Как подключить светодиод к сети 220в схема


Схема подключения светодиода к сети 220в

Сегодня к светодиодам значительно возрос интерес, ведь за ними будущее в освещении. Возникает вопрос как происходит подключение светодиода к сети 220 В, на который мы подробно ответим в этой статье. Также рассмотрим напряжение питания, распиновку, цоколевку, схемы подключения и различные расчеты.

Светодиодом называют полупроводниковый прибор, где электрический ток переходит в свет. Диод пропускает ток только в одном направлении. Светодиоды подключаются к 220В благодаря драйверу, который подходит по всем характеристикам.

Подключение по схеме может быть параллельным или последовательным. Светодиод характеризуется прочным корпусом, долгой и надежной работой.

Как устроен светодиод

Обычный индикаторный светодиод изготавливают в эпоксидном корпусе с диаметром 5 мм и двумя контактными выводами для подключения к цепям электрического тока: анодом и катодом. Визуально они отличаются по длине. У нового прибора без обрезанных контактов катод короче.

    Запомнить это положение помогает простое правило: с буквы «К» начинаются оба слова:
  1. катод;
  2. короче.

Когда же ножки светодиода обрезаны, то анод можно определить подачей на контакты напряжения 1,5 вольта от простой пальчиковой батарейки: свет появляется при совпадении полярностей.

Как устроен светодиод? Светоизлучающий активный монокристалл полупроводника имеет вид прямоугольного параллелепипеда. Он размещён около светоотражающего рефлектора параболической формы из алюминиевого сплава и смонтирован на подложке с нетокопроводящими свойствами.

На окончании светового прозрачного корпуса из полимерных материалов расположена линза, фокусирующая световые лучи. Она совместно с рефлектором образует оптическую систему, формирующую угол потока излучения. Его характеризуют диаграммой направленности светодиода.

Она характеризует отклонение света от геометрической оси общей конструкции в стороны, что приводит к увеличению рассеивания. Такое явление возникает из-за появления при производстве небольших нарушений технологии, а также старения оптических материалов во время эксплуатации и некоторых других факторов.

Внизу корпуса может быть расположен алюминиевый или латунный поясок, служащий радиатором для отвода тепла, выделяемого при прохождении электрического тока.

Этот принцип конструкции широко распространен. На его основе создают и другие полупроводниковые источники света, использующие иные формы структурных элементов.

Свечение в полупроводниковом кристалле возникает при рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода. Область p-n-перехода, образуется контактом двух полупроводников с разными типами проводимости. Для этого приконтактные слои полупроводникового кристалла легируют разными примесями: по одну сторону акцепторными, по другую — донорскими.

Светодиоды на основе фосфида и арсенида галлия, излучающие в желто-зеленой, желтой и красной областях спектра были разработаны еще в 60-х — 70-х годах прошлого столетия. Их применяли в световых индикаторах, табло, приборных панелях автомобилей и самолетов, рекламных экранах, различных системах визуализации информации.

По светоотдаче светодиоды обогнали обычные лампы накаливания. По долговечности, надежности, безопасности они тоже их превзошли. Долго не существовало светодиодов синего, сине-зеленого и белого цвета.

Цвет светодиода зависит от ширины запрещенной зоны, в которой рекомбинируют электроны и дырки, то есть от материала полупроводника и легирующих примесей. Чем «синее» светодиод, тем выше энергия квантов, а значит, тем больше должна быть ширина запрещенной зоны.

Голубые светодиоды удалось изготовить на основе полупроводников с большой шириной запрещенной зоны — карбида кремния, соединений элементов II и IV группы или нитридов элементов III группы. Однако, у светодиодов на основе SiC оказался слишком мал КПД и низок квантовый выход излучения (то есть число излученных квантов на одну рекомбинировавшую пару).

У светодиодов на основе твердых растворов селенида цинка ZnSe квантовый выход был выше, но они перегревались из-за большого сопротивления и оказались недолговечны. Первый голубой светодиод удалось изготовить на основе пленок нитрида галлия на сапфировой подложке.

Квантовый выход — это число излученных квантов света на одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (ведь свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться).

Внутренний квантовый выход для хороших кристаллов с хорошим тепло-отводом достигает почти 100%, рекорд внешнего квантового выхода для красных светодиодов составляет 55%, а ддя синих — 35%. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода.

Белый света от светодиодов можно получить несколькими способами. Первый — смешать цвета по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например, линзы. В результате получается белый свет.

Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. По принципу люминесцентной лампы.

Третий способ — это когда желто-зеленый или зелено-красный люминофор наносятся на голубой светодиод. При этом два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии.

Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр.

Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе.

В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но, с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов.

Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта. В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт.

Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.

Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет.

В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору. Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода.

Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.

Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.

В отсутствии регулируемого блока питания можно запитать светодиод «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.

Распиновка светодиода

Для решения вопроса существует всего 3 способа:

Согласно нормам, принятым во всем мире, на обычном светодиоде (не SMD типа), длинная ножка всегда является «+» или же анодом. Для работы светодиода на него должна подаваться положительная полуволна. А короткая – катодом.

Для проверки необходимо переключатель прибора поставить в режим «Прозвонка» и установить красный щуп мультиметра на анод, а черный – на катод. В результате светодиод должен засветиться. Если этого не произошло, необходимо поменять полярность (черный на анод, а красный на катод).

Если присмотреться к светодиоду, то можно увидеть 2 кончика возле кристалла. Тот, который больше – катод, тот, что меньше – анод.

Цоколевка светодиодов

Под цоколевкой принято понимать внешний вид (исполнение корпуса) светодиода. Каждый производитель выполняет светодиод в своем корпусе, в зависимости от структуры и назначения. Единого стандарта, как в светодиодных лампах не существует, напомню, самые распространенные цоколи ламп: е27, е14.

Какого-либо единого стандарта цоколевки светодиодов не существует. Каждый производитель делает так, как считает нужным. В итоге, на прилавках магазинов мы получаем множество светодиодов, различающихся по форме, внешнему виду, дизайну.

Из всего множества все – таки можно выделить пару небольших групп. Например, самые распространенные простые светодиоды выполняются в прозрачном или цветном корпусе из прочного пластика или стекла, и имеют форму цилиндра, край которого чаще всего закруглен.

Более дорогие светодиоды состоят из нескольких частей: основания и линзы. На основании расположены токопроводящие дорожки, а линза выполнена из качественного материала, которая служит в качестве рассеивателя света.

Основание изготавливают в виде круга или квадрата. Полярность на квадрате обозначают скошенным уголком. Например, светодиоды CREE, выглядят следующим образом:

Нестандартная цоколевка может встретиться при ремонте электронных блоков и вызвать определенные затруднения в определении полярности. По цоколевке светодиода определяется его полярность, знание которой требуется для ремонта или правильного монтажа светодиода в схему.

Не всегда есть возможность определить полярность привычными способами, из-за нестандартной цоколевки светодиода: особенное строение корпуса, утолщение одного из светодиодов и другие причины. Поэтому, в таких случаях, как не крути, придется прибегнуть к электрическому замеру.

Обозначение светодиодов на схеме

Светодиод на схеме обозначается в виде обычного диода с двумя стрелками, направленными в сторону, обозначающее излучение света. Сам диод может изображаться, как в круге, так и без него.

Со стороны носика треугольника находится катод, а со стороны задней части треугольника – анод. Иногда на схеме можно увидеть обозначения анода и катода в виде букв А и К или + и -, что соответственно обозначает, анод и катод или плюс и минус.

Подписывается полупроводниковый элемент на отечественных схемах буквами HL (HL1, HL2 и т.д.) – это по ГОСТ. В зарубежных стандартах обозначение светодиода на схеме аналогично российскому. Подписывается он уже другим словом — LED (LED1, LED2, LED3 и т.д.), что в переводе с английского расшифровывается как light — emitting diode – светоизлучающий диод.

Не стоит путать обозначение светодиода на схеме с фотодиодом. С первого взгляда может показаться, что они одинаковые, однако, при детальном рассмотрении видна существенная разница: стрелки фоторезистора направлены на диод (треугольник с палочкой у острого конца).

Вторым отличием является буквенное обозначение фоторезистора – VD или VB, что означает фотоэлемент.

В заключении хочется сказать, что маркировка очень важна. Знание ее расшифровки, позволяет определить основные параметры светодиода, не открывая даташит. Запомнить маркировку всех производителей нереально, да и не к чему, достаточно знать расшифровку основных брендов.

При последовательном соединении через токоограничивающий резистор в одну цепочку собираются несколько светодиодов, причем катод предыдущего припаивается к аноду последующего:

В схеме, по всем светодиодам будет проходить один ток (20мА), а уровень напряжения будет состоять из сумм падения напряжения на каждом. Это означает, используя данную схему подключения, нельзя включить в цепь любое количество светодиодов, т.к. оно ограничено падением напряжения.

Падение напряжения – это уровень напряжения, которое светоизлучающий диод преобразует в световую энергию (свечение).

Например, в схеме падение напряжения на одном светодиоде составит 3 Вольта. Всего в схеме 3 светодиода. Источник питания 12В. Считаем, 3 Вольта * 3 led = 9 В — падение напряжения.

