الصمام في دائرة 220 فولت. كيفية توصيل LED بشبكة الإضاءة

واحد من قضايا مهمةعند العمل مع المصابيح هو اتصاله بالشبكة تكييفوالجهد العالي. من المعروف أنه لا يمكن تشغيل LED مباشرة من شبكة 220 فولت. كيفية تجميع الدائرة بشكل صحيح وتوفير الطاقة لحل المشكلة؟

الخصائص الكهربائية

للإجابة على السؤال المطروح أعلاه، لا بد من الدراسة الخصائص الكهربائيةقاد.

خاصية الجهد الحالي هي خط حاد. وهذا يعني أنه عندما يزيد الجهد حتى بمقدار صغير جدًا، فإن التيار عبر أشباه الموصلات الباعثة للكهرباء يزداد بشكل حاد. تؤدي الزيادة في التيار إلى تسخين مؤشر LED، ونتيجة لذلك يمكن أن يحترق ببساطة. يتم حل هذه المشكلة عن طريق تضمين المقاوم المحدد في الدائرة.

في الصمام قيمة صغيرةجهد الانهيار العكسي (حوالي 20 فولت)، لذلك لا يمكن توصيله بشبكة تيار متردد 220 فولت. لمنع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس، من الضروري تضمين صمام ثنائي في الدائرة أو تشغيل الصمام الثاني المقابل لمصباح LED الأول. يجب أن يكون الاتصال متوازيا.

لذلك، نحن نعلم أن أي دائرة لتوصيل LED بشبكة 220 فولت يجب أن تحتوي على مقاوم ومقوم، وإلا فإن الطاقة ستكون مستحيلة.

لماذا هناك حاجة لمثل هذا المخطط؟ بادئ ذي بدء، لتصميم مؤشر الشبكة. يمكن أن يكون ضوء LED مؤشرًا ممتازًا للمساعدة في تحديد ما إذا كان الجهاز الكهربائي متصلاً أم لا. يتم إضافته إلى دائرة المفاتيح والمقابس لسهولة العثور عليها في الظلام.

يبدأ مثل هذا المؤشر في التوهج بجهد يبلغ بضعة فولتات فقط. وفي الوقت نفسه، يستهلك كمية قليلة من الكهرباء بسبب التيار المنخفض (عدة أميال من الأمبيرات).

ما المقاوم الذي يجب أن أستخدمه؟

لتحديد المقاومة المثالية، عليك استخدام قانون أوم.

R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.

لنفترض أننا أخذنا مؤشر LED أحمر بقيمة تيار اسمية تبلغ 18 مللي أمبير وجهد أمامي يبلغ 2.0 فولت.

(311-2)/0.018=17167 أوم=17 كيلو أوم

دعونا نشرح من أين يأتي الرقم 311. هذه هي ذروة الموجة الجيبية التي يتغير خلالها الجهد في شبكتنا. وبدون الخوض في عالم الرياضيات بكل حساباتها، يمكننا القول ببساطة أن ذروة الجهد هي 220 * √2.

في بعض الأحيان توجد دوائر لا تحتوي على صمام ثنائي مصحح. في هذه الحالة يجب زيادة المقاومة عدة مرات لتقليل التيار وحماية ضوء المؤشر من الاحتراق.

الدائرة الأولية للمؤشر الحالي

ما هو المطلوب لصنع أبسط مؤشر يعمل بشبكة 220 فولت؟ وهنا القائمة:

• مؤشر LED عادي من أي لون تريده؛
• المقاوم من 100 إلى 200 كيلو أوم (من المزيد من المقاومة، كلما كان سطوع المصباح أقل سطوعًا) ؛
• الصمام الثنائي بجهد عكسي 100 فولت أو أكثر ؛
• مكواة لحام منخفضة الطاقة حتى لا ترتفع درجة حرارة LED.

نظرًا لأن عدد الأجزاء ضئيل، فلا يتم استخدام اللوحة في التثبيت. يتم توصيل المؤشر بالتوازي مع الجهاز الكهربائي.

بالنسبة لأولئك الذين لا يريدون التجول بحثًا عن الصمام الثنائي، فقد توصل المصنعون إلى مؤشر جاهز بلونين على شكل مصباحي LED مدمجين في غلاف واحد ألوان مختلفة. عادة ما يكون لونه أحمر و الألوان الخضراء. في هذه الحالة، يتم تقليل عدد أجزاء الدائرة بشكل أكبر.

هناك مخططات اتصال أخرى يتم فيها استبدال المقاوم بمكثف أو جسور الصمام الثنائي والترانزستورات وما إلى ذلك ولكن بغض النظر عن الأمر ميزات التصميملم يتم تقديمها، والمهمة الرئيسية هي تصحيح التيار وخفضه إلى قيمة آمنة.

يعد المؤشر الضوئي جزءