Zapojení LED do sítě 220V, schéma a výpočet

LED diody se poprvé začaly používat na počátku 60. Od té doby došlo k úpravám. LED diody mají mnoho výhod, např.

1. Nízká spotřeba;
2. Dlouhá životnost;
3. Trvanlivost;
4. Široký rozsah světelného spektra;
5. Může pracovat při nízkém napětí;
6. Jsou ohnivzdorné.

Protože LED potřebují ke svému provozu pouze zdroj konstantního proudu, musí být instalovány se správnou polaritou. Pokud jsou diody připojeny nesprávně, nebudou fungovat. Aby fungovaly správně, je důležité vědět, jak zapojit LED.

Pochopení pro a proti

Polarita se určuje několika způsoby:

U starších modelů, které mají dlouhé nohy, je vše docela jednoduché. Delší rameno má kladnou polaritu (anoda), kratší rameno zápornou polaritu (katoda). Na hlavě je také řez, který ukazuje umístění polarit.

Pokud se podíváte dovnitř diody, kontakt, který vypadá jako vlajka, je negativní, tenký bude pozitivní.

Můžete zkontrolovat pomocí multimetru. Chcete-li to provést, musíte jej nakonfigurovat na „zvonění“. Pomocí sond se dotkněte kontaktů. Když začne svítit, znamená to, že červený kontakt je + a černý kontakt je -.

Provádění výživy

Nejdůležitějšími faktory při výběru zdroje jsou tyto hodnoty: síla proudu a úbytek napětí. Téměř všechny jsou navrženy pro proudovou sílu 20 miliampérů, nicméně existují modely, které mají 4 krystaly najednou, takže musí být navrženy na proudovou sílu čtyřikrát větší. Dioda má také vlastní přípustnou hodnotu napětí Umax při přímém zapojení a Umaxrev při obráceném zapojení. Při použití vyššího napětí dochází k průrazu, po kterém krystaly již nefungují. Existuje také minimální napětí, které stačí k napájení Umin, stačí k provozu LED. Tyto limity minimální a maximální hodnoty se nazývají operační oblast. LED by měla fungovat v pracovní oblasti. Pokud je výpočet nesprávný, LED dioda jednoduše vyhoří.

Každá LED indikuje konkrétní napětí, označení je umístěno na obalu. Je důležité vědět, že to indikuje možný pokles napětí, nikoli provozní napětí. Musíte to vědět, abyste mohli vypočítat odpor rezistoru, jehož úkolem je omezit proud. Pro každou jednotlivou LED se stejným výkonem se může požadované napětí lišit. Při připojování je důležité sledovat proud, nikoli napětí.

Většina těchto světelných zdrojů spotřebovává jmenovité napětí 2 – 3 volty. Je kontraindikováno jejich přímé připojení na 12 voltů bez použití omezovacího odporu. V mnoha případech, aby ušetřili peníze, používají přímé připojení LED k baterii, bez použití rezistoru, ale takový zdroj světla moc dlouho nevydrží. U ultrajasných LED diod se rezistory nepoužívají, protože jsou pro ně vyrobeny ovladače, které mohou omezit proud. Jedná se o nejmodernější verzi LED diod.

Jak vypočítat odpor

Existuje vzorec pro výpočet odporu rezistoru:

Velikost odporu je implikována R.

Napájecí napětí Up.

Pokles napětí Udrop.

Protékající proud – I.

Konstantní hodnota koeficientu spolehlivosti diody je 0.75.

Uvažujeme například připojení k 12voltové baterii. Pak to bude:

• Upit – 12 voltů, což znamená napětí baterie).
• Upad – 2.2 voltu, což je napětí pro napájení LED).
• I – 0.01 ampér, ukazuje proud diody.

Pomocí těchto čísel můžete vypočítat pomocí vzorce, který ukáže, že výsledek je 1.306. Protože rezistory mají určitou rozteč, je vhodný 1.3 kOhm.

Dalším úkolem bude vypočítat požadovaný minimální výkon rezistoru. Je nutné pochopit přesný údaj o aktuálním průchodu, protože nemusí odpovídat výše uvedenému. Výpočet lze provést pomocí následujícího vzorce:

I = U / (Rres.+ Rlight)

Odpor, který má dioda:

Rlight=Upnom. / Inom. = 2.2 / 0,01 = 220 Ohm,

což znamená, že skutečný vypočtený proud bude:

I = 12 / (1300 + 220) = 0,007 A.