После несложных расчетов, мы видим, что не сможем включить в схему последовательного подключения более 4 светодиодов (3*4=12В), запитывая их от обычного автомобильного аккумулятора (или другого источника с напряжением 12В).

Если захотим последовательно подключить большее количество LEd, то понадобится источник питания с большим номиналом.

Данная схема довольно часто встречалась в елочных гирляндах, однако из-за одного существенного недостатка в современных светодиодных гирляндах применяют смешанное подключение. Что за недостаток, разберем ниже.

    Недостатки последовательного подключения:
  1. При выходе из строя хотя бы одного элемента, не рабочей становится вся схема.
  2. Для питания большого количества led нужен источник с высоким напряжением.

Параллельное соединение светодиодов

В данной ситуации все происходит наоборот. На каждом светодиоде уровень напряжения одинаковый, а сила тока состоит из суммы токов, проходящих через них.

Следуя из вышесказанного делаем вывод, если у нас есть источник в 12В и 10 светодиодов, блок питания должен выдерживать нагрузку в 0,2А (10*0,002). Исходя из вышеупомянутых расчетов — для параллельного подключения потребуется токоограничивающий резистор с номиналом 2,4 Ом (12*0,2).

Это глубокое заблуждение!!! Почему? Ответ Вы найдете ниже.

Характеристики каждого светодиода даже одной серии и партии всегда разные. Если другими словами: чтобы засветился один, необходимо пропустить через него ток с номиналом 20 мА, а для другого этот номинал может составлять уже 25 мА.

Таким образом, если в схеме установить только одно сопротивление, номинал которого был рассчитан ранее, через светодиоды будет проходить разный ток, что вызовет перегрев и выход из строя светодиодов, рассчитанных на номинал в 18мА, а более мощные будут светить всего на 70% от номинала.

Исходя из вышесказанного, стоит понимать, что при параллельном подключении, необходимо устанавливать отдельное сопротивление для каждого.

    Недостатки параллельного подключения:
  • Большое количество элементов.
  • При выходе одного диода из строя увеличивается нагрузка на остальные.

Подобный способ подключения является самым оптимальным. По такому принципу собраны все светодиодные ленты. Он подразумевает комбинацию параллельного и последовательного подключения. Как он выполняется можно увидеть на фото:

Схема подразумевает включение параллельно не отдельных светодиодов, а последовательных цепочек из них. В результате этого даже при выходе из строя одной или нескольких цепочек, светодиодная гирлянда или лента будут по-прежнему одинаково светить.

Мы рассмотрели основные способы подключения простых светодиодов. Теперь разберем методы соединения мощных светодиодов, и с какими проблемами можно столкнуться при неправильном подключении.

Как подключить светодиод к сети 220 вольт

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя.

Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Первое, что нужно знать при подключении к сети 220В, — для номинального свечения через светодиод должен проходить ток в 20мА, а падение напряжения на нем не должно превышать 2,2-3В. Исходя из этого, необходимо рассчитать номинал токоограничивающего резистора по следующей формуле:

    где:
  • 0,75 – коэффициент надежности LED;
  • U пит – это напряжения источника питания;
  • U пад – напряжение, которое падает на светоизлучающем диоде и создает световой поток;
  • I – номинальный ток, проходящий через него;
  • R – номинал сопротивления для регулирования проходящего тока.

После соответствующих вычислений, номинал сопротивления должен соответствовать 30 кОм.

Однако не стоит забывать, что на сопротивлении будет выделятся большое количество тепла за счет падения напряжения. По этой причине дополнительно необходимо рассчитать мощность этого резистора по формуле:

Для нашего случая U – это будет разность напряжения питающей сети и напряжения падения на светодиоде. После соответствующих вычислений, для подключения одного led мощность сопротивления должна равняться 2Вт.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи. Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду. Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности.

Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома:

R = U/I

    где:
  • U – это напряжение питания;
  • I – рабочий ток светодиода.

Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I.

Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле:

C = 3200*I/U

    где:
  • I – это ток нагрузки;
  • U – напряжение питания.

Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.

Схема лед драйвера на 220 вольт

Схема лед драйвера на 220 вольт представляет собой не что иное, как импульсный блок питания.

В качестве самодельного светодиодного драйвера от сети 220В рассмотрим простейший импульсный блок питания без гальванической развязки. Основное преимущество таких схем – простота и надёжность.

Но будьте осторожны при сборке, поскольку у такой схемы нет ограничения по отдаваемому току. Светодиоды будут отбирать свои положенные полтора ампера, но, если вы коснётесь оголённых проводов рукой, ток достигнет десятка ампер, а такой удар тока очень ощутимый.

