Běžné způsoby připojení LED k síťovému napětí 220 V, možnosti zapojení, vysvětlení jejich činnosti « ElectroHobby

V tomto článku bych se rád podíval na několik základních schémat připojení klasických indikačních LED k síťovému napětí 220 V. Pokusíme se také pochopit princip jejich činnosti a identifikovat stávající výhody a nevýhody.

Za prvé, stojí za to objasnit, jak přesně funguje běžná LED.

LED je podobná běžné diodě. Vede proud v jednom směru, ale ne ve druhém směru. LED má dva vývody, katodu a anodu. Pokud je na anodu přivedeno plus zdroje energie a na katodu je přivedeno mínus napětí potřebného pro provoz, LED bude svítit. A tomu se říká přímé spojení. Pokud jsou plus a minus prohozeny, LED se nerozsvítí. Tím se LED dioda opět rozsvítí na zdroj napájení.

Při přímém připojení (když svítí LED) dochází k určitému poklesu napětí mezi katodou a anodou. A v závislosti na barvě LED se toto napětí může pohybovat od 1,8 voltu (červená) do 4,5 voltu (modrá).

Normální proud pro indikační LED je 20 mA (miliampérů). Tuto hodnotu je přípustné mírně překročit, třeba až 30 mA. Ale s vyšším dlouhodobým proudem LED tohoto typu jednoduše vyhoří kvůli přehřátí jejich krystalu. Ačkoli takové LED diody vydrží krátkodobě proudy až 100 mA (ale je lepší to nedělat).

Po opětovném zapnutí LED neprochází proudem, je uzavřena. Proud jistě teče (unikající proud), ale jeho velikost je velmi, velmi malá (několik mikroampérů). V tomto případě se napětí na LED bude rovnat napětí, které je na něj aplikované. Stojí za zvážení, že u běžných indikačních LED není maximální zpětné napětí tak vysoké (ve většině případů někde až 5 voltů). To znamená, že pokud je do LED přivedeno více než 5 voltů při opětovném zapnutí, je vysoká pravděpodobnost, že jednoduše selže v důsledku elektrického selhání.

Nyní se podívejme na obvody pro připojení LED k síti se střídavým napětím 220 voltů. A znovu, pro začátečníky stojí za to objasnit, že střídavé napětí se liší od konstantního napětí v tom, že periodicky mění svou polaritu na opačnou. A tak dále až 100krát za sekundu (při frekvenci 50 Hz).

Schéma č. 1 – schéma připojení LED do sítě 220V přes odpor omezující proud

Tento obvod je nejjednodušší a obvykle se tak snaží připojit indikační LED k 220 voltovému síťovému napětí. Co je na tomto diagramu špatného? Zdá se, že jsme proud omezili dodatečným odporem 24 kohmů. A proud v tomto obvodu by neměl překročit 10 mA (přesněji 9,1 mA, to znamená, že jsme vydělili 220 na 24000 220 ohmů a dostali jsme proud). LED by se neměla spálit nadměrným proudem. Ale může selhat kvůli elektrickému průrazu při obráceném zapojení, zatímco funguje opačná vlna střídavého napětí. Protože všech 310 voltů je aplikováno na LED, nebo přesněji řečeno a mluvit o hodnotě amplitudy napětí, pak všech 40 voltů. A jak jsem psal dříve, běžné LEDky mají maximální zpětné napětí jen asi 220 voltů. Je tedy vysoká pravděpodobnost elektrického průrazu polovodiče, když je takto připojen na XNUMX voltů. Proto tato verze schématu potenciálně nefunguje, i když nějakou dobu fungovat bude.

Schéma č. 2 – schéma připojení LED na 220 voltů s diodovou ochranou pro tuto LED

V tomto obvodu jsme omezili proud rezistorem R1 na bezpečnou hodnotu při přímém zapnutí světelného polovodiče a chránili LED před elektrickým průrazem vysokým napětím při opětovném zapnutí. Pro ty, kteří nechápou, jak funguje ochranná dioda v tomto obvodu, vysvětlím. Faktem je, že když protéká opačná vlna střídavého proudu, napětí 220 voltů je rozděleno mezi stávající tři prvky – rezistor R1, LED VD1 a běžnou diodu VD2. Při obráceném zapojení je vnitřní vodivost diody i LED velmi, velmi malá. Čili je to podobné jako s tím, že tyto prvky, když jsou takto spojeny, mají nekonečně velký odpor. A proto je díky ochranné diodě svodový proud polovodiče tak malý, že nestačí na plný elektrický průraz LED. Proto je naše LED chráněna proti přepětí.

