Подключение светодиода к 220 вольтам, схемы, примеры (видео, калькулятор)

Подключение светодиода к 220 вольтам, схемы, примеры (видео, калькулятор)

При конструировании радиоаппаратуры часто встает вопрос о индикации питания. Век ламп накаливания для индикации уже давно прошел, современным и надежным радиоэлементом индикации на настоящий момент является светодиод. В данной статье будет предложена схема подключения светодиода к 220 вольтам, то есть рассмотрена возможность запитать светодиод от бытовой сети переменного тока — розетки, которая есть в любой благоустроенной квартире.
Если вам необходимо будет запитать несколько светодиодов одновременно, то об этом мы также упомянем в нашей статье. Фактически такие схемы применяются для светодиодных гирлянд или ламп, это немного другое. Фактически здесь необходимо реализовать так называемый драйвер для светодиодов. Итак, давайте не будем все валить в одну кучу. Попробуем разобраться по порядку.

Схемы подключения

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.

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.

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.

Пульсация

Пульсация наблюдается у светодиодов, оснащенных драйвером низкого качества. Чаще всего для нормального функционирования не достаточно емкости встроенного конденсатора.

Как уменьшить пульсацию

Для снижения пульсации теоретически можно запитать диод от мощного конденсатора-накопителя (емкость от 100 мкф). Но он дорогой и обладает сравнительно большими размерами. При его замене резистором одновременно с пульсацией снижается уровень освещенности и КПД. Плюс – продление срока службы светодиода.

Расчет емкости сглаживающего конденсатора

Накопитель заряда для сглаживания пульсаций чаще всего электролитический, обладающий большой емкостью.

Внимание! Чтобы его правильно подключить к выпрямителю, важно соблюдать полярность. Если выпрямителя нет, нужно рабочий ноль подключить к лампе, фазу 220 В – к накопителю. Провод заземления тоже подключается к светильнику.

Для расчета емкости используется формула: C=4.45*I/U-UД, где:

  • I – ток, проходящий через диод (а миллиамперах);
  • U=310 В (амплитудное напряжение электросети);
  • UД – снижение напряжения в светодиодной лампе.

Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.

Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

где:
I — ток через светодиод
f — частота тока (50 Гц)
Uвх — действующее значение напряжения сети (220В)
ULED — напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 вх — U 2 LED ) приблизительно равно Uвх, следовательно формулу можно упростить:

а, раз уж мы делаем расчеты под Uвх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I I LED [мкФ]

Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.

В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).
В виду крайне низкой надежности конденсаторов CL21 рекомендуется их не применять.
Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!

Основы подключения к 220 В

Такой результат получается если из таблицы взять максимальное значение падения напряжения.

При этом избегают попадания горячего воздуха на полупроводник. Самые применяемые два: SMD и такой же

Визуальное определение полярности Несмотря на множество существующих в настоящее время видов конструкций светодиодного оборудования , наиболее широкое распространение получили излучающие свет диоды, заключенные в цилиндрический корпус D от 3,5 мм. При этом каждый раз придется кропотливо пересчитывать сопротивление ограничительного резистора.

Есть варианты для цепей с переменным током напряжения, подойдут от В и выше. Этапы сборки При самостоятельной сборке и последующем тестировании излучающих свет диодов в рабочем режиме, целесообразно воспользоваться данной последовательностью: определиться с техническими характеристиками, отраженными в сопроводительной документации; составить схему подключения с учетом уровня напряжения; вычислить показатели потребляемой мощности электроцепи; подобрать драйвер или блок питания с оптимальной мощностью; рассчитать резистор при стабилизированном напряжении; определить полярность LЕD-источника; припаять провода к светодиодным выходам; подсоединить источник питания; зафиксировать диод на радиаторе.

При смене полярности напряжение станет падать на сопротивление, поэтому светодиод будет полностью защищен от потенциального пробоя. Расчетное значение сопротивления мы округлили в большую сторону, значит ток в цепи будет меньше, то есть мы получили завышенное значение мощности. Выбирайте конденсатор неполярного типа, рассчитанный для эксплуатации в сети с напряжением не ниже В. Например, программы для расчета индуктивностей, фильтров различного типа, стабилизаторов тока.

Читайте также  Циклический таймер своими руками

Простейшая схема подключения светодиода


Он подключается последовательно через резистор либо через драйвер питания, регулирующий величину тока. Диммер — это устройство для расширения функциональных возможностей светодиодных источников. Рис 3. Кроме того, зажигалка или брелок вещь одноразовая, копеечная: кончился газ или села батарейка — сувенир просто выкинули. Выпрямительный диод служит для защиты led-диода от обратного напряжения.

К числу самых распространенных вариантов определения полярности светоизлучающих диодов относятся первые три способа, которые должны выполняться с соблюдением стандартной технологии. Изменяя через специальный драйвер питания яркость каждой матрицы можно добиться любого света свечения.

В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Внешний квантовый выход — одна из основных характеристик эффективности светодиода. Особых пояснений программа не требует.
Расчет резистора для светодиода

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.

Основы подключения к 220 В

Светодиод – полупроводник, пропускающий электрический ток исключительно в одном направлении. Большинство светильников оснащаются специальными драйверами, преобразующими переменное электричество в постоянное 12, 24, 36 или 48 В. Что касается промышленной сети, то она выдает синусоидальное напряжение 220 В (среднее значение, всегда имеются небольшие перепады) с частотой 50 Гц.

При таком раскладе светодиод будет работать на определенных полуволнах – мигать с частотой 50 Гц. Впрочем, человек не способен заметить мерцание. При подаче электричества в обратном направлении элемент прекратит светиться, но без должной защиты может выйти из строя.

Как подключить светодиодную ленту на 220 вольт

Нередко в быту вместо крупного прибора, который может выступать светильником, предпочитают установить подсветку. Для нее лучше всего использовать готовые светодиодные ленты. Монтаж очень прост, так как установщику нужно лишь следовать инструкции: все составляющие подсоединения при монтаже используют уже в готовом виде.

  1. Светодиодная лента – ряд последовательно закрепленных светодиодов. К блоку питания они присоединяются параллельно, друг к другу лучше монтировать платы тоже параллельно.
  2. Для начала определяют плюс и минус блок питания. Обычно красный шнур – это плюс, а синий или черный – минус. Если шнур отсутствует, подключение производят через маркированные зажимы.
  3. Лучше всего подсоединить ленту пайкой. В определенных случаях удобней использовать коннекторы. При монтаже требуется лишь отодвинуть зажимную пластину, насадить коннектор на край ленты и сдвинуть зажим назад. Затем провод от коннектора подсоединяют к блоку.

Если предполагается монтаж цветной ленты, схема будет включать контроллер, отвечающей за включение и отключение отдельных светодиодов.