Πώς να συνδέσετε το LED στο δίκτυο φωτισμού

Μετά την ανάγνωση αυτού του τίτλου, κάποιος μπορεί να ρωτήσει: "Γιατί;" Ναι, αν κολλήσεις LED ακόμη και αν είναι συνδεδεμένο σύμφωνα με ένα συγκεκριμένο σχέδιο, δεν έχει πρακτική αξία, δεν θα φέρει χρήσιμες πληροφορίες. Αν όμως συνδέσετε το ίδιο LED παράλληλα με ένα θερμαντικό στοιχείο που ελέγχεται από ένα ρυθμιστή θερμοκρασίας, μπορείτε να ελέγξετε οπτικά τη λειτουργία ολόκληρης της συσκευής. Μερικές φορές αυτή η ένδειξη σας επιτρέπει να απαλλαγείτε από πολλά μικρά προβλήματα και προβλήματα.

Υπό το πρίσμα όσων έχουν ήδη ειπωθεί σχετικά με την ενεργοποίηση των LED σε προηγούμενα άρθρα, η εργασία φαίνεται τετριμμένη: απλά ορίστε την περιοριστική αντίσταση της επιθυμητής τιμής και το ζήτημα επιλύθηκε. Αλλά όλα αυτά είναι καλά, εάν τροφοδοτείτε το LED με μια διορθωμένη σταθερή τάση: καθώς συνδέουν το LED στην προς τα εμπρός κατεύθυνση, παρέμεινε.

Όταν εργάζεστε σε εναλλασσόμενη τάση, όλα δεν είναι τόσο απλά. Το γεγονός είναι ότι, εκτός από την άμεση τάση, το LED θα επηρεαστεί επίσης από την τάση της αντίστροφης πολικότητας, επειδή κάθε ημι-κύκλος του ημιτονοειδούς μεταβάλλει το σημείο του στο αντίθετο. Αυτή η αντίστροφη τάση δεν θα ανάβει τη λυχνία LED, αλλά μπορεί να καταστεί άχρηστη πολύ γρήγορα. Ως εκ τούτου, είναι απαραίτητο να ληφθούν μέτρα για την προστασία από αυτή την "επιβλαβή" τάση.

Στην περίπτωση τάσης δικτύου, ο υπολογισμός της αντίστασης απόσβεσης πρέπει να βασίζεται σε τάση 310V. Γιατί; Τα πάντα είναι πολύ απλά εδώ: 220V είναι τρέχουσα τάση, η τιμή πλάτους είναι 220 * 1.41 = 310V. Η τάση πλάτους στη ρίζα δύο (1,41) φορές μεγαλύτερη από το ρεύμα, και αυτό δεν πρέπει να ξεχαστεί. Εδώ είναι η τάση προς τα εμπρός και αντίστροφη που εφαρμόζεται στο LED. Από την τιμή 310V πρέπει να υπολογίζεται η αντίσταση της αντίστασης απόσβεσης και από αυτή την τάση, μόνο αντίστροφη πολικότητα, το LED προστατεύεται.

Πώς να προστατεύσετε το LED από αντίστροφη τάση

Για σχεδόν όλες τις λυχνίες LED, η αντίστροφη τάση δεν υπερβαίνει τα 20V, επειδή κανείς δεν πρόκειται να κατασκευάσει έναν ανορθωτή υψηλής τάσης πάνω τους. Πώς να απαλλαγείτε από τέτοια ατυχία, πώς να προστατεύσει το LED από αυτή την αντίστροφη τάση;

Αποδεικνύεται ότι όλα είναι πολύ απλά. Ο πρώτος τρόπος είναι να ενεργοποιήσετε την κανονική με το LED ανορθωτή διόδου με υψηλή αντίστροφη τάση (όχι μικρότερη από 400V), για παράδειγμα 1N4007 - αντίστροφη τάση 1000V, εμπρόσθιο ρεύμα 1Α. Είναι αυτός που δεν θα χάσει την υψηλή τάση αρνητικής πολικότητας στο LED. Το σχήμα μιας τέτοιας προστασίας φαίνεται στο Σχ.1α.

Η δεύτερη μέθοδος, όχι λιγότερο αποτελεσματική, είναι απλώς η παρακώλυση της λυχνίας LED με μια άλλη δίοδο, ενεργοποιημένη σε αντί-παράλληλο, Σχήμα 1β. Με αυτή τη μέθοδο, η προστατευτική δίοδος δεν χρειάζεται καν να είναι με μεγάλη αντίστροφη τάση, είναι επαρκής οποιαδήποτε δίοδος χαμηλής ισχύος, για παράδειγμα KD521.