Abyste pochopili skutečný pokles napětí, musíte vypočítat:

Upd.light = Rlight * I = 220 * 0,007 = 1,54 V

Dále vypočítejte výkon:

P = (obrazovka – aktualizace)² / R = (12 -1,54)²/ 1300 = 0,0841 W.

Je lepší přebírat moc s malou rezervou. Nyní to bude tak akorát 0.125 W.

Při připojení 1 LED na 12V baterii budete potřebovat v síti odpor, který má odpor 1.3 kOhm a výkon 0.125 W.

Připojení k síti 220V

U LED, které vyžadují proud ze sítě 220 V, je důležité znát nejdůležitější bod vlastností LED. To platí zejména pro dotazy na téma, jak připojit výkonnou LED. Charakteristika se skládá z nejpřípustnější hodnoty zpětného napětí. V mnoha případech je to 20 V. Při napájení ze sítě obdrží s obrácenou polaritou (střídavý proud) plnou amplitudu napětí 315 V. Toto napětí se získá, protože amplituda napětí je téměř jedenapůlkrát vyšší než skutečné napětí. Aby LED diody fungovaly, měli byste kromě rezistoru nainstalovat LED přes sériové zapojení, které nedovolí, aby ji prorazilo zpětné napětí.

Další možnost připojení od 220 V zahrnuje uspořádání dvou diod zády k sobě.

Tato metoda, kde je zajištěno použití rezistoru, se nepovažuje za správné zapojení. Při použití rezistoru 24 kΩ bude ztráta energie přibližně 3 W. A při sériovém zapojení diody ji můžete snížit 2krát. Pro zpětné napětí musí mít LED napětí alespoň 400 V. Při rozsvícení 2 protilehlých LED je možné vložit dva dvouwattové odpory tak, aby odpor na každém byl 2x menší.

Je důležité pochopit, že pomocí rezistoru s vysokým odporem, například 200 kOhm, je možné zapnout bez ochranné diody. K tomu dochází, protože zpětný proud bude poměrně slabý, aby poškodil diodu. V této možnosti bude jas horší, ale pro některé účely, jako je podsvícení, bude stačit.

Vzhledem k tomu, že síťový proud je proměnný, je možné do obvodu zařadit místo rezistoru kondenzátor. Ve srovnání s omezovacím rezistorem se kondenzátor nezahřívá. Aby kondenzátor prošel střídavým proudem, musí jím projít oba půlcykly sítě. Protože LED může vést proud pouze na jednu stranu, musíte umístit další LED nebo diodu zády k sobě. To vám umožní přeskočit druhou polovinu.

Je důležité vědět, že když je obvod odpojen od sítě, kondenzátor obsahuje určité napětí, které se může rovnat 315 V. Abyste předešli náhodnému úrazu elektrickým proudem, měli byste nainstalovat vybíjecí rezistor větší hodnoty a umístit jej paralelně s kondenzátorem. Výkonová rezerva na kondenzátoru slouží k tomu, aby při běžném provozu byl proud nepatrný a nezpůsoboval zahřívání. Pro zajištění ochrany proti pulzním nabíjecím proudům je instalován nízkoodporový odpor, který bude fungovat jako pojistka.

Výkon kondenzátoru by měl být 400 V a více. Existují možnosti pro obvody se střídavým napětím, vhodné od 250 V a výše. Pokud je třeba řídit více LED, mělo by být použito sériové připojení.

Při instalaci LED osvětlení musí být dioda vypočtena pro proud, který nebude menší než proud procházející LED. S reverzním napětím by měl být výpočet takový, aby nebyl menší než celkový součet napětí na LED. Pomocí těchto doporučení můžete pochopit, jak správně připojit LED.

Možnosti připojení od 12V

Od 12 V se můžete připojit několika způsoby. Zdroj 12V lze použít z baterie. V tomto příkladu jsou připojeny 3 LED.

Je zde možnost vše zapojit přes vlastní rezistor, který bude plnit funkci omezení proudu.

Další možností by bylo zapnout všechny LED paralelně a nainstalovat 1 rezistor, který je navržen pro trojitý proud. Nevýhodou však bude rozšíření parametrů u LED stejného typu. V souladu s tím LED, která má nejslabší vnitřní odpor, bude první, která projde zvýšenými proudy a vyhoří. Poté shoří i zbytek, protože proud pro ně bude velmi silný. V důsledku toho musíte, stejně jako v předchozí verzi, nainstalovat rezistor pro každou LED.

