Nehéz megtenni a LED-ek nélkül az elektronikus berendezések tervezésében, valamint a gazdaságos világítótestek gyártásában. Megbízhatóságuk, könnyű telepítésük és viszonylag olcsóságuk vonzza a háztartási és ipari berendezések fejlesztőinek figyelmét. Ezért sok felhasználó érdekli a LED bekapcsolására szolgáló áramköri megoldások, amelyek közvetlenül a fázisfeszültséget jelentik. Az elektronika területén nem szakemberek és villanyszerelők hasznosak megtanulni, hogyan kell a LED-et csatlakoztatni a 220 V-ra.
A dióda műszaki jellemzői
Meghatározása szerint egy LED, amelynek áramköre hasonló a hagyományos diódához, ugyanaz a félvezető, amely egy irányba továbbítja az áramot, és áramot bocsát ki. Működési átmenetet nem nagyfeszültségre tervezték, tehát csak néhány volt elegendő ahhoz, hogy a LED elem felgyulladjon. Ennek a készüléknek egy másik jellemzője az, hogy állandó feszültséget kell biztosítani, mivel váltakozó 220 voltos feszültséggel a LED hálózati frekvencián (50 Hz) villog. Úgy gondolják, hogy az emberi szem nem reagál az ilyen pislogásokra, és nem ártanak neki. Ennek ellenére a jelenlegi szabványoknak megfelelően folyamatos potenciált kell felhasználni a munkájához. Ellenkező esetben különleges védőintézkedéseket kell tenni a veszélyes fordított feszültség ellen.
A világítóberendezések legtöbb mintája, amelyben a diódákat világító elemként használják, speciális átalakítók - meghajtók - útján kapcsolódnak a hálózathoz. Ezekre az eszközökre azért van szükség, hogy állandó 12, 24, 36 vagy 48 voltot kapjunk a hálózati feszültségről. Annak ellenére, hogy széles körben elterjedtek a mindennapi életben, a helyzetek nem ritkák, amikor a körülmények kénytelenek vezetőt nélkül megtenni. Ebben az esetben fontos, hogy képes legyen bekapcsolni a 220 V-os LED-eket.
LED pólus
Ahhoz, hogy megismerkedjen a kapcsolási rajzokkal és a dióda elem vezetékével, meg kell tudnia, hogyan néz ki a LED világítótest. Grafikai megnevezéseként egy háromszöget használnak, amelynek egyik sarkát egy rövid függőleges csík szomszédos - a diagramban katódnak nevezik. A hátulról beáramló egyenáram kimenetének tekintik. Az áramforrás pozitív potenciált szolgáltat, ezért a bemeneti érintkezőt anódnak nevezzük (analóg módon az elektronikus csövekkel).
Az ipari LED-eknek csak két kimenete van (ritkábban, három vagy akár négy is). Három módszer ismert polaritásuk meghatározására:
- vizuális módszer, amely lehetővé teszi az elem anódjának meghatározását az egyik láb jellemző karakterisztikájával;
- multiméter használata "diódás teszt" módban;
- állandó kimeneti feszültségű tápegységgel.
A polaritás második módon történő meghatározásához a tesztelő vörös szigetelésű mérővezetékének pozitív végét a dióda egyik érintkezőjéhez kell csatlakoztatni, a fekete mínusz pedig a másikhoz. Ha az eszköz fél voltos előremenő feszültséget mutat, az anód a plusz végén helyezkedik el. Ha egy végtelenségjel vagy “0L” jelenik meg a kijelzőn, akkor a katód ebben a végén található.
12 V-os tápegységről történő ellenőrzéskor annak pluszját a LED egyik végéhez kell csatlakoztatni 1 kΩ-os korlátozó ellenálláson keresztül. Ha a dióda kigyullad, akkor az anód az áramellátás plusz oldalán, és ha nem, a másik végén.
Csatlakozási módszerek
A dióda elfogadhatatlan fordított feszültségének megoldására a legegyszerűbb módszer egy további ellenállás felszerelése vele sorba, amely korlátozhatja a 220 V-ot. Ez az elem megkapta az oltó nevét, mivel „eloszlatja” önmagában a felesleges energiát, így a működéséhez szükséges LED 12–24 V feszültség marad.