Ale toto schéma má stále své nevýhody. Jedná se o blikání LED s frekvencí 25 Hz. To znamená, že při práci pouze s jednou půlvlnou střídavého proudu dostaneme polovinu (50 Hz) z 25 Hz. Bohužel je tato frekvence okem patrná a způsobuje určité nepohodlí pro vnímání. A ještě jeden nedostatek, který mají všechny tyto obvody, kde je použit odpor omezující proud 24 kOhm. To je jeho poměrně vysoké zahřívání. Vynásobíme-li 220 V 10 mA, dostaneme výkon uložený na rezistoru asi 2,2 W. Proto jsou v takových obvodech instalovány odpory s výkonem nejméně 2 W nebo dokonce 5 W.

Schéma č. 3 – obvod s ochrannou diodou zapojenou paralelně s LED

Tento obvod je také chráněn před přepětím při opětovném zapnutí LED, ale zde, jak vidíte, je ochranná dioda paralelně s LED. Obsluha tohoto obvodu je jednoduchá. Jak je známo, když je konvenční dioda přímo zapojena mezi její katodu a anodu, objeví se pokles napětí někde od 0,6 voltu (při nízkých proudech procházejících touto diodou) do 1,2 voltu (při vysokých proudech). Proto se při přímé vlně střídavého proudu naše LED rozsvítí a dojde na ní k poklesu napětí asi o 3 volty. A s opačnou vlnou střídavého proudu budeme mít přímé spojení s ochrannou diodou VD2. Což bude asi 0,6 voltu. V tomto případě bude aktuální hodnota během tohoto polovičního cyklu také přibližně 10 mA. Pokud porovnáme tento obvod a předchozí, pak bude pravděpodobně lepší varianta č. 2, jelikož přebytečná energie není plýtvána na ochrannou diodu.

Schéma č. 4 – obvod napájení LED ze sítě 220V s přihlédnutím k elektrické bezpečnosti

Svou činností a charakteristikou je tento obvod zcela shodný s obvodem č. 2. Zde se však bere v úvahu bezpečnost samotné osoby, která se může náhodně dotknout části tohoto obvodu vedoucího proud. Totiž, pokud je v obvodu č. 2 fázový vodič připojen k místu, které je blíže LED a diodě, pak pokud se člověk náhodně dotkne těchto míst v obvodu, může utrpět značné poškození elektrickým proudem. Velikost proudu bude maximální a bude záviset pouze na odporu těla osoby. Existuje proto vysoká pravděpodobnost, že dostanete velmi silný elektrický šok. V obvodu č. 4 jsme jeden společný odpor 24 kOhm rozdělili na dva odpory 12 kOhm. Celkový odpor také zůstává 24 kOhm, ale pokud se někdo náhodou dotkne elektrického obvodu v blízkosti šokové LED, bude náraz omezen naším dodatečným odporem. V důsledku toho bude elektrický šok mnohem menší než v prvním případě.

Schéma č. 5 – obvod se dvěma LED, napájený síťovým napětím 220V

Tento obvod je chráněn před přepětím při opětovném zapnutí přídavnou LED. To znamená, že s jednou poloviční vlnou bude fungovat a svítit jedna LED. Při kterém dojde k poklesu napětí asi o 3 volty. A s opačnou vlnou střídavého proudu bude fungovat druhá LED, která bude mít také úbytek napětí asi 3 volty. I když blikání bude okem stále patrné, stejně jako se zahřeje samotný odpor.

Schéma č. 6 – schéma, kde je jako světelný indikátor použita iontová výbojka

Přestože zvažujeme téma připojení indikačních LED k 220voltové síti, neměli bychom slevit z běžné iontové lampy. Jeho činnost se zásadně liší od činnosti LED. Pokud LED potřebuje proud, aby svítila, pak iontová lampa vyžaduje určité napětí. Běžné iontové výbojky se zapalují přiloženým napětím vyšším než 70 voltů. Navíc síla proudu je velmi malá. Záře vzniká v důsledku ionizace plynu uvnitř lampy. Intenzita svitu není tak velká, ale pro indikaci stačí. Schéma zapojení můžete vidět na obrázku výše.

