 220 V και στη συνέχεια αποσυνδεθεί από το δίκτυο, ο πυκνωτής δεν θα εκφορτιστεί - χωρίς αυτή την αντίσταση δεν θα υπάρχει κύκλωμα ρεύματος εκφόρτισης. Είναι εύκολο να πάθετε ηλεκτροπληξία αν αγγίξετε κατά λάθος τους ακροδέκτες του πυκνωτή. Η αντίσταση αυτής της αντίστασης μπορεί να επιλεγεί ως μερικές εκατοντάδες kilohms, στην κατάσταση λειτουργίας παρακάμπτεται από τη χωρητικότητα και δεν επηρεάζει τη λειτουργία του κυκλώματος.
Η αντίσταση R2 είναι απαραίτητη για τον περιορισμό του ρεύματος φόρτισης του πυκνωτή. Όσο η χωρητικότητα δεν είναι φορτισμένη, δεν θα λειτουργεί ως περιοριστής ρεύματος και κατά τη διάρκεια αυτού του χρόνου η λυχνία LED μπορεί να προλάβει να αποτύχει. Εδώ θα πρέπει να επιλέξετε μια ονομαστική τιμή μερικών δεκάδων ωμ, η οποία δεν θα επηρεάσει την απόδοση του κυκλώματος, αν και μπορεί να ληφθεί υπόψη στον υπολογισμό.
Παράδειγμα ενσωμάτωσης ενός LED σε διακόπτη φωτός
Ένα συνηθισμένο παράδειγμα πρακτικής χρήσης μιας λυχνίας LED σε ένα κύκλωμα 220 V είναι η ένδειξη της κατάστασης απενεργοποίησης ενός οικιακού διακόπτη και η ευκολότερη εύρεση της θέσης του στο σκοτάδι. Η λυχνία LED εδώ λειτουργεί με ρεύμα περίπου 1 mA - η λάμψη θα είναι αμυδρή, αλλά αισθητή στο σκοτάδι.
Εδώ, ο λαμπτήρας χρησιμεύει ως πρόσθετος περιοριστής ρεύματος όταν ο διακόπτης είναι ανοικτός και θα αναλάβει ένα μικρό κλάσμα της αντίστροφης τάσης. Αλλά το μεγαλύτερο μέρος της ανάστροφης τάσης εφαρμόζεται στον αντιστάτη, οπότε η λυχνία LED εδώ είναι σχετικά προστατευμένη.
βίντεο: ΓΙΑΤΙ ΜΗΝ εγκαταστήσετε έναν φωτιζόμενο διακόπτη
Οδηγίες ασφαλείας
Η υγεία και η ασφάλεια στην εργασία σε μια υφιστάμενη εγκατάσταση διέπεται από τους κανονισμούς ασφαλείας για τη λειτουργία των ηλεκτρικών εγκαταστάσεων. Δεν ισχύουν για το οικιακό εργαστήριο, αλλά οι βασικές αρχές τους πρέπει να λαμβάνονται υπόψη κατά τη σύνδεση μιας λυχνίας LED σε δίκτυο 220 V. Ο κύριος κανόνας ασφαλείας κατά την εργασία σε οποιαδήποτε ηλεκτρική εγκατάσταση είναι ότι όλες οι εργασίες πρέπει να εκτελούνται με αποσυνδεδεμένη την τάση, ώστε να αποφεύγεται η λανθασμένη ή ακούσια, μη εξουσιοδοτημένη ενεργοποίηση. Μετά την αποσύνδεση του διακόπτη κυκλώματος, η απουσία τάσης πρέπει να έλεγχος με ελεγκτή. Όλα τα υπόλοιπα - η χρήση διηλεκτρικών γαντιών, τα χαλιά, η εφαρμογή προσωρινής γείωσης κ.λπ. είναι δύσκολο να γίνουν στο σπίτι, αλλά πρέπει να θυμόμαστε ότι τα μέτρα ασφαλείας δεν είναι ποτέ ανεπαρκή.