Επιπλέον, μπορείτε απλά να ενεργοποιήσετε το αντίθετο - παράλληλα, δύο LED: ανοίγοντας το ένα προς ένα, οι ίδιοι θα προστατεύσουν ο ένας τον άλλον και ακόμη και οι δύο θα εκπέμπουν φως, όπως φαίνεται στο σχήμα 1γ. Αυτό ήδη αποδεικνύει την τρίτη μέθοδο προστασίας. Και τα τρία συστήματα προστασίας φαίνονται στο σχήμα 1.

Σχήμα 1. LED προστασίας κυκλώματος έναντι αντίστροφης τάσης

Ο περιοριστικός αντιστάτης σε αυτά τα κυκλώματα έχει αντίσταση 24KΩ, η οποία, με τάση λειτουργίας 220V, παρέχει ρεύμα τάξης 220/24 = 9,16mA, μπορεί να στρογγυλοποιηθεί στο 9. Στη συνέχεια, η ισχύς της αντίστασης απόσβεσης θα είναι 9 * 9 * 24 = 1944mW, σχεδόν δύοwatt. Αυτό παρά το γεγονός ότι το ρεύμα μέσω του LED περιορίζεται στα 9mA. Αλλά η παρατεταμένη χρήση του αντιστάτη στη μέγιστη ισχύ δεν θα οδηγήσει σε κάτι καλό: πρώτα θα γίνει μαύρο και στη συνέχεια θα καεί τελείως. Για να αποφευχθεί αυτό, συνιστάται να τοποθετήσετε σε σειρά δύο αντιστάσεις 12Kohm με ισχύ 2W το καθένα.

Αν ρυθμίσετε το τρέχον επίπεδο στα 20mA, τότε ηλεκτρική αντίσταση θα είναι ακόμα περισσότερο - 20 * 20 * 12 = 4800mW, σχεδόν 5W! Φυσικά, κανείς δεν μπορεί να αντέξει μια σόμπα με τέτοια δύναμη για θέρμανση χώρου. Αυτό βασίζεται σε ένα LED, αλλά τι γίνεται αν υπάρχει ένα σύνολο LED γιρλάντα?

Πυκνωτής - Αντίστροφη αντίσταση

Το κύκλωμα που φαίνεται στο Σχήμα 1α, η προστατευτική δίοδος D1 «διακόπτει» την αρνητική ημιπερίοδο της εναλλασσόμενης τάσης και συνεπώς η ισχύς της αντίστασης απόσβεσης μειώνεται κατά το ήμισυ. Αλλά, παρ 'όλα αυτά, η δύναμη παραμένει πολύ σημαντική. Ως εκ τούτου, συχνά ως περιοριστική αντίσταση πυκνωτή έρματος: θα περιορίσει το ρεύμα δεν είναι χειρότερο από μια αντίσταση, αλλά δεν θα δώσει θερμότητα. Μετά από όλα, δεν είναι καθόλου ότι ένας πυκνωτής καλείται συχνά μια ελεύθερη αντίσταση. Αυτή η μέθοδος εναλλαγής φαίνεται στο σχήμα 2.

Εικόνα 2. Διάγραμμα ενεργοποίησης του LED μέσω του πυκνωτή έρματος

Όλα φαίνονται καλά εδώ, ακόμα και υπάρχει μια προστατευτική δίοδος VD1. Ωστόσο, δεν παρέχονται δύο λεπτομέρειες. Πρώτον, ο πυκνωτής C1 μετά την απενεργοποίηση του κυκλώματος μπορεί να παραμείνει σε κατάσταση φόρτισης και να αποθηκεύσει τη φόρτιση έως ότου κάποιος εκφορτίσει το με το δικό του χέρι. Και αυτό, πιστέψτε με, είναι βέβαιο ότι θα συμβεί κάποια μέρα. Το ηλεκτρικό σοκ, φυσικά, δεν είναι θανατηφόρο, αλλά μάλλον ευαίσθητο, απροσδόκητο και δυσάρεστο.

Επομένως, για να αποφευχθεί μια τέτοια όχληση, αυτοί οι πυκνωτές σβέσης αποφεύγονται από έναν αντιστάτη με αντίσταση 200 ... 1000K. Η ίδια προστασία εγκαθίσταται σε τροφοδοτικά χωρίς μετασχηματιστή με έναν πυκνωτή απόσβεσης, σε οπτικούς συζευκτήρες και σε ορισμένα άλλα κυκλώματα. Στο σχήμα 3, αυτή η αντίσταση χαρακτηρίζεται ως R1.

Εικόνα 3. Διάγραμμα σύνδεσης της λυχνίας LED στο δίκτυο φωτισμού

Εκτός από την αντίσταση R1, η αντίσταση R2 εμφανίζεται επίσης στο κύκλωμα. Σκοπός του είναι να περιορίσει την εισροή του ρεύματος μέσω του πυκνωτή όταν εφαρμόζεται τάση, πράγμα που βοηθά στην προστασία όχι μόνο των διόδων αλλά και του ίδιου του πυκνωτή. Είναι γνωστό από την πρακτική ότι απουσία μιας τέτοιας αντιστάσεως, ο πυκνωτής μερικές φορές σπάει, η χωρητικότητά του γίνεται πολύ μικρότερη από την ονομαστική. Περιττό να πούμε ότι ο πυκνωτής πρέπει να είναι κεραμικός για τάση λειτουργίας τουλάχιστον 400V ή ειδική για λειτουργία σε κυκλώματα εναλλασσόμενου ρεύματος για τάση 250V.

Ένας άλλος σημαντικός ρόλος αποδίδεται στην αντίσταση R2: σε περίπτωση βλάβης του πυκνωτή, λειτουργεί ως ασφάλεια. Φυσικά, τα LED θα πρέπει επίσης να αντικατασταθούν, αλλά τουλάχιστον τα συνδετικά καλώδια θα παραμείνουν άθικτα. Στην πραγματικότητα, έτσι λειτουργεί μια ασφάλεια τροφοδοσίας, - τα τρανζίστορ καίγονται και ο πίνακας κυκλωμάτων παρέμεινε σχεδόν ανέγγιχτος.

Στο διάγραμμα που φαίνεται στο σχήμα 3, εμφανίζεται μόνο μία λυχνία LED, αν και στην πραγματικότητα πολλά από αυτά μπορούν να ενεργοποιηθούν διαδοχικά. Η προστατευτική δίοδος θα ανταποκριθεί πλήρως στην αποστολή της μόνο, αλλά η χωρητικότητα του πυκνωτή έρματος θα πρέπει να υπολογιστεί, τουλάχιστον κατά προσέγγιση, αλλά ακόμα.

Πώς να υπολογίσετε την χωρητικότητα ενός πυκνωτή σβέσης

Προκειμένου να υπολογιστεί η αντίσταση της αντίστασης απόσβεσης, είναι απαραίτητο να αφαιρεθεί η πτώση τάσης στο LED από την τάση τροφοδοσίας. Εάν συνδέονται σε σειρά αρκετές λυχνίες LED, απλά προσθέστε τις τάσεις τους και αφαιρέστε τους από την τάση τροφοδοσίας. Γνωρίζοντας αυτή την υπολειπόμενη τάση και το απαιτούμενο ρεύμα, σύμφωνα με το νόμο του Ohm, είναι πολύ απλό να υπολογίσουμε την αντίσταση ενός αντιστάτη: R = (U-Ud) / I * 0.75.

Εδώ U είναι η τάση τροφοδοσίας, Ud είναι η πτώση τάσης κατά μήκος των LEDs (αν τα LED συνδέονται σε σειρά, τότε το Ud είναι το άθροισμα των τάσεων στα διάφορα LED), το I είναι το ρεύμα μέσω των LED, το R είναι η αντίσταση της αντίστασης απόσβεσης. Εδώ, όπως πάντα, είναι η τάση σε Volts, το ρεύμα σε Amperes, το αποτέλεσμα σε Ohms, 0,75 είναι ένας συντελεστής για την αύξηση της αξιοπιστίας. Αυτός ο τύπος έχει ήδη δοθεί στο άρθρο. "Σχετικά με τη χρήση των LED".