Schéma č. 7 – schéma zapojení LED do sítě 220 voltů pomocí jednoduchého beztransformátorového zdroje se zhášecím kondenzátorem

Toto schéma je nejlepší mezi dříve zvažovanými. Přestože obsahuje nejvíce elektronických součástek. Faktem je, že nemá všechny nedostatky, které byly vlastní všem předchozím schématům. Protože je v tomto obvodu místo proud omezujícího rezistoru umístěn zhášecí kondenzátor C1, nedochází k zahřívání této součástky a nedochází k plýtvání přebytečnou elektřinou. Také v tomto obvodu není blikání prakticky patrné, protože frekvence polovln je zde již rovna 100 Hz. Ke zvýšení frekvence došlo v důsledku inverze půlvln diodovým můstkem VD2 sestaveným na diodách. A také není žádný problém spojený s nebezpečím poruchy LED z vysokého zpětného napětí. Jednoduše zde není žádné zpětné napětí, opět díky použití diodového můstku.

A pár slov o provozu tohoto obvodu pro napájení indikační LED z napětí 220 voltů. Síla proudu je tedy omezena zhášecím kondenzátorem (musí to být filmový kondenzátor, nikoli polární). Velikost omezeného proudu závisí na kapacitě tohoto kondenzátoru. Níže je tabulka závislosti proudu na kapacitě. Kapacita 330 nF bude odpovídat maximálnímu proudu 22 mA, což je jmenovitá hodnota pro indikační LED.

Paralelně se zhášecím kondenzátorem C1 je umístěn rezistor R1, který je potřeba pouze k vybití kondenzátoru po vypnutí obvodu ze sítě. Tento odpor se nezahřívá, protože má poměrně vysoký odpor. Další je konvenční usměrňovací diodový můstek. Mění střídavý proud na konstantní, i když pulzující. Tyto pulzace však nejsou okem nijak zvlášť patrné. Vzhledem k tomu, že odběr proudu LED je pouze do 20 mA, hodí se zde libovolné usměrňovací diody. V obvodu jsem použil nejběžnější typ 1n4007 (maximální propustný proud do 1A, maximální zpětné napětí do 1000 voltů). V obvodu je také přídavný odpor R2. Je potřeba k ochraně obvodu v případě neočekávaných přepětí. Tím se omezí proud na bezpečnou úroveň pro napájení indikační LED.

Níže je tabulka závislosti proudu na kapacitě zhášecího kondenzátoru.

PS Alternativní možností elektrického LED podsvícení může být klasické schéma zapojení neonové žárovky (paralelně s ním je umístěn odpor cca 500 kOhm-2 mOhm). Pokud porovnáme jas, pak je u LED podsvícení stále větší, ale pokud není vyžadován speciální jas, je docela možné vyjít s touto verzí obvodu pomocí neonové lampy.

NÍŽE JE VIDEO K TOMTO TÉMATU

Jak lze připojit jednoduchou LED na síťové napětí 220 voltů, možnosti zapojení, popis jejich činnosti, + příklad

Připojení LED k síti 220 V AC je úkol, který vyžaduje kompetentní přístup. Nesprávné připojení může poškodit LED nebo jiné prvky obvodu.

V článku budeme analyzovat několik možností připojení: s vyhlazovacím kondenzátorem a bez něj.

Pojďme si spočítat parametry omezovacího rezistoru, určit jeho výkon a zjistit klady a zápory každého obvodu.

Některé možnosti připojení LED k síti 220 V jsou znázorněny na obrázku.

Každý z nich používá ochrannou diodu. Z půlvlny obrácené polarity. A také odpor omezující proud

Princip činnosti

Mnoho LED je dimenzováno na nízké napětí (obvykle 2-3V) a proud do 20mA. Chcete-li jej připojit k síti 220 V, musíte:

1. Pro napájení LED snižte napětí na bezpečnou úroveň.
2. Omezte proud procházející LED na maximální přípustnou hodnotu.
3. Chraňte LED před půlvlnnou sinusovou vlnou opačné polarity.

K tomu diagramy používají:

• Usměrňovací dioda (například 1N4007), který chrání LED před zpětným napětím.
• Omezovací odpor k omezení proudu.
• Vyhlazovací kondenzátor (v jednom z okruhů), což snižuje blikání.

