Težko je brez LED diod pri načrtovanju elektronske opreme, pa tudi pri izdelavi varčnih svetlobnih naprav. Njihova zanesljivost, enostavnost namestitve in relativno nizki stroški pritegnejo pozornost razvijalcev gospodinjskih in industrijskih svetilk. Zato se veliko uporabnikov zanima za rešitve vezja za vklop LED, ki vključujejo neposredno napajanje fazne napetosti. Za nestrokovnjake na področju elektronike in elektrotehnike bo koristno, če se naučijo priključiti LED na 220V.
Tehnične lastnosti diode
Po definiciji je LED, katere vezje je podobno običajni diodi, isti polprevodnik, ki prepušča tok v eno smer in oddaja svetlobo, ko teče. Njegovo delovno stičišče ni zasnovano za visoke napetosti, zato za osvetlitev LED elementa zadostuje le nekaj voltov. Druga značilnost te naprave je potreba po napajanju s konstantno napetostjo, saj z izmenično napetostjo 220 V LED utripa pri omrežni frekvenci (50 Hertz).Menijo, da človeško oko na takšne mežike ne reagira in da mu ne škodujejo. Še vedno pa je treba po trenutnih standardih za njegovo delovanje uporabiti stalen potencial. V nasprotnem primeru je treba sprejeti posebne ukrepe za zaščito pred nevarnimi povratnimi napetostmi.
Večina vzorcev svetlobne opreme, v kateri se diode uporabljajo kot svetlobni elementi, je priključenih na omrežje prek posebnih pretvornikov - gonilnikov. Te naprave so potrebne za pridobitev stalnih 12, 24, 36 ali 48 voltov od prvotne omrežne napetosti. Kljub široki uporabi v vsakdanjem življenju pogosto pride do situacij, ko okoliščine prisilijo, da ostanemo brez voznika. V tem primeru je pomembno, da lahko LED diode vklopite pri 220 V.
LED drogovi
Če se želite seznaniti s povezovalnimi vezji in ožičenjem diodnega elementa, morate ugotoviti, kako izgleda pinout LED. Njegova grafična oznaka je trikotnik, katerega eden od vogalov je ob kratkem navpičnem traku - v diagramu se imenuje katoda. Šteje se, da je izhod za enosmerni tok, ki teče z zadnje strani. Tam se dovaja pozitivni potencial iz vira energije, zato se vhodni kontakt imenuje anoda (po analogiji z vakuumskimi cevmi).
Industrijsko izdelane LED diode imajo le dva priključka (redkeje tri ali celo štiri). Obstajajo trije znani načini za določitev njihove polarnosti:
- vizualna metoda, ki vam omogoča, da določite anodo elementa z značilno štrlino na eni od nog;
- uporaba multimetra v načinu "Preverjanje diod";
- preko napajalnika s konstantno izhodno napetostjo.
Za določitev polarnosti na drugi način priključimo pozitivni konec merilne vrvice testerja v rdeči izolaciji na en kontaktni priključek diode, črni negativni konec pa na drugega. Če naprava kaže prednjo napetost reda pol volta, se anoda nahaja na pozitivnem koncu. Če se na zaslonu prikaže znak za neskončnost ali »0L«, se katoda nahaja na tem koncu.
Pri testiranju iz 12-voltnega vira napajanja mora biti njegov plus povezan z enim koncem LED-diode prek omejevalnega upora 1 kOhm. Če dioda sveti, se njena anoda nahaja na plus strani napajalnika, če ne, pa na drugi strani.
Načini povezave
Najenostavnejši pristop k rešitvi problema povratne napetosti, ki je nesprejemljiv za diodo, je namestitev dodatnega upora v seriji z njo, ki lahko omeji 220 voltov. Ta element se imenuje element za gašenje, saj "razprši" odvečno moč nase, tako da LED z 12-24 volti, potrebnimi za njeno delovanje.