    Схема простейшего драйвера для светодиодов на 220В состоит их трёх основных каскадов:
  1. делитель напряжения на ёмкостном сопротивлении;
  2. диодный мост;
  3. каскад стабилизации напряжения.

Первый каскад – ёмкостное сопротивление на конденсаторе С1 с резистором. Резистор необходим для саморазрядки конденсатора и на работу самой схемы не влияет. Его номинал не особо критичен и может быть от 100кОм до 1Мом с мощностью 0,5-1 Вт. Конденсатор обязательно не электролитический на 400-500В (эффективное амплитудное напряжение сети).

При прохождении полуволны напряжения через конденсатор, он пропускает ток, пока не произойдет заряд обкладок. Чем меньше его ёмкость, тем быстрее происходит полная зарядка. При ёмкости 0,3-0,4мкФ время зарядки составляет 1/10 периода полуволны сетевого напряжения.

Говоря простым языком, через конденсатор пройдет лишь десятая часть поступающего напряжения.

Второй каскад – диодный мост. Он преобразует переменное напряжение в постоянное. После отсечения большей части полуволны напряжения конденсатором, на выходе диодного моста получаем около 20-24В постоянного тока.

Третий каскад – сглаживающий стабилизирующий фильтр. Конденсатор с диодным мостом выполняют функцию делителя напряжения. При изменении вольтажа в сети, на выходе диодного моста амплитуда так же будет меняться.

Чтобы сгладить пульсацию напряжения параллельно цепи подключаем электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от мощности нашей нагрузки. В схеме драйвера питающее напряжение для светодиодов не должно превышать 12В. В качестве стабилизатора можно использовать распространённый элемент L7812.

Собранная схема светодиодной лампы на 220 вольт начинает работать сразу, но перед включением в сеть тщательно изолируйте все оголённые провода и места пайки элементов схемы.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

В сети существует огромное количество схем драйверов для светодиодов от сети 220В, которые не имеют стабилизаторов тока.

Проблема любого безтрансформаторного драйвера – пульсация выходного напряжения, следовательно, и яркости светодиодов. Конденсатор, установленный после диодного моста, частично справляется с этой проблемой, но решает её не полностью.

На диодах будет присутствовать пульсация с амплитудой 2-3В. Когда мы устанавливаем в схему стабилизатор на 12В, даже с учётом пульсации амплитуда входящего напряжения будет выше диапазона отсечения.

Диаграмма напряжения в схеме без стабилизатора

Диаграмма в схеме со стабилизатором

Поэтому драйвер для диодных ламп, даже собранный своими руками, по уровню пульсации не будет уступать аналогичным узлам дорогих ламп фабричного производства.

Как видите, собрать драйвер своими руками не представляет особой сложности. Изменяя параметры элементов схемы, мы можем в широких пределах варьировать значения выходного сигнала.

Если у вас возникнет желание на основе такой схемы собрать схему светодиодного прожектора на 220 вольт, лучше переделать выходной каскад под напряжение 24В с соответствующим стабилизатором, поскольку выходной ток у L7812 1,2А, это ограничивает мощность нагрузки в 10Вт.

Для более мощных источников освещения требуется либо увеличить количество выходных каскадов, либо использовать более мощный стабилизатор с выходным током до 5А и устанавливать его на радиатор.

Главное – это помнить о технике безопасности. Представленные схемы питаются от 220 В сети переменного тока, поэтому требуют во время сборки особого внимания. Подключение светодиода в сеть должно осуществляться в четком соответствии с принципиальной схемой.

Отклонение от схемы или небрежность может привести к короткому замыканию или выходу из строя отдельных деталей. При первом включении, сборки рекомендуется дать поработать некоторое время, чтобы убедиться в ее стабильности и отсутствии сильного нагрева элементов.

Для повышения надёжности устройства рекомендуется использовать заранее проверенные детали с запасом по предельно допустимым значениям напряжения и мощности. Собирать бестрансформаторные источники питания следует внимательно и помнить, что они не имеют гальванической развязки с сетью.

Готовая схема должна быть надёжно изолирована от соседних металлических деталей и защищена от случайного прикосновения. Демонтировать её можно только с отключенным напряжением питания.

Источники: svetodiodinfo.ru, ledjournal.info, ledno.ru, electrik.info, howitworks.iknowit.ru

first-apartment.ru

Как включить светодиод в 220В: способы интеграции, схемы питания и особенности подключения

Светодиоды — неотъемлемая часть электроники, позволяющая осуществлять индикацию состояния приборов. В зависимости от цвета и расположения на корпусе светоизлучающие диоды сигнализируют о состоянии зарядки, подключении гаджета к сети и т. п. Но бывают ситуации, когда в приборе отсутствует штатная сигнализация, а человеку она нужна. Тогда и встаёт вопрос о том, как включить светодиод в 220 В, не используя понижающих напряжение трансформаторных устройств.