Výpočet parametrů obvodu

1. Omezovací rezistor

2. Vyhlazovací kondenzátor

Kondenzátor se volí s kapacitou 0.22–0.47 μF s provozním napětím minimálně 400 V. Snižuje zvlnění napětí, čímž je záře rovnoměrnější.

Schémata zapojení

1. Bez vyhlazovacího kondenzátoru
   Je použita usměrňovací dioda, rezistor a LED. Obvod je jednoduchý, ale LED bliká s frekvencí 50 Hz, což může být patrné.
2. S vyhlazovacím kondenzátorem
   Přidání kondenzátoru paralelně k LED snižuje blikání, díky čemuž je LED záře stabilnější. Zvyšuje se však složitost obvodu.

Výhody a nevýhody schémat

Obvod bez kondenzátoru

• Jednoduchost a levnost.
• Minimální počet součástí.

• Blikání LED.

Obvod s kondenzátorem

• Jednotná LED záře.
• Vhodné pro estetické účely.

• Složitější schéma.
• Je vyžadována další součást – kondenzátor.

Schéma připojení LED k síti 220 V se zhášecím kondenzátorem

Vzorec pro výpočet kapacity (ve Faradech):

C = I / (2πf√(U2in – U2LED)) [Ф],

kde I je proud procházející LED, f je aktuální frekvence (50 Hz), Uin je efektivní hodnota síťového napětí (220 V), ULED je napětí na LED.

Tabulka 2. Závislost proudu procházejícího LED na kapacitě předřadného kondenzátoru.

Něco málo o samotných kondenzátorech

Jako tlumicí kondenzátory se doporučuje použít odrušovací kondenzátory třídy Y1, Y2, X1 nebo X2 pro napětí minimálně 250 V. Mají obdélníkové pouzdro s četnými certifikačními značkami.

Ve zkratce tedy:

X1 – používá se v průmyslových zařízeních připojených k třífázové síti. Tyto kondenzátory zaručeně odolávají napěťovým rázům 4 kV;
X2 – nejběžnější. Používá se v domácích spotřebičích se jmenovitým síťovým napětím do 250 V, odolávají rázům až 2.5 kV;
Y1 – pracují při jmenovitém síťovém napětí do 250 V a vydrží pulzní napětí do 8 kV;
Y2 je poměrně běžný typ, lze jej použít při síťovém napětí do 250 V a snese pulsy 5 kV.
Je přípustné používat domácí filmové kondenzátory K73-17 při 400 V (nebo lépe – při 630

přihláška

• Indikace provozu zařízení.
• Osvětlení při nízké zátěži.
• Experimenty a vzdělávací projekty.

Rozdíl mezi amplitudou a efektivní hodnotou napětí

Kdy použít jakou hodnotu?

• Hodnota amplitudy používá se ve výpočtech pro součásti, které reagují na špičkové napětí. Například: Usměrňovací dioda musí odolat �ampuUamp, protože je ovlivněna maximální hodnotou napětí.
  Kondenzátory ve vyhlazovacích obvodech musí být navrženy pro �ampUzesilovač, aby nedošlo k poruše.
• Efektivní hodnota používá se k výpočtu tepelné zátěže, výkonu a proudu přes odpory, protože tato hodnota odpovídá skutečně spotřebované energii.

Která možnost je správná?

Obě možnosti správné, ale platí v různých kontextech:

Proč je v tomto článku použita skutečná hodnota?

Článek se zaměřuje na výpočet rezistoru, který omezuje proud. Tepelný výkon na rezistoru je přesně vypočítán na základě efektivní hodnoty napětí, protože tato hodnota odpovídá skutečné spotřebě energie.

Výkon

• K výpočtu odporů používáme efektivní hodnotu.
• Pro výpočet prvků pracujících se špičkovými hodnotami (diody, kondenzátory) používáme hodnota amplitudy.

Pokud váš projekt zahrnuje oba prvky (odpor i kondenzátor), musíte použít oba přístupy.

Závěr

Připojení LED k síti 220 V vyžaduje dodržování bezpečnostních pravidel. Obvod s kondenzátorem je složitější, ale poskytuje stabilní záři. Obvod bez kondenzátoru je jednoduchou a dostupnou možností pro základní úkoly. Výběr závisí na vašich cílech a podmínkách aplikace.