Zaporedna namestitev omejevalnega upora rešuje tudi problem povratne napetosti na diodnem spoju, ki se zmanjša na enake vrednosti. Kot modifikacija serijske povezave z omejitvijo napetosti se upošteva mešano ali kombinirano vezje za priključitev LED na 220 V, v katerem je več vzporedno povezanih diod na zaporedni upor.
LED je mogoče povezati v skladu z vezjem, v katerem se namesto upora uporablja običajna dioda, ki ima visoko povratno prebojno napetost (po možnosti do 400 voltov ali več).Za te namene je najprimerneje vzeti standardni izdelek znamke 1N4007 z oceno do 1000 voltov, ki je navedena v značilnostih. Ko je nameščen v zaporedni verigi (na primer pri izdelavi girlande), se povratni del valovanja popravi s polprevodniško diodo. V tem primeru deluje kot shunt, ki ščiti čip svetlobnega elementa pred okvaro.
Obhod LED z običajno diodo (back-to-back povezava)
Druga običajna možnost za "nevtralizacijo" povratnega polovičnega vala je uporaba druge LED, ki je vzporedno povezana in nasproti prvega elementa, skupaj z dušilnim uporom. V tem vezju je vzvratna napetost "kratka" prek vzporedno povezane diode in omejena z dodatnim zaporedno vezanim uporom.
Ta povezava dveh LED je podobna prejšnji različici, vendar z eno razliko. Vsak od njih deluje s "svojim" delom sinusoide, ki drugemu elementu zagotavlja zaščito pred okvarami.
Pomembna pomanjkljivost povezovalnega vezja prek dušilnega upora je znatna količina neproduktivno porabljene energije, ki se sprosti na njem v prostem teku.
Naslednji primer to potrjuje. Uporabimo dušilni upor z nazivno vrednostjo 24 kOhm in LED z delovnim tokom 9 mA. Moč, ki jo odvaja upor, bo enaka 9x9x24=1944 mW (po zaokroževanju - približno 2 vata). Da bi upor deloval optimalno, je izbran z vrednostjo P vsaj 3 W. LED sama porabi zelo malo energije.
Po drugi strani pa pri uporabi več zaporedno povezanih LED elementov ni priporočljivo namestiti dušilnega upora zaradi optimalnega načina osvetlitve. Če izberete upor, ki ima zelo majhno vrednost, bo hitro izgorel zaradi velikega toka in znatne izgube moči. Zato je bolj naravno, da funkcijo elementa za omejevanje toka v vezju izmeničnega toka izvaja kondenzator, na katerem se energija ne izgubi.
Omejitev kondenzatorja
Za najpreprostejše vezje za povezovanje LED skozi omejevalni kondenzator C so značilne naslednje značilnosti:
- za zagotovitev načinov delovanja reaktivnega elementa so predvidene verige polnjenja in praznjenja;
- potrebovali boste še eno LED za zaščito glavnega pred povratno napetostjo;
- Za izračun kapacitivnosti kondenzatorja se uporablja eksperimentalno pridobljena formula, v katero se nadomestijo določene številke.
Če želite izračunati vrednost ocene C, morate tok v vezju pomnožiti z empirično izpeljanim koeficientom 4,45. Po tem morate dobljeni produkt razdeliti na razliko med največjo napetostjo (310 voltov) in njenim padcem na LED.
Kot primer razmislite o priključitvi kondenzatorja na RGB ali običajno LED diodo s padcem napetosti na njenem spoju, ki je enak 3 voltom, in tokom skozi njo 9 mA. V skladu z obravnavano formulo bo njegova kapacitivnost 0,13 μF. Za uvedbo popravka za njegovo natančno vrednost je treba upoštevati, da na vrednost tega parametra v veliki meri vpliva trenutna komponenta.
Empirična formula, ugotovljena empirično, velja samo za izračun zmogljivosti in parametrov 220 V LED, nameščenih v omrežjih s frekvenco 50 Hz. V drugih frekvenčnih območjih napajalne napetosti (na primer v pretvornikih) je treba koeficient 4,45 preračunati.