K této možnosti však existuje alternativa. Zapojení do série můžete provést pouze pomocí jednoho odporu. Tímto způsobem bude proud protékat každou LED rovnoměrně. Je důležité, aby napájecí zdroj neměl vyšší napětí, než je velikost poklesu na každé LED. Dále je důležité vybrat správný odpor omezující proud, aby taková instalace LED podsvícení mohla fungovat po dlouhou dobu.

Závěr a video

Pro připojení LED musíte mít minimální úroveň teoretických znalostí a také schopnost pájet. Pokud máte minimální dovednosti a znalosti o tom, jak správně připojit LED, nezpůsobí to žádné potíže. Pokud máte pochybnosti, je lepší svěřit otázku, jak připojit LED, odborníkům. Nejjednodušší možností je instalace LED lamp, kterou bez problémů zvládnete sami.

Typicky jsou LED diody připojeny k 220V pomocí ovladače navrženého pro jejich vlastnosti. Pokud ale potřebujete připojit pouze jednu LED s nízkou spotřebou, například jako indikátor, pak se použití ovladače stává nepraktickým. V takových případech vyvstává otázka – jak připojit LED na 220 V bez dodatečného napájení.

Základy připojení na 220V

Na rozdíl od driveru, který napájí LED stejnosměrným proudem a relativně nízkým napětím (několik až desítek voltů), síť produkuje střídavé sinusové napětí s frekvencí 50 Hz a průměrnou hodnotou 220 V. LED prochází proud pouze v jednom směru, bude svítit pouze na určitých půlvlnách:

To znamená, že LED dioda u tohoto zdroje nesvítí neustále, ale bliká frekvencí 50 Hz. Ale kvůli setrvačnosti lidského zraku to není tak nápadné.

Současně je na ni stále přiváděno napětí s obrácenou polaritou, přestože LED diodu nerozsvítí, a může ji poškodit, pokud nebudou přijata žádná ochranná opatření.

Způsoby připojení LED k síti 220 V

Nejjednodušší způsob (přečtěte si o všech možných způsobech připojení LED) je připojení pomocí zhášecího rezistoru zapojeného do série s LED. Je třeba vzít v úvahu, že 220 V je efektivní hodnota U v síti. Hodnota amplitudy je 310 V a je třeba ji vzít v úvahu při výpočtu odporu rezistoru.

Kromě toho je nutné chránit svítivou diodu před zpětným napětím stejné velikosti. To lze provést několika způsoby.

Sériové zapojení diody s vysokým zpětným průrazným napětím (400 V nebo více).

Podívejme se na schéma zapojení podrobněji.

Obvod používá usměrňovací diodu 1N4007 se zpětným napětím 1000 V. Když se změní polarita, bude na ni přivedeno veškeré napětí a LED je chráněna před průrazem.

Tato možnost připojení je jasně ukázána v tomto videu:

Popisuje také, jak určit umístění anody a katody standardní nízkopříkonové LED a vypočítat odpor zhášecího odporu.

Obcházení LED konvenční diodou.

Zde postačí jakákoli dioda s nízkou spotřebou připojená zády k sobě s LED. V tomto případě bude zpětné napětí aplikováno na zhášecí odpor, protože dioda se rozsvítí v propustném směru.

Zapojení dvou LED diod zády k sobě:

Schéma zapojení vypadá takto:

Princip je podobný předchozímu, pouze zde svítivé diody hoří každá ve své vlastní sekci sinusoidy a vzájemně se chrání před poruchou.

Vezměte prosím na vědomí, že připojení LED na zdroj 220V bez ochrany vede k jeho rychlému selhání.

Schémata pro připojení k 220V pomocí zhášecího rezistoru mají jednu vážnou nevýhodu: na rezistoru se uvolňuje velké množství energie.

Například v uvažovaných případech je použit rezistor s odporem 24 Kom, který při napětí 220 V poskytuje proud asi 9 mA. Výkon rozptýlený rezistorem je tedy:

9 * 9 * 24 = 1944 mW, přibližně 2 W.

To znamená, že pro optimální provoz budete potřebovat rezistor s výkonem alespoň 3 W.

Pokud existuje několik LED a spotřebovávají více proudu, pak se výkon zvýší úměrně druhé mocnině proudu, což znemožní použití rezistoru.

