So verbinden Sie die LED mit dem Beleuchtungsnetzwerk

Nach dem Lesen dieser Überschrift könnte jemand fragen: "Warum?" Ja, wenn du nur bleibst LED Selbst wenn es nach einem bestimmten Muster eingesteckt wird, hat es keinen praktischen Wert und bringt keine nützlichen Informationen. Wenn Sie jedoch dieselbe LED parallel zu einem Heizelement anschließen, das von einem Temperaturregler gesteuert wird, können Sie den Betrieb des gesamten Geräts visuell steuern. Manchmal können Sie mit dieser Anzeige viele kleine Probleme und Probleme beseitigen.

Im Lichte dessen, was bereits gesagt wurde Informationen zum Einschalten der LEDs in früheren ArtikelnDie Aufgabe scheint trivial: Stellen Sie einfach den Grenzwiderstand auf den gewünschten Wert ein, und das Problem ist behoben. Aber das alles ist gut, wenn Sie die LED mit einer gleichgerichteten konstanten Spannung versorgen: Da sie die LED in Vorwärtsrichtung angeschlossen haben, ist sie geblieben.

Bei der Arbeit mit Wechselspannung ist nicht alles so einfach. Tatsache ist, dass die LED zusätzlich zur Gleichspannung auch von der Spannung mit umgekehrter Polarität beeinflusst wird, da jede Halbwelle der Sinuskurve ihr Vorzeichen in das Gegenteil ändert. Diese Sperrspannung leuchtet die LED nicht auf, kann jedoch sehr schnell unbrauchbar werden. Daher müssen Maßnahmen zum Schutz vor dieser "schädlichen" Spannung getroffen werden.

Bei Netzspannung sollte die Berechnung des Löschwiderstandes auf einer Spannung von 310V basieren. Warum? Hier ist alles sehr einfach: 220V ist Stromspannungbeträgt der Amplitudenwert 220 * 1,41 = 310V. Die Amplitudenspannung an der Wurzel ist zwei (1,41) mal größer als der Strom, und dies sollte nicht vergessen werden. Hier ist die an die LED angelegte Vorwärts- und Rückwärtsspannung. Aus dem Wert von 310 V sollte der Widerstand des Löschwiderstands berechnet werden, und aus dieser Spannung mit nur umgekehrter Polarität wird die LED geschützt.

So schützen Sie die LED vor Sperrspannung

Bei fast allen LEDs überschreitet die Sperrspannung 20 V nicht, da niemand einen Hochspannungsgleichrichter an ihnen herstellen würde. Wie kann man ein solches Unglück loswerden, wie kann man die LED vor dieser Sperrspannung schützen?

Es stellt sich heraus, dass alles sehr einfach ist. Der erste Weg ist, den normalen mit der LED einzuschalten Gleichrichterdiode bei hoher Sperrspannung (nicht niedriger als 400 V), z. B. 1N4007 - Sperrspannung 1000 V, Durchlassstrom 1A. Er wird die Hochspannung mit negativer Polarität an der LED nicht verpassen. Das Schema eines solchen Schutzes ist in Fig. 1a gezeigt.

Die zweite Methode, die nicht weniger effektiv ist, besteht einfach darin, die LED mit einer anderen Diode zu überbrücken, die gegenparallel eingeschaltet ist (Abb. 1b). Bei diesem Verfahren muss die Schutzdiode nicht einmal eine hohe Sperrspannung aufweisen, eine Diode mit geringer Leistung, beispielsweise KD521, ist ausreichend.

Darüber hinaus können Sie einfach das Gegenteil einschalten - parallel zwei LEDs: Sie öffnen sich nacheinander, schützen sich gegenseitig und sogar beide senden Licht aus, wie in Abbildung 1c dargestellt. Dies ist bereits die dritte Schutzmethode. Alle drei Schutzschemata sind in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1. Schaltungsschutz-LEDs gegen Sperrspannung

Der Begrenzungswiderstand in diesen Schaltkreisen hat einen Widerstand von 24 kΩ, der bei einer Betriebsspannung von 220 V einen Strom in der Größenordnung von 220/24 = 9,16 mA liefert und auf 9 gerundet werden kann. Dann beträgt die Leistung des Löschwiderstands 9 * 9 * 24 = 1944 mW, fast zwei Watt. Dies trotz der Tatsache, dass der Strom durch die LED auf 9 mA begrenzt ist. Eine längere Verwendung des Widerstands bei maximaler Leistung führt jedoch zu nichts Gutem: Zuerst wird er schwarz und brennt dann vollständig aus. Um dies zu vermeiden, wird empfohlen, zwei Widerstände von 12 kOhm mit einer Leistung von jeweils 2 W in Reihe zu schalten.

Wenn Sie den aktuellen Pegel auf 20 mA einstellen, dann Leistungswiderstand wird noch mehr sein - 20 * 20 * 12 = 4800mW, fast 5W! Natürlich kann sich niemand einen solchen Strom für die Raumheizung leisten. Dies basiert auf einer LED, aber was ist, wenn es ein Ganzes gibt? LED-Girlande?

Kondensator - Wattloser Widerstand

In der in Abbildung 1a gezeigten Schaltung „schneidet“ die Schutzdiode D1 die negative Halbwelle der Wechselspannung ab, daher halbiert sich die Leistung des Löschwiderstands. Trotzdem bleibt die Macht sehr bedeutend. Daher oft als Begrenzungswiderstand Ballastkondensator: Er wird den Strom nicht schlechter als ein Widerstand begrenzen, aber er wird keine Wärme abgeben. Schließlich wird ein Kondensator nicht umsonst oft als freier Widerstand bezeichnet. Diese Schaltmethode ist in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 2. Diagramm zum Einschalten der LED über den Vorschaltgerätkondensator

Hier scheint alles in Ordnung zu sein, auch wenn es eine Schutzdiode VD1 gibt. Zwei Details werden jedoch nicht angegeben. Erstens kann der Kondensator C1 nach dem Ausschalten der Schaltung in einem geladenen Zustand bleiben und die Ladung speichern, bis jemand sie mit seiner eigenen Hand entlädt. Und das, glauben Sie mir, wird sicher eines Tages passieren. Der Stromschlag ist natürlich nicht tödlich, sondern empfindlich, unerwartet und unangenehm.

Um eine solche Störung zu vermeiden, werden diese Löschkondensatoren daher von einem Widerstand mit einem Widerstand von 200 ... 1000 K überbrückt. Der gleiche Schutz ist in transformatorlosen Netzteilen mit Löschkondensator, in Optokopplern und einigen anderen Schaltkreisen installiert. In 3 ist dieser Widerstand als R1 bezeichnet.

Abbildung 3. Anschlussplan der LED an das Beleuchtungsnetzwerk

Neben dem Widerstand R1 erscheint auch der Widerstand R2 in der Schaltung. Sein Zweck ist es, den Einschaltstrom durch den Kondensator beim Anlegen einer Spannung zu begrenzen, wodurch nicht nur die Dioden, sondern auch der Kondensator selbst geschützt werden. Aus der Praxis ist bekannt, dass in Abwesenheit eines solchen Widerstands der Kondensator manchmal bricht und seine Kapazität viel geringer als der Nennwert wird. Es ist unnötig zu erwähnen, dass der Kondensator für eine Betriebsspannung von mindestens 400 V aus Keramik oder für den Betrieb in Wechselstromkreisen für eine Spannung von 250 V speziell sein muss.

Eine weitere wichtige Rolle hat der Widerstand R2: Im Falle eines Ausfalls des Kondensators arbeitet er als Sicherung. Natürlich müssen auch die LEDs ausgetauscht werden, aber zumindest die Verbindungsdrähte bleiben intakt. In der Tat funktioniert eine Sicherung in jedem Fall so Schaltnetzteil, - die Transistoren sind durchgebrannt und die Leiterplatte blieb fast unberührt.