Nianse priključitve na omrežje 220 voltov
Pri uporabi različnih shem za priključitev LED na omrežje 220 V so možne nekatere nianse, ob upoštevanju katerih se boste izognili osnovnim napakam pri preklapljanju električnih tokokrogov. Povezani so predvsem z količino toka, ki teče skozi vezje, ko je nanj priključena moč. Da bi jih razumeli, boste morali razmisliti o preprosti napravi, kot je osvetlitev za dekoracijo, sestavljena iz celega sklopa LED elementov ali navadne svetilke, ki temelji na njih.
Veliko pozornosti je namenjeno značilnostim procesov, ki se pojavljajo v stikalu v trenutku napajanja. Za zagotovitev "mehkega" preklopnega načina bo treba vzporedno z njegovimi kontakti spajkati dušilni upor in LED indikator, ki označuje stanje vklopa.
Vrednost upora se izbere z uporabo prej opisanih metod.
Šele po stikalu z uporom v vezju se nahaja sam trak s čipi LED elementov. Ne zagotavlja zaščitnih diod, zato je vrednost dušilnega upora izbrana glede na tok, ki teče skozi tokokrog, ne sme presegati vrednosti približno 1 mA.
LED žarnica v tem vezju deluje kot obremenitev in dodatno omejuje tok. Zaradi svoje majhnosti bo svetil zelo slabo, vendar je to povsem dovolj za nočni način.Ko se uporabi obratni polval, napetost delno ugasne na uporu, kar zaščiti diodo pred neželenim okvarom.
220-voltno vezje ledenega pogona
Bolj zanesljiv način napajanja LED iz omrežja je uporaba posebnega pretvornika ali gonilnika, ki zmanjša napetost na varno raven. Glavni namen gonilnika za 220-voltno LED je omejiti tok skozi to znotraj dovoljene vrednosti (v skladu s potnim listom). Sestavljen je iz gonilnika napetosti, usmerniškega mostu in mikrovezja stabilizatorja toka.
Možnost gonilnika brez tokovnega stabilizatorja
- pri uporabi izhodnega stabilizatorja se amplituda valovanja znatno zmanjša;
- v tem primeru se del moči izgubi na samem mikrovezju, kar vpliva na svetlost oddajnih naprav;
- pri uporabi filtrirnega elektrolita velike prostornine namesto lastniškega stabilizatorja pulzacije niso popolnoma izravnane, vendar ostanejo v sprejemljivih mejah.
Če naredite svoj gonilnik, lahko vezje poenostavite z zamenjavo izhodnega mikrovezja z elektrolitom.
Varnost povezave
Pri delu s vezjem za priključitev diod na 220-voltno omrežje je glavna nevarnost omejevalni kondenzator, ki je zaporedno povezan z njimi. Pod vplivom omrežne napetosti se napolni do nevarnega potenciala za človeka. Da bi se izognili težavam v tej situaciji, je priporočljivo:
- zagotovite v vezju posebno bitno uporno verigo, ki jo nadzira ločen gumb;
- če to ni mogoče, pred začetkom nastavitve, po odklopu iz omrežja, izpraznite kondenzator s konico izvijača;
- V napajalni tokokrog diode ne nameščajte polarnih kondenzatorjev, katerih povratni tok doseže vrednosti, ki lahko "izgorejo" vezje.
220-voltne LED elemente je mogoče povezati samo s pomočjo posebnih elementov, ki so dodatno vneseni v vezje. V tem primeru lahko storite brez padajočega transformatorja in napajalnika, ki se tradicionalno uporablja za priključitev nizkonapetostnih osvetljevalcev. Glavna naloga dodatnih elementov v priključnem vezju 220V LED je omejiti in usmeriti tok skozi to ter zaščititi polprevodniški spoj pred povratnim polvalom.