Светодиод представляет собой радиотехнический элемент, пропускающий ток, как и стандартный диод, только в одном направлении, но при этом излучающий электромагнитные волны в видимом диапазоне. Если осуществлять интеграцию такого диода в сеть с постоянным током, то важно не перепутать «плюс» и «минус». Внедрение же светового диода в переменную сеть и решение вопроса о том, как запитать светодиод от сети 220 В, где периодически (с частотой 50 Гц) происходит изменение направления тока и напряжения, потребует дополнительных расчётов.

Чтобы определить среднее значение тока и подключить светодиод к сети 220 вольт, необходимо разделить напряжение действующей сети пополам, то есть 220 В / 2 = 110 В. Это значение берут за основу для последующих расчётов.

Электрическое сопротивление светодиода, как и любого полупроводникового элемента, не линейно и зависит от величины разности потенциалов, приложенной к нему. Для сети с переменным током и напряжением 220 В с приемлемой точностью можно взять усреднённое значение в 1,7 Ом. Тогда, согласно закону Ома, величина тока, который будет проходить через полупроводниковый кристалл диода, если его подключить напрямую к сети, будет примерно равна 65 ампер (110/1,7).

Такой показатель просто приведёт к сжиганию прибора. Для уменьшения величины тока, проходящего через полупроводник, потребуется последовательное включение в цепь рядом со световым диодом сопротивления.

Для этой цели применяют исключительно резисторы в цепях с постоянным напряжением, а с переменным током есть возможность применять так называемые реактивные сопротивления — конденсаторы и катушки индуктивности. Сопротивление они создают благодаря накапливанию электромагнитной энергии в первый полупериод (ток протекает в одном направлении) и возвращению её в сеть во втором полупериоде (при обратном течении электрического тока).

Подключение через резистор

Подобная схема обычно реализуется для индикации работы электротехнических устройств. Она используется в световом сигнале, свидетельствующем о включении в сеть электрочайника, в подсветке кнопки выключателя и т. д. Главными достоинствами этого варианта интеграции светящегося диода в сеть считаются относительная дешевизна, простота и надёжность.

Но есть в этой схеме один нюанс. Он заключается в необходимости гашения обратного напряжения, так как его избыток может привести к выходу из строя полупроводникового прибора. С этой задачей легко справляются кремниевые диоды, которые способны пропускать ток по величине не меньше того, что проходит в сети. Подключить их можно в цепь двумя способами:

  • последовательно, то есть после резистора и перед светодиодом, но соблюдая полярность;
  • параллельно со светящимся диодом, но изменив полярность на 180 градусов.

Некоторые специалисты считают, что использование гасящих диодов необязательно, но практика показывает, что обратный ток в некоторых случаях вызывает тепловой пробой p-n перехода. Поэтому дополнительные затраты на приобретение кремниевых диодов вполне оправданы для реализации подключения светодиода к сети 220 В, схема которого содержит гасящий резистор.

Применение конденсатора

Негативной стороной использования резистора для уменьшения тока при включении в цепь 220 В светодиода является довольно существенное рассеивание мощности. Эта проблема становится заметной при нагрузке с большим током потребления. Решением является схема подключения светодиода к 220 В, где реализуется интеграция неполярного конденсатора вместо резистора. Сопротивление конденсаторов имеет реактивный характер, что исключает рассеивание мощности.

Подключение конденсатора в схему светодиода с целью токоограничения имеет один нюанс, который может привести к выходу из строя светового диода, — сохранение накопленного заряда после отключения питания сети. Из-за этого в схему с неполярным конденсатором добавляют:

  • два резистора;
  • диод, подключённый параллельно светодиоду, но в обратном направлении.

Резисторы (один — параллельно с конденсатором, а второй — последовательно) защищают всю схему от бросков напряжения при подаче напряжения из сети, а диод является защитой светодиода от разности потенциалов с обратной полярностью.

Эти способы подключения применимы к маломощным светодиодам, которые используются для индикации или подсветки. Подключение мощных диодных элементов, предназначенных для светодиодных ламп освещения, осуществляется схемами с использованием спецблоков питания (драйверов).

220v.guru

Как подключить светодиод к 220в: схемы, ошибки, нюансы, видео

Обычно светодиоды подключаются к 220В при помощи драйвера, рассчитанного под их характеристики. Но если требуется подключить только один маломощный светодиод, например, в качестве индикатора, то применение драйвера становится нецелесообразным. В таких случаях возникает вопрос — как подключить светодиод к 220 В без дополнительного блока питания.

Основы подключения к 220 В

В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:

То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.

В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.