Το μέγεθος της άμεσης πτώσης τάσης για τα LED διαφορετικών χρωμάτων είναι διαφορετικό. Με ρεύμα 20 mA, τα κόκκινα LED είναι 1,6 ... 2.03V, κίτρινο 2.1 ... 2.2V, πράσινο 2.2 ... 3.5V, μπλε 2.5 ... 3.7V. Οι λευκές λυχνίες LED έχουν την υψηλότερη πτώση τάσης, με ένα ευρύ φάσμα εκπομπών 3.0 ... 3.7V.Είναι εύκολο να δούμε ότι η διασπορά αυτής της παραμέτρου είναι αρκετά μεγάλη.

Εδώ είναι οι πτώσεις τάσης μόνο μερικών τύπων LED, μόνο από το χρώμα. Στην πραγματικότητα, υπάρχουν πολύ περισσότερα από αυτά τα χρώματα, και η ακριβής τιμή μπορεί να βρεθεί μόνο στην τεχνική τεκμηρίωση για ένα συγκεκριμένο LED. Αλλά συχνά αυτό δεν είναι απαραίτητο: για να πάρουμε ένα αποτέλεσμα αποδεκτό για την πρακτική, αρκεί να αντικαταστήσουμε κάποια μέση τιμή (συνήθως 2V) στον τύπο, φυσικά, αν αυτό δεν είναι μια γιρλάντα εκατοντάδων LED.

Για τον υπολογισμό της χωρητικότητας ενός πυκνωτή σβησίματος, εφαρμόζεται ο εμπειρικός τύπος C = (4.45 * I) / (U-Uδ)

όπου C είναι η χωρητικότητα του πυκνωτή σε microfarads, I είναι το ρεύμα σε milliamperes, U είναι η τάση δικτύου πλάτους σε volts. Όταν χρησιμοποιείται μια αλυσίδα τριών σειριακά συνδεδεμένων λευκών LED, το Ud είναι περίπου 12V, το U είναι το πλάτος της τάσης δικτύου 310V, απαιτείται πυκνωτής χωρητικότητας 20mA για τον περιορισμό του ρεύματος

C = (4.45 * Ι) / (U-Ud) = C = (4.45 * 20) / (310-12) = 0.29865 μF, σχεδόν 0.3 μF.

Η πλησιέστερη τυπική τιμή πυκνωτή είναι 0.15 μF, επομένως, για χρήση σε αυτό το κύκλωμα, θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν δύο παράλληλα συνδεδεμένοι πυκνωτές. Εδώ είναι απαραίτητο να γίνει μια παρατήρηση: ο τύπος ισχύει μόνο για μια εναλλασσόμενη τάση συχνότητας 50 Hz. Για άλλες συχνότητες, τα αποτελέσματα θα είναι λανθασμένα.

Ο πυκνωτής πρέπει πρώτα να ελεγχθεί

Πριν χρησιμοποιήσετε έναν πυκνωτή, πρέπει να ελέγξετε. Για αρχάριους, απλά συνδέστε 220V, είναι καλύτερο μέσω μιας ασφάλειας 3 ... 5Α, και μετά από 15 λεπτά ελέγξτε για επαφή, αλλά υπάρχει αισθητή θέρμανση; Εάν ο πυκνωτής είναι κρύος, τότε μπορείτε να τον χρησιμοποιήσετε. Διαφορετικά, βεβαιωθείτε ότι έχετε πάρει ένα άλλο, και επίσης προ-έλεγχο. Μετά από όλα, το 220V δεν είναι πλέον 12, εδώ όλα είναι κάπως διαφορετικά!

Εάν η δοκιμή αυτή ήταν επιτυχής, ο πυκνωτής δεν θερμάνθηκε, τότε μπορείτε να ελέγξετε αν υπήρξε κάποιο λάθος στους υπολογισμούς, αν ο πυκνωτής είναι της ίδιας χωρητικότητας. Για να γίνει αυτό, πρέπει να ενεργοποιήσετε τον πυκνωτή όπως στην προηγούμενη περίπτωση στο δίκτυο, μόνο μέσω μιας αμπερόμετρου. Φυσικά, η αμπερόμετρο πρέπει να είναι AC.

Αυτή είναι μια υπενθύμιση ότι δεν μπορούν όλα τα σύγχρονα ψηφιακά πολύμετρα να μετρήσουν το εναλλασσόμενο ρεύμα: απλές, φτηνές συσκευές, για παράδειγμα πολύ δημοφιλείς με ραδιοερασιτέχνες Σειρά DT838είναι σε θέση να μετρήσει μόνο το συνεχές ρεύμα, το οποίο ένα τέτοιο αμπερόμετρο θα δείξει κατά τη μέτρηση ρεύματος εναλλασσόμενου ρεύματος που κανείς δεν ξέρει. Πιθανότατα θα είναι η τιμή του καυσόξυλου ή η θερμοκρασία στο φεγγάρι, αλλά όχι το εναλλασσόμενο ρεύμα μέσω του πυκνωτή.