In dem in 3 gezeigten Diagramm ist nur eine LED gezeigt, obwohl tatsächlich mehrere von ihnen nacheinander eingeschaltet werden können. Die Schutzdiode wird ihre Aufgabe allein vollständig erfüllen, aber die Kapazität des Ballastkondensators muss zumindest ungefähr, aber immer noch berechnet werden.

Wie berechnet man die Kapazität eines Abschreckkondensators?

Um den Widerstand des Löschwiderstands zu berechnen, muss der Spannungsabfall an der LED von der Versorgungsspannung abgezogen werden. Wenn mehrere LEDs in Reihe geschaltet sind, addieren Sie einfach ihre Spannungen und subtrahieren Sie auch von der Versorgungsspannung. Wenn man diese Restspannung und den erforderlichen Strom kennt, ist es nach dem Ohmschen Gesetz sehr einfach, den Widerstand eines Widerstands zu berechnen: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Hier ist U die Versorgungsspannung, Ud ist der Spannungsabfall über den LEDs (wenn die LEDs in Reihe geschaltet sind, dann ist Ud die Summe der Spannungsabfälle über alle LEDs), I ist der Strom durch die LEDs, R ist der Widerstand des Löschwiderstands. Hier ist wie immer die Spannung in Volt, der Strom in Ampere, das Ergebnis in Ohm, 0,75 ist ein Koeffizient zur Erhöhung der Zuverlässigkeit. Diese Formel wurde bereits im Artikel angegeben. "Über die Verwendung von LEDs".

Die Größe des Gleichspannungsabfalls für LEDs unterschiedlicher Farben ist unterschiedlich. Bei einem Strom von 20 mA betragen die roten LEDs 1,6 ... 2,03 V, die gelben 2,1 ... 2,2 V, die grünen 2,2 ... 3,5 V, die blauen 2,5 ... 3,7 V. Weiße LEDs haben den höchsten Spannungsabfall mit einem breiten Emissionsspektrum von 3,0 ... 3,7V.Es ist leicht zu erkennen, dass die Streuung dieses Parameters groß genug ist.

Hier sind die Spannungsabfälle von nur wenigen Arten von LEDs, nur nach Farbe. Tatsächlich gibt es viel mehr dieser Farben, und der genaue Wert kann nur in der technischen Dokumentation für eine bestimmte LED gefunden werden. Oft ist dies jedoch nicht erforderlich: Um ein für die Praxis akzeptables Ergebnis zu erzielen, reicht es natürlich aus, einen Durchschnittswert (normalerweise 2 V) in der Formel zu verwenden, wenn dies keine Girlande aus Hunderten von LEDs ist.

Zur Berechnung der Kapazität eines Abschreckkondensators wird die empirische Formel C = (4,45 * I) / (U-Uд) angewendet

Dabei ist C die Kapazität des Kondensators in Mikrofarad, I der Strom in Milliampere und U die Amplitudennetzwerkspannung in Volt. Bei Verwendung einer Kette von drei in Reihe geschalteten weißen LEDs beträgt Ud ungefähr 12 V, U ist die Amplitude der Netzspannung von 310 V, ein Kondensator mit einer Kapazität von 20 mA wird benötigt, um den Strom zu begrenzen

C = (4,45 · I) / (U-Uд) = C = (4,45 · 20) / (310-12) = 0,29865 uF, fast 0,3 uF.

Der nächstgelegene Standardkondensatorwert beträgt 0,15 μF. Für die Verwendung in dieser Schaltung müssen daher zwei parallel geschaltete Kondensatoren verwendet werden. Hier ist eine Bemerkung zu machen: Die Formel gilt nur für eine Wechselspannungsfrequenz von 50 Hz. Bei anderen Frequenzen sind die Ergebnisse falsch.

Der Kondensator muss zuerst überprüft werden

Vor der Verwendung eines Kondensators muss dieser überprüft werden. Für den Anfang einfach 220 V anschließen, es ist besser durch eine Sicherung 3 ... 5A, und nach 15 Minuten auf Berührung prüfen, aber gibt es spürbare Erwärmung? Wenn der Kondensator kalt ist, können Sie ihn verwenden. Nehmen Sie andernfalls unbedingt einen anderen und überprüfen Sie ihn vorab. Immerhin ist 220V nicht mehr 12, hier ist alles etwas anders!

Wenn dieser Test erfolgreich war und sich der Kondensator nicht erwärmt hat, können Sie überprüfen, ob bei den Berechnungen ein Fehler aufgetreten ist und ob der Kondensator dieselbe Kapazität hat. Dazu müssen Sie den Kondensator wie im vorherigen Fall im Netzwerk nur über ein Amperemeter einschalten. Natürlich sollte das Amperemeter Wechselstrom sein.

Dies ist eine Erinnerung daran, dass nicht alle modernen Digitalmultimeter Wechselstrom messen können: einfache, billige Geräte, die beispielsweise bei Funkamateuren sehr beliebt sind DT838-Seriekönnen nur Gleichstrom messen, was ein solches Amperemeter bei der Messung von Wechselstrom anzeigt, den niemand kennt. Höchstwahrscheinlich ist es der Preis für Brennholz oder die Temperatur auf dem Mond, aber nicht der Wechselstrom durch den Kondensator.

Wenn der gemessene Strom ungefähr dem entspricht, der sich in der Berechnung gemäß der Formel herausgestellt hat, können Sie die LEDs sicher anschließen. Wenn sich anstelle der erwarteten 20 ... 30 mA 2 ... 3A herausstellten, wird hier entweder ein Fehler in den Berechnungen oder die Kondensatormarkierung falsch gelesen.

Beleuchtete Schalter

Hier können Sie sich auf eine andere Möglichkeit konzentrieren, die LED im verwendeten Beleuchtungsnetzwerk einzuschalten in hintergrundbeleuchteten Schaltern. Wenn ein solcher Schalter zerlegt wird, können Sie feststellen, dass dort keine Schutzdioden vorhanden sind. Alles, was etwas höher geschrieben steht, ist Unsinn? Überhaupt nicht, Sie müssen nur den zerlegten Schalter, genauer den Widerstandswert, genau betrachten. In der Regel beträgt der Nennwert nicht weniger als 200 K, vielleicht sogar etwas mehr. Gleichzeitig ist es offensichtlich, dass der Strom durch die LED auf etwa 1 mA begrenzt wird. Ein hintergrundbeleuchtetes Schaltbild ist in Abbildung 4 dargestellt.

Abbildung 4. LED-Anschlussdiagramm in einem Schalter mit Hintergrundbeleuchtung

Hier werden mehrere Widerstände mit einem Widerstand getötet. Natürlich wird der Strom durch die LED klein sein, sie wird schwach leuchten, aber ziemlich hell, um dieses Leuchten in einer dunklen Nacht im Raum zu sehen. Aber am Nachmittag ist dieses Leuchten überhaupt nicht notwendig! Lassen Sie sich also unmerklich erstrahlen.

In diesem Fall ist der Rückstrom schwach, so schwach, dass die LED in keiner Weise brennen kann. Daher die Einsparungen bei genau einer Schutzdiode, die oben beschrieben wurde. Mit der Freigabe von Millionen oder vielleicht sogar Milliarden von Leistungsschaltern pro Jahr sind die Einsparungen beträchtlich.

Es scheint, dass nach dem Lesen der Artikel über LEDs alle Fragen zu ihrer Anwendung klar und verständlich sind. Es gibt jedoch immer noch viele Feinheiten und Nuancen, wenn LEDs in verschiedenen Schaltkreisen enthalten sind. Zum Beispiel parallele und serielle Verbindung oder auf andere Weise gute und schlechte Schaltungen.

Manchmal möchten Sie eine Girlande mit mehreren Dutzend LEDs sammeln, aber wie berechnet man das? Wie viele LEDs können in Reihe geschaltet werden, wenn ein Netzteil mit einer Spannung von 12 oder 24 V vorhanden ist? Diese und andere Probleme werden im nächsten Artikel behandelt, den wir als "gute und schlechte LED-Schaltschemata" bezeichnen werden.

Boris Aladyshkin