Способы подключения светодиода к сети 220 В

Самый простой способ (читайте про все возможные способы подключения led) – подключение при помощи гасящего резистора, включенного последовательно со светодиодом. При этом нужно учесть, что 220 В – это среднеквадратичное значение U в сети. Амплитудное значение составляет 310 В, и его нужно учитывать при расчете сопротивления резистора.

Кроме того, необходимо обеспечить защиту светоизлучающего диода от обратного напряжения той же величины. Это можно сделать несколькими способами.

Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более).

Рассмотрим схему подключения более подробно.

В схеме используется выпрямительный диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. При изменении полярности все напряжение будет приложено именно к нему, и led оказывается защищенным от пробоя.

Такой вариант подключения наглядно показан в этом ролике:

Также здесь описывается, как определить расположение анода и катода у стандартного маломощного светодиода и рассчитать сопротивление гасящего резистора.

Шунтирование светодиода обычным диодом.

Здесь подойдет любой маломощный диод, включенный встречно-параллельно с led. Обратное напряжение при этом будет приложено к гасящему резистору, т.к. диод оказывается включенным в прямом направлении.

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов:

Схема подключения выглядит следующим образом:

Принцип аналогичен предыдущему, только здесь светоизлучающие диоды горят каждый на своем участке синусоиды, защищая друг друга от пробоя.

Обратите внимание, что подключение светодиода к питанию 220В без защиты ведет к быстрому выходу его из строя.

Схемы подключения к 220В при помощи гасящего резистора обладают одним серьезным недостатком: на резисторе выделяется большая мощность.

Например, в рассмотренных случаях используется резистор сопротивлением 24 Ком, что при напряжении 220 В обеспечивает ток около 9 мА. Таким образом, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:

9 * 9 * 24 = 1944 мВт, приблизительно 2 Вт.

То есть для оптимального режима работы потребуется резистор мощностью не менее 3 Вт.

Если же светодиодов будет несколько, и они будут потреблять больший ток, то мощность будет расти пропорционально квадрату тока, что сделает применение резистора нецелесообразным.

Применение резистора недостаточной мощности ведет к его быстрому перегреву и выходу из строя, что может вызвать короткое замыкание в сети.

В таких случаях в качестве токоограничивающего элемента можно использовать конденсатор. Преимущество этого способа в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, поскольку его сопротивление носит реактивный характер.

Здесь показана типовая схема подключения светоизлучающего диода в сеть 220В при помощи конденсатора. Поскольку конденсатор после отключения питания может хранить в себе остаточный заряд, представляющий опасность для человека, его необходимо разряжать при помощи резистора R1. R2 защищает всю схему от бросков тока через конденсатор при включении питания. VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности.

Конденсатор должен быть неполярным, рассчитанным на напряжение не менее 400 В.

Применение полярных конденсаторов (электролит, тантал) в сети переменного тока недопустимо, т.к. ток, проходящий через них в обратном направлении, разрушает их конструкцию.

Емкость конденсатора рассчитывается по эмпирической формуле:

где U – амплитудное напряжение сети (310 В),

I – ток, проходящий через светодиод (в миллиамперах),

Uд – падение напряжения на led в прямом направлении.

Допустим, нужно подключить светодиод с падением напряжения 2 В при токе 9 мА. Исходя из этого, рассчитаем емкость конденсатора при подключении одного такого led к сети:

Данная формула действительна только для частоты колебаний напряжения в сети 50 Гц. На других частотах потребуется пересчет коэффициента 4,45.

Нюансы подключения к сети 220 В

При подключении led к сети 220В существуют некоторые особенности, связанные с величиной проходящего тока. Например, в распространенных выключателях освещения с подсветкой, светодиод включается по схеме, изображенной ниже:

Как видно, здесь отсутствуют защитные диоды, а сопротивление резистора выбрано таким образом, чтобы ограничить прямой ток led на уровне около 1 мА. Нагрузка в виде лампы также служит ограничителем тока. При такой схеме подключения светодиод будет светиться тускло, но достаточно для того, чтобы разглядеть выключатель в комнате в ночное время. Кроме того, обратное напряжение будет приложено в основном к резистору при разомкнутом ключе, и светоизлучающий диод оказывается защищенным от пробоя.

Если требуется подключить к 220В несколько светодиодов, можно включить их последовательно на основе схемы с гасящим конденсатором:

При этом все led должны быть рассчитаны на одинаковый ток для равномерного свечения.

Можно заменить шунтирующий диод встречно-параллельным подключением светодиодов:

В обоих случаях нужно будет пересчитать величину емкости конденсатора, т.к. возрастет напряжение на светодиодах.

