Казалось бы все просто: ставим последовательно резистор, и всё. Но нужно помнить об одной важной характеристике светодиода: максимально допустимом обратном напряжении. У большинства светодиодов оно около 20 вольт. А при подключении его в сеть при обратной полярности (ток-то переменный, полпериода в одну сторону идёт, а вторую половину - в обратную) к нему приложится полное амплитудное напряжение сети - 315 вольт! Откуда такая цифра? 220 В - это действующее напряжение, амплитудное же в {корень из 2} = 1,41 раз больше.
Поэтому, чтобы спасти светодиод нужно поставить последовательно с ним диод, который не пропустит к нему обратное напряжение.
Или же поставить два светодиода встречно-параллельно.
Вариант питания от сети с гасящим резистором не самый оптимальный: на резисторе будет выделяться значительная мощность. Действительно, если применим резистор 24 кОм (максимальный ток 13 мА), то рассеиваемая на нём мощность будет около 3 Вт. Можно снизить её в два раза, включив последовательно диод (тогда тепло будет выделяться только в течение одного полупериода). Диод должен быть на обратное напряжение не менее 400 В. При включении двух встречных светодиодов (существуют даже такие с двумя кристаллами в одном корпусе, обычно разных цветов, один кристалл красного свечения, другой зелёного) можно поставить два двух ваттных резистора, каждый сопротивлением в два раза меньше.
Оговорюсь, что применив резистор большого сопротивления (например 200 кОм) можно включить светодиод и без защитного диода. Ток обратного пробоя будет слишком мал, чтобы вызвать разрушение кристалла. Конечно, яркость при этом весьма мала, но например для подсветки в темноте выключателя в спальне её будет вполне достаточно.
Благодаря тому, что ток в сети переменный, можно избежать ненужных трат электричества на нагрев воздуха ограничительным резистором. Его роль может выполнять конденсатор, который пропускает переменный ток, не нагреваясь. Почему так - вопрос отдельный, рассмотрим его позже. Сейчас же нам нужно знать, что для того, чтобы конденсатор пропускал переменный ток, через него должны обязательно проходить оба полупериода сети. Но ведь светодиод проводит ток только в одну сторону. Значит, ставим встречно-параллельно светодиоду обычный диод (или второй светодиод), он и будет пропускать второй полупериод.
Но вот мы отключили нашу схему от сети. На конденсаторе осталось какое-то напряжение (вплоть до полного амплитудного, если помним, равного 315 В). Чтобы избежать случайного удара током, предусмотрим параллельно конденсатору разрядный резистор большого номинала (чтобы при нормальной работе через него тёк незначительный ток, не вызывающий его нагрева), который при отключении от сети за доли секунды разрядит конденсатор. И для защиты от импульсного зарядного тока тоже поставим низкоомный резистор. Он также будет играть роль предохранителя, мгновенно сгорая при случайном пробое конденсатора (ничто не вечно, и такое тоже случается).
Конденсатор должен быть на напряжение не менее 400 вольт, или специальный для цепей переменного тока напряжением не менее 250 вольт.
А если мы хотим сделать светодиодную лампочку из нескольких светодиодов? Включаем их все последовательно, встречного диода достаточно одного на всех.
Диод
должен быть рассчитан на ток, не меньший чем ток через светодиоды,
обратное напряжение - не менее суммы напряжения на светодиодах. А ещё
лучше взять чётное число светодиодов и включить их встречно-параллельно.
На рисунке в каждой цепочке нарисовано по три светодиода, на самом деле их может быть и больше десятка.
Как рассчитать конденсатор? От амплитудного напряжения сети 315В отнимаем сумму падения напряжения на светодиодах (например для трёх белых это примерно 12 вольт). Получим падение напряжения на конденсаторе Uп=303 В. Ёмкость в микрофарадах будет равна (4,45*I)/Uп, где I - необходимый ток через светодиоды в миллиамперах. В нашем случае для 20 мА ёмкость будет (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 мкФ. Можно поставить два конденсатора 0,15 мкф (150 нФ) параллельно.
В заключении следует обратить внимание на такие вопросы как пайка и монтаж светодиодов. Это тоже очень важные вопросы, которые влияют на их жизнеспособность.
светодиоды и микросхемы боятся статики, неправильного подключения и перегрева, пайка этих деталей должна быть максимально быстрая. Следует использовать маломощный паяльник с температурой жала не более 260 градусов и пайку производить не более 3-5 секунд (рекомендации производителя). Не лишним будет использование медицинского пинцета при пайке. Светодиод берется пинцетом выше к корпусу, что обеспечивает дополнительный теплоотвод от кристалла при пайке.