Použití rezistoru nedostatečného výkonu vede k jeho rychlému přehřátí a poruše, která může způsobit zkrat v síti.

V takových případech lze jako prvek omezující proud použít kondenzátor. Výhodou této metody je, že se na kondenzátoru neztratí žádný výkon, protože jeho odpor je jalový.

Zde je znázorněno typické schéma připojení svítivé diody do sítě 220V pomocí kondenzátoru. Vzhledem k tomu, že kondenzátor může po vypnutí napájení udržet zbytkový náboj, který je nebezpečný pro člověka, musí být vybit pomocí rezistoru R1. R2 chrání celý obvod před proudovými rázy přes kondenzátor při zapnutí napájení. VD1 chrání LED před přepólováním.

Kondenzátor musí být nepolární, dimenzovaný na napětí minimálně 400 V.

Použití polárních kondenzátorů (elektrolyt, tantal) v síti střídavého proudu je nepřijatelné, protože proud procházející jimi v opačném směru ničí jejich strukturu.

Kapacita kondenzátoru se vypočítá pomocí empirického vzorce:

kde U je amplitudové napětí sítě (310 V),

I – proud procházející LED (v miliampérech),

Ud – úbytek napětí na LED v propustném směru.

Řekněme, že potřebujete připojit LED s úbytkem napětí 2 V při proudu 9 mA. Na základě toho vypočítáme kapacitu kondenzátoru při připojení jedné takové LED do sítě:

Tento vzorec platí pouze pro frekvenci kolísání síťového napětí 50 Hz. Na jiných frekvencích bude vyžadován přepočet faktoru 4,45.

Nuance připojení k síti 220 V

Při připojení LED k síti 220V existují některé funkce související s množstvím procházejícího proudu. Například u běžných světelných spínačů s podsvícením se LED zapíná podle níže uvedeného obvodu:

Jak vidíte, nejsou zde žádné ochranné diody a hodnota odporu je zvolena tak, aby omezila propustný proud LED na cca 1 mA. Zátěž lampy také slouží jako omezovač proudu. S tímto schématem připojení bude LED svítit slabě, ale dost na to, abyste v noci viděli vypínač v místnosti. Kromě toho bude zpětné napětí aplikováno hlavně na rezistor, když je spínač otevřený, a svítivá dioda bude chráněna před poruchou.

Pokud potřebujete připojit několik LED na 220V, můžete je zapnout sériově na základě obvodu se zhášecím kondenzátorem:

V tomto případě musí být všechny LED diody navrženy na stejný proud pro rovnoměrné osvětlení.

Přemosťovací diodu můžete nahradit připojením LED zády k sobě:

V obou případech bude nutné přepočítat hodnotu kapacity kondenzátoru, protože Napětí na LED se zvýší.

Paralelní (ne back-to-back) připojení LED k síti je nepřijatelné, protože při poruše jednoho obvodu protéká druhým dvojnásobný proud, což způsobí vyhoření LED a následný zkrat.

Několik dalších možností pro nepřijatelné připojení světelných diod k síti 220V je popsáno v tomto videu:

Zde je důvod, proč nemůžete:

• zapněte LED přímo;
• zapojte LED diody určené pro různé proudy do série;
• zapněte LED bez ochrany proti zpětnému napětí.

Zabezpečení připojení

Při připojení na 220V je třeba vzít v úvahu, že spínač světel obvykle otevře fázový vodič. Nula se v tomto případě provádí společně v celé místnosti. Elektrická síť navíc často nemá ochranné uzemnění, takže i na nulovém vodiči je nějaké napětí vůči zemi. Měli byste také mít na paměti, že v některých případech je zemnící vodič připojen k radiátorům nebo vodovodnímu potrubí. Proto při současném kontaktu osoby s fází a baterií, zejména při instalačních pracích v koupelně, hrozí nebezpečí vystavení napětí mezi fází a zemí.

V tomto ohledu je při připojování k síti lepší odpojit nulu i fázi pomocí dávkového stroje, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem při dotyku živých vodičů sítě.

Závěr

Zde popsané způsoby připojení LED k síti 220V je vhodné použít pouze při použití nízkopříkonových světelných diod pro účely osvětlení nebo indikace. Výkonné LED diody nelze tímto způsobem připojit, protože nestabilita síťového napětí vede k jejich rychlé degradaci a selhání. V takových případech je třeba použít specializované LED napájecí zdroje – ovladače.