Параллельное (не встречно-параллельное) подключение led в сеть недопустимо, поскольку при выходе одной цепи из строя через другую потечет удвоенный ток, что вызовет перегорание светодиодов и последующее короткое замыкание.

Еще несколько вариантов недопустимого подключения светоизлучающих диодов в сеть 220В описаны в этом видео:

Здесь показано, почему нельзя:

  • включать светодиод напрямую;
  • последовательно соединять светодиоды, рассчитанные на разный ток;
  • включать led без защиты от обратного напряжения.

Безопасность при подключении

При подключении к 220В следует учитывать, что выключатель освещения обычно размыкает фазный провод. Ноль при этом проводится общим по всему помещению. Кроме того, электросеть зачастую не имеет защитного заземления, поэтому даже на нулевом проводе присутствует некоторое напряжение относительно земли. Также следует иметь в виду, что в некоторых случаях провод заземления подключается к батареям отопления или водопроводным трубам. Поэтому при одновременном контакте человека с фазой и батареей, особенно при монтажных работах в ванной комнате, есть риск попасть под напряжение между фазой и землей.

В связи с этим, при подключении в сеть лучше отключать и ноль, и фазу при помощи пакетного автомата во избежание поражения током при прикосновении к токоведущим проводам сети.

Заключение

Описанные здесь способы подключения светодиодов в сеть 220В целесообразно применять только при использовании маломощных светоизлучающих диодов в целях подсветки или индикации. Мощные led так подключать нельзя, поскольку нестабильность сетевого напряжения приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. В таких случаях нужно применять специализированные блоки питания светодиодов – драйверы.

ledno.ru

Варианты схем как подключить светодиод к 220 вольтам (для световой индикации). Включение светодиода к сети 220 В.

Тема: способы подсоединения светодиодов к сетевому переменному напряжению.

Порой возникает необходимость в подключении обычного, маломощного светодиода к переменному, сетевому напряжению 220 вольт в роли светового индикатора. Казалось бы нет ничего проще, чем взять и поставить последовательно светодиоду обычный резистор, который бы ограничивал силу тока в данной цепи. Но не все так просто. В этой статье давайте с вами рассмотрим наиболее распространенные варианты такого подключения, после чего можно будет выбрать наиболее лучшую схему с учетом имеющихся достоинств и недостатков.

Вариант №1 » последовательное включение светодиода и резистора.

Итак, первым вариантом все же будет схема, где последовательно к светодиоду подключается обычный резистор с нужным сопротивлением. Величину сопротивления можно вычислить по закону ома. Допустим у нас светодиод, рассчитанный на напряжение 3 вольта и потребляющий 9 миллиампер. Напряжение питания (220 В) разделится между резистором и светодиодом. Если на светодиоде осядет 3 вольта, то на резисторе осядет около 217 вольт. Ток в последовательных цепях во всех точках одинаковый (в нашем случае он будет равен 9 мА). И чтобы узнать сопротивление резистора мы 217 вольт делим на 9 миллиампер и получаем 24 килоома (24000 ом).

Теоретически эта схема подключения светодиода к сети 220 вольт рабочая, но практически она скорее всего сгорит сразу при включении. Почему это так. Дело в том, что большинство обычных светодиодов рассчитаны на напряжение питания (при прямом своем включении, то есть плюс светодиода к плюсу источника питания и минус светодиода к минусу источника питания), где-то в пределах от 2,5 до 4,5 вольта. При прямом включении на светодиоде будет его рабочее напряжение (пусть 3 вольта), а излишек (217 вольт) осядет на резисторе. Обратное напряжение у светодиодов не такое уж и высокое (где-то около 30 вольт). И когда обратная полуволна переменного напряжения подается на светодиод, то светодиод просто выйдет из строя из-за слишком большого обратного напряжения, поданного на него. Напомню, что полупроводники при обратном включении имеют очень большое внутреннее сопротивление (гораздо большее чем стоящий в цепи резистор). Следовательно все сетевое напряжение осядет именно на светодиоде.

Вариант №2 » подключение светодиода с защитой от обратного напряжения.

В этом варианте схемы подключения индикаторного светодиода к сетевому напряжению 220 вольт имеется защита от чрезмерного высокого напряжения обратной полуволны, что подается на светодиод. То есть, в цепь добавлен обычный диод, который включен той же полярностью, что и светодиод. В итоге все излишнее высокое напряжение оседает на полупроводниках (при обратном включении питания, обратной полуволне переменного тока). Тот ток, что возникает в цепи при обратной полуволне настолько настолько мал, что его не хватает для пробития светодиода при обратном его включении. Таким образом данная схема уже будет нормально работать. Хотя в этом варианте все же имеются свои недостатки, а именно будет достаточно сильно греться резистор. Его мощность должна быть не менее 2 Вт. Этот нагрев приводит к тому, что схема весьма не экономна, у нее низкий КПД. Помимо этого поскольку светодиод будет светить только при одной полуволне, то рабочая частота светодиода будет равна 25 Гц. Свечение светодиода при такой частоте будет восприниматься глазом с эффектом мерцания.