Ножки светодиода следует гнуть с небольшим радиусом (чтобы они не ломались). В результате замысловатых изгибов, ноги у основания корпуса должны остаться в заводском положении и должны быть параллельны и не напряжены (а то устанет и кристалл отвалится от ножек).
Чтобы ваше устройство защитить от случайного замыкания или перегрузки следует ставить предохранители.
Ниже описание с сайта www.chipdip.ru/video/id000272895
При конструировании радиоаппаратуры часто встает вопрос о индикации питания. Век ламп накаливания для индикации уже давно прошел, современным и надежным радио-элементом 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.
Описание работы схемы подключения светодиода к напряжению 220 вольт
Схема подключения светодиода к 220 вольтам не сложная и принцип ее работы также прост. Алгоритм следующий. При подаче напряжения начинает заряжаться конденсатор С1, при этом фактически с одной стороны он заряжается напрямую, а со второй через стабилитрон. Стабилитрон должен соответствовать напряжению свечения светодиода. При увеличении напряжения на конденсаторе стабилитрон увеличивает свое сопротивление, ограничивая напряжения зарядки для конденсатора своим рабочим стабилизирующим напряжением, фактически тем же напряжением которым питается светодиод. Больше этого напряжения конденсатор не зарядиться, так как стабилитрон "закрылся", а во второй ветке мы имеем большое сопротивление в виде цепочки светодиод и резистор R1. В данный полупериод светодиод не светится. Стоит сказать и о том, что стабилитрон защищает светодиод от обратного тока, который может вывести светодиод из строя.
Вот, наша полуволна меняется и меняется полярность на входах нашей схемы. При этом конденсатор начинает разряжаться и менять свою полярность зарядки. Если с прямым подключением все понятно, то ток со второй ножки конденсатора утекая в цепь, проходит теперь через цепочку резистора и светодиода, именно в этот момент светодиод и начинает светиться. При этом напряжение, как мы помним, зарядки конденсатора соответствовало примерно напряжению питания светодиода, то есть наш светодиод не сгорит.
Мощность резистора может быть минимальной вполне подойдет 0.25 Вт (номинал на схеме в омах).
Конденсатор (емкость указана в микрофарадах) лучше подобрать с запасом, то есть с рабочим напряжением в 300 вольт.
Светодиод может быть любой, например с напряжением свечения от 2 вольт АЛ307 БМ или АЛ 307Б и до 5.5 воль - это КЛ101А или КЛ101Б.
Стабилитрон как мы уже упоминали должен соответствовать напряжению питания светодиода, так для 2 вольт это КС130Д1 или КС133А (напряжение стабилизации 3 и 3.3 вольта соответственно), а для 5.5 вольт КС156А или КС156Г.
При самостоятельном конструировании радиоэлектронной аппаратуры часто встает вопрос о индикации питания. Лампы накаливания никто уже не ставит, неонки получили распространение только в , поэтому современным и надежным элементом индикации является светодиод. Ведь даже в выключатели неоновые лампочки уже часто не подходят, так как многие имеют диодные осветительные лампы, которые начинают мерцать при подключении через такие выключатели света. В данной статье будет рассмотрено несколько схем подключения светодиода к 220 вольтам сети.
Схемы простейшего подключения светодиодов к 220В
Принцип работы в том, что при подаче напряжения 220В начинает заряжаться конденсатор С1, при этом с одной стороны он заряжается напрямую, а со второй через стабилитрон. При увеличении напряжения на конденсаторе стабилитрон увеличивает свое сопротивление, ограничивая напряжения зарядки для конденсатора своим рабочим стабилизирующим напряжением. Эта схема оправдана только при питании светодиодов с большим рабочим током - от 20 мА и выше.
Для подключения светодиода к сети переменного тока 220В в схеме применяют специализированные блоки питания, которые называются светодиодными драйверами. Его основными техническими параметрами считаются сила тока и мощность. Для правильного подключения через драйвер может быть использован фиксированный ток на выходе или регулируемый. Если вы проектируете Лед освещение, то с регулятором будет намного удобней. Обычно лед чипы подсоединяются к драйверу последовательно, что позволяет получить практически одинаковый ток через каждый компонент схемы. Главным минусом такой цепочки будет выход из строя всей цепи, если хотя бы один светодиод перегорит. Конструкция драйвера может быть различной, от простой конструкции на гасящем конденсаторе до продвинутой с практически нулевым коэффициентом пульсации.