A korlátozó ellenállás soros telepítése szintén megoldja a dióda keresztezésénél a fordított feszültség problémáját, amely ugyanazon az értéken csökken. A soros csatlakozás feszültségkorlátozással történő módosításaként vegyes vagy kombinált áramkört vesznek figyelembe a 220 V-os LED-ek csatlakoztatására, amelyben egy soros ellenállás több párhuzamosan kapcsolt diódával rendelkezik ellenállásonként.
A LED-csatlakozás olyan séma szerint elrendezhető, amelyben egy ellenállás helyett hagyományos diódát használnak, amelynek nagy fordított bontási feszültsége van (lehetőleg legfeljebb 400 V-ig). Ebből a célból a legkényelmesebb egy 1N4007 márkanévű standard terméket vásárolni, amelynek jellemzői akár 1000 V-os mutatóval is rendelkeznek. Ha egy szekvenciális láncba telepítik (például egy koszorú gyártásánál), a hullám hátoldalát egy félvezető dióda javítja. Ebben az esetben a shunt funkcióját védi a fényelem chipet a meghibásodástól.
LED bypass hagyományos diódával (párhuzamos csatlakozás)
A fordított félhullám "semlegesítésének" egy másik általános változata az, hogy a kioltó ellenállással együtt egy másik LED-et kell használni, amely párhuzamosan és az első elem felé kapcsol be. Ebben az áramkörben a fordított feszültség "bezáródik" egy párhuzamosan csatlakoztatott diódán keresztül, és ezt a sorosan csatlakoztatott kiegészítő ellenállás korlátozza.
A két LED ilyen kombinációja az előző verzióhoz hasonlít, de egy különbséggel. Mindegyik a sinusoid "saját" részével működik, biztosítva a másik elemnek a meghibásodás elleni védelmet.
A bekapcsoló ellenállás révén a csatlakozási séma jelentős hátránya az, hogy az alapjáraton jelentős mennyiségű nemtermékeny energia fogyaszt.
Ezt a következő példa erősíti meg. Használjon 24 kOhm csillapító ellenállást és 9 mA működési áramú LED-et. Az ellenállás által eloszlatott teljesítmény 9x9x24 = 1944 mW (kerekítés után - körülbelül 2 W). Annak érdekében, hogy az ellenállás optimálisan működjön, azt legalább 3 watt P értékkel kell kiválasztani. Maga a LED-en az energia nagyon jelentéktelen részét költik el.
Másrészről, ha több sorba kapcsolt LED-elemet használunk, nem javasoljuk, hogy az oltó ellenállást vegye figyelembe a fényük optimális üzemmódja szempontjából. Ha egy nagyon kicsi ellenállási értéket választ, akkor ez a nagy áram és a jelentős energiaeloszlás miatt gyorsan kiég. Ezért a váltakozó áramú áramkörben az áramkorlátozó elem funkciója természetesebb egy kondenzátoron végrehajtani, amelyen az energia nem veszik el.
Kondenzátor korlátozás
A LED-eknek a C végkondenzátoron keresztüli csatlakoztatásának legegyszerűbb áramkört a következő jellemzők jellemzik:
- töltő- és kisülési láncok vannak kialakítva, amelyek biztosítják a reaktív elem működési módjait;
- még egy LED-re van szükség a fővezeték megvédéséhez a fordított feszültségtől;
- A kondenzátor kapacitásának kiszámításához empirikusan kapott képletet alkalmazunk, amelyben meghatározott számok helyettesítve vannak.
A nominális C értékének kiszámításához meg kell szorozni az áramkör erősségét az empirikusan kiszámított tényezőjével 4,45. Ezután a kapott terméket el kell osztani a határoló feszültség (310 V) és a LED-re eső csökkenése közötti különbséggel.
Példaként mérlegelje egy kondenzátor csatlakoztatását egy RGB vagy hagyományos LED-es diódához, amelynek feszültségesése a csatlakozásánál 3 V, és az rajta áthaladó áram 9 mA. A vizsgált képlet szerint annak kapacitása 0,13 μF lesz. A pontos értékének módosításához be kell számítani, hogy az aktuális komponens nagyobb mértékben befolyásolja e paraméter nagyságát.
A kísérlettel létrehozott empirikus képlet csak az 50 Hz frekvenciájú hálózatokba telepített 220 V-os LED-ek kapacitásának és paramétereinek kiszámítására érvényes. A tápfeszültség más frekvenciatartományaiban (például átalakítókban) 4,45-ös tényezőt kell újraszámolni.