Вариант №3 » альтернативная схема подключения светодиода к 220 с защитой от обратного напряжения.

Эта схема похожа не предидущую. Она также имеет защиту от чрезмерного напряжения обратной полуволны переменного напряжения. Если в первой схеме защитный диод стоял последовательно со светодиодом, то в данной схеме диод подключен параллельно, и имеет уже обратное включение относительно светодиоду. При одной полуволне переменного напряжения будет гореть индикаторный светодиод (на котором будет падение напряжения до рабочей величины светодиода), а при обратной полуволне диод будет находится в открытом состоянии и на нем также будет падение напряжения до величины (порядка 1 вольта) недостаточной для пробоя светодиода. Как и в предыдущей схеме недостатками будет значительный нагрев резистора и видимое мерцание светодиода, вдобавок эта схема будет больше потреблять электроэнергии из-за прямого включения диода.

Хотя вместо обычного диода можно поставить еще один светодиод.

Тогда в одну полуволну будет гореть один светодиод, ну а в обратную второй. Хотя в этом случае и будут светодиоды обезопасены от высокого обратного напряжения, но гореть каждый из них будет все равно с частотой 25 герц (будут оба мерцать).

Вариант №4 » лучшая схема с токоограничительным кондесатором, резистором и выпрямительным мостом.

Данный вариант схемы подключения индикаторного светодиода к сети 220 вольт считаю наиболее лучшим. Единственным недостатком (если можно так сказать) этой схемы является то, что в ней больше всего деталей. К достоинствам же можно отнести то, что в ней нет элементов, которые чрезмерно нагревались, поскольку стоит диодный мост, то светодиод работает с двумя полупериодами переменного напряжения, следовательно нет заметных для глаза мерцаний. Потребляет эта схема меньше всего электроэнергии (экономная).

Работает данная схема следующим образом. Вместо токоограничительного резистора (который был в предыдущих схемах на 24 кОм) стоит конденсатор, что исключает нагрев данного элемента. Этот конденсатор обязательно должен быть пленочного типа (не электролит) и рассчитан на напряжение не менее 250 вольт (лучше ставить на 400 вольт). Именно подбором его емкости можно регулировать величину силы тока в схеме. В таблице на рисунке приведены емкости конденсатора и соответствующие им токи. Параллельно конденсатору стоит резистор, задача которого сводится всего лишь к разряду конденсатора после отключения схемы от сети 220 вольт. Активной роли в самой схеме запитки индикаторного светодиода от 220 В он не принимает.

Далее стоит обычный выпрямительный диодный мост, который из переменного тока делает постоянный. Подойдут любые диоды (готовый диодный мост), у которых максимальная сила тока будет больше тока, потребляемого самим индикаторным светодиодом. Ну и обратное напряжение этих диодов должно быть не менее 400 вольт. Можно поставить наиболее популярные диоды серии 1N4007. Они дешево стоят, малы по размерам, рассчитаны на ток до 1 ампера и обратное напряжение 1000 вольт.

В схеме есть еще один резистор, токоограничительный, но он нужен для ограничения тока, который возникает от случайных всплесков напряжения, идущие от самой сети 220 вольт. Допусти если кто-то по соседству использует мощные устройства, содержащие катушки (индуктивный элемент, способствующий кратковременным всплескам напряжения), то в сети образуется кратковременное увеличение сетевого напряжения. Конденсатор данный всплеск напряжения пропускает беспрепятственно. А поскольку величина тока этого всплеска достаточна для того, чтобы вывести из строя индикаторный светодиод в схеме предусмотрен токоограничительный резистор, защищающий схему от подобный перепадов напряжения в электрической сети. Этот резистор нагревается незначительно, в сравнении с резисторами в предыдущих схемах. Ну и сам индикаторный светодиод. Его вы выбираете уже сами, его яркость, цвет, размеры. После выбора светодиода подбирайте соответствующий конденсатор нужной емкости руководствуясь таблицей на рисунке.

P.S. Альтернативным вариантом электрической светодиодной подсветки может быть классическая схема подключения неоновой лампочки (параллельно которой ставится резистор где-то на 500кОм-2мОм). Если сравнивать по яркости, то все таки она больше у светодиодной подсветки, ну а если особая яркость не требуется, то вполне можно обойтись данным вариантом схемы на неоновой лампе.

electrohobby.ru


Смотрите также