Εάν το μετρούμενο ρεύμα είναι περίπου το ίδιο όπως αποδείχθηκε στον υπολογισμό σύμφωνα με τον τύπο, τότε μπορείτε να συνδέσετε με ασφάλεια τα LED. Αν αντί για τις αναμενόμενες 20 ... 30 mA αποδείχθηκε 2 ... 3Α, τότε εδώ, είτε λάθος στους υπολογισμούς, είτε λάθος ανάγνωση της σήμανσης του πυκνωτή.

Φωτισμένοι διακόπτες

Εδώ μπορείτε να εστιάσετε σε έναν άλλο τρόπο ενεργοποίησης της λυχνίας LED στο χρησιμοποιούμενο δίκτυο φωτισμού σε διακόπτες με οπίσθιο φωτισμό. Αν ένας τέτοιος διακόπτης είναι αποσυναρμολογημένος, τότε μπορείτε να διαπιστώσετε ότι δεν υπάρχουν προστατευτικές δίοδοι εκεί. Έτσι, όλα όσα γράφονται λίγο υψηλότερα είναι ανοησίες; Δεν υπάρχει καθόλου, απλά πρέπει να κοιτάξετε προσεκτικά τον αποσυναρμολογημένο διακόπτη, ακριβέστερα την τιμή του αντιστάτη. Κατά κανόνα, η ονομαστική του αξία δεν είναι μικρότερη από 200K, ίσως ακόμη και λίγο περισσότερο. Την ίδια στιγμή, είναι προφανές ότι το ρεύμα μέσω του LED θα περιοριστεί σε περίπου 1 mA. Ένα διάγραμμα κυκλώματος με οπίσθιο φωτισμό φαίνεται στο σχήμα 4.

Εικόνα 4. Διάγραμμα σύνδεσης LED σε διακόπτη με οπίσθιο φωτισμό

Εδώ αρκετοί αναστολείς σκοτώνονται με μία αντίσταση. Φυσικά, το ρεύμα μέσω του LED θα είναι μικρό, θα λάμψει ασθενώς, αλλά αρκετά λαμπερό να δούμε αυτή τη λάμψη σε μια σκοτεινή νύχτα στο δωμάτιο. Αλλά το απόγευμα αυτή η λάμψη δεν είναι καθόλου απαραίτητη! Αφήστε τον εαυτό σας να λάμψει ανεπαίσθητα.

Σε αυτή την περίπτωση, το αντίστροφο ρεύμα θα είναι αδύναμο, τόσο αδύναμο ώστε σε καμία περίπτωση δεν μπορεί να καεί το LED. Εξ ου και η εξοικονόμηση σε ακριβώς μία προστατευτική δίοδο, η οποία περιγράφηκε παραπάνω. Με την απελευθέρωση εκατομμυρίων, ή ακόμα και δισεκατομμυρίων, των διακοπτών κυκλώματος ετησίως, οι εξοικονομήσεις είναι σημαντικές.

Φαίνεται ότι μετά την ανάγνωση των άρθρων σχετικά με τα LED, όλες οι ερωτήσεις σχετικά με την εφαρμογή τους είναι σαφείς και κατανοητές. Αλλά υπάρχουν ακόμα πολλές λεπίδες και αποχρώσεις όταν περιλαμβάνονται LED σε διάφορα κυκλώματα. Παραδείγματος χάριν, παράλληλη και σειριακή σύνδεση ή, με άλλο τρόπο, καλού και κακού κυκλώματα.

Μερικές φορές θέλετε να συλλέξετε μια γιρλάντα με αρκετές δεκάδες LED, αλλά πώς να το υπολογίσετε; Πόσες λυχνίες LED μπορούν να συνδεθούν σε σειρά αν υπάρχει τροφοδοτικό με τάση 12 ή 24V; Αυτά και άλλα ζητήματα θα εξεταστούν στο επόμενο άρθρο, το οποίο θα ονομάσουμε "Καλό και κακό κύκλωμα μεταγωγής LED".

Μπόρις Αλαντίσκιν