A 220 voltos hálózathoz történő csatlakozás árnyalata
Ha a LED-eknek a 220 V-os hálózathoz történő csatlakoztatására különféle sémákat kell alkalmazni, néhány árnyalattal lehet számolni, figyelembe véve azokat, amelyek elősegítik az elemi hibák elkerülését az áramkörök kapcsolásánál. Elsősorban az áramkörön át áramló áram nagyságához kapcsolódnak, amikor áramot kapnak rá. Ahhoz, hogy megértsék őket, figyelembe kell vennie a dekoráció legegyszerűbb típusát, amely teljes LED-elemekből áll, vagy azokon alapuló rendes lámpából.
Nagy figyelmet kell fordítani a megszakítóban az áramellátás idején zajló folyamatok jellemzőire. A „lágy” kapcsolási mód biztosítása érdekében az érintkezőkkel párhuzamosan meg kell forrasztani a kioltási ellenállást és a LED-es jelzőfényt, jelezve a bekapcsolt állapotot.
Az ellenállási értéket a korábban ismertetett módszerek szerint választjuk meg.
Maga a szalag csak az elem áramköreivel ellátott kapcsolóval, amelynek ellenállása van az áramkörben. Nem tartalmaz védődiódákat, tehát az oltási ellenállás értékét az áramkör mentén áramló áram számításából választják ki, és nem haladhatja meg az 1 mA nagyságrendű értéket.
Ebben az áramkörben a LED jelzőfény a terhelés funkcióját látja el, tovább korlátozva az áramot. Kis mérete miatt nagyon halványan világít, de ez elég az éjszakai üzemmódhoz. A fordított félhullám hatására a feszültséget részben elnyomják az ellenálláson, amely megóvja a diódát a nem kívánt lebontástól.
220 voltos jégmeghajtó áramkör
A LED-ek hálózatról történő táplálásának megbízhatóbb módja egy speciális átalakító vagy meghajtó használata, amely biztonságos szintre csökkenti a feszültséget. A 220 V-os LED meghajtójának fő célja az átmenő áram korlátozása a megengedett értéken belül (az útlevél szerint). Tartalmaz egy feszültség-meghajtót, egy egyenirányító hídot és egy áram-stabilizáló mikroáramkört.
Vezető opció áram stabilizátor nélkül
Ha önmagát szeretné összeállítani a 220 V feszültségű LED-ek tápegységével, akkor tudnia kell a következőket:
- a kimeneti stabilizátor használatakor a fodrozódás amplitúdója jelentősen csökken;
- ebben az esetben az energia egy része elveszik a magán a mikroáramkörön, amely befolyásolja a sugárzó eszközök világosságát;
- ha nagyteljesítményű szűrőelektrolitot használunk márkás stabilizátor helyett, a pulzációk nem teljesen simulnak ki, de elfogadható határokon belül maradnak.
A meghajtó saját gyártása révén az áramkör egyszerűsíthető úgy, hogy a kimeneti mikroáramkört kicseréljük egy elektrolitra.
A kapcsolat biztonsága
A diódák 220 V-os hálózathoz történő csatlakoztatására szolgáló áramkörrel történő munkavégzés során a fő veszély egy korlátozó kondenzátor, amely sorba van kapcsolva velük. A hálózati feszültség hatására az emberre nézve veszélyes lehet. A probléma elkerülése érdekében ebben a helyzetben ajánlott:
- Biztosítson egy speciális kisülési ellenállás áramkört, amelyet az áramkör külön gombjával lehet vezérelni;
- ha ez nem lehetséges, a hálózatról való leválasztás után a tinktúra megkezdése előtt a kondenzátort csavarhúzó pengével kell üríteni;
- Ne telepítsen poláris kondenzátorokat a dióda tápáramkörébe, amelynek fordított árama olyan értéket ér el, amely "kiégheti" az áramkört.
A 220 V feszültségű LED elemeket csak az áramkörbe bevezetett speciális elemek segítségével lehet csatlakoztatni. Ebben az esetben megteheti anélkül, hogy lekapcsolt transzformátor és tápegység lenne, amelyet hagyományosan alacsony feszültségű világítótestek csatlakoztatására használnak. A 220 V-os LED-es csatlakozási ábra kiegészítő elemeinek fő feladata az átmenő áram korlátozása és helyesbítése, valamint a félvezető csomópontjának védelme a fordított félhullámmal szemben.