Принцип работы большинства рассмотренных схем подключения светодиодов к сети 220в приблизительно одинаков. Они ограничивают ток и отсекают обратную полу волну переменного напряжения. Так как большинство светодиодов боятся большого обратного напряжения, в схемах используется блокирующий диод. В качестве последнего применен IN4004 - он рассчитан на напряжение свыше 300 вольт. Если требуется подключить много светоизлучающих компонентов к 220в, то следует соединить их последовательно.
Рассмотренные ниже радиолюбительские конструкции можно применять при изготовлении самодельных цветомузыкальных устройств, различных индикаторов уровня сигнала, плавное включение и выключение освещения и т.п.
Примером такого включения является типовая светодиодная лента на напряжение 220 вольт. На ней последовательно подключены 60 светоизлучающих полупроводниковых светодиодов, которые получают питание от выпрямителя (типового ). Недостатком такой схемы подсоединения к 220в являются сильные световые пульсации.
В данной схеме подключения светодиода к 220в превышение напряжения отсекается с помощью конденсатора, который выбираем исходя из справочных параметров тока светодиодов. Мощность резистора от 0.25 Вт или выше. Конденсатор должен быть не менее 300 вольт. Номинал стабилитрона следует взять чуть больший, чем напряжение питания светодиода, например на 5 вольт отлично подойдет отечественный стабилитрон КС156А.
Схема работает следующим образом при включении питания 220В начинается заряд конденсатора С1, при этом от одной полуволны он заряжается напрямую, а с другой через стабилитрон. С увеличением напряжения на конденсаторе стабилитрон увеличивает свое внутреннее сопротивление, ограничивая тем самым напряжения заряда конденсатора. Эту схему применяют в случае питания светодиодов с большим рабочим током - от 20 мА или более.
Типовой пример такой конструкции, это . Пластинку с LED компонентами должна быть установлена на теплоотвод и рядом размещен стабилизатор. Если драйвер некачественный, то свет будет мерцать с частотой около 100 Герц. Подобные продолжительные пульсации могут нанести непоправимый вред здоровью человека или домашних животных.
Для светодиодов подключенных в цепь 220 вольт при создании светильников, всегда нужно пытаться уменьшить уровень пульсаций из-за их отрицательного влияния на зрительную систему человека. Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее глазу пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации полностью невидимы и поэтому безопасны для глаз.
А вот пульсации на частотах 60-80 Гц и даже 100-150 Гц практически визуально не воспринимаются, но, они вызывают повышенную утомляемость глаз и при длительном воздействие способны также ухудшить зрение.
Ниже рассмотрим схемы, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы ослабить пульсации. Для этого проще всего подключить параллельно светоизлучающему компоненту сглаживающий конденсатор.
Таблица - Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
Как только подается питание на схему мигающего светодиода начинает заряжаться конденсатор С2 через резистор и диод D1. Постоянное напряжение поступающее с емкости периодически открывает , заставляя кратковременно загораться светодиод. Частота вспышек последнего задается ёмкостью конденсатора, а яркость вспышек - сопротивлением резистора.
Сопротивление R1 предназначено для гашения амплитуды выбросов тока возникающих: в момент выбора яркости свечения тумблером SA1, в момент подключения к сети переменного напряжения на 220В и во время заряда конденсаторов. Конденсатор С4 используется для уменьшения пульсации напряжения после выпрямления переменного напряжения, таким образом уменьшается риск повреждения светодиодов при питании от сети 220В.
Светоиндикация – это неотъемлемая часть электроники, с помощью которой человек легко понимает текущее состояние прибора. В бытовых электронных устройствах роль индикации, выполняет светодиод, установленный во вторичной цепи питания, на выходе трансформатора или стабилизатора. Однако в быту используется и множество простых электронных конструкций, неимеющих преобразователя, индикатор в которых был бы нелишним дополнением. Например, вмонтированный в клавишу настенного выключателя светодиод, стал бы отличным ориентиром расположения выключателя ночью. А светодиод в корпусе удлинителя с розетками будет сигнализировать о наличии его включения в электросеть 220 В.
Ниже представлено несколько простых схем, с помощью которых даже человек с минимальным запасом знаний электротехники сможет подключить светодиод к сети переменного тока.
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.
Расчет резистора для светодиода
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. Эти данные можно рассчитать при помощи .
Важно. 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.
Важно. 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.
Это нужно знать
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.
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.
Небольшой эксперимент
Чтобы немного разбавить скучные схемы, предлагаем ознакомится с небольшим экспериментом, который будет интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным мастерам.
Читайте так же
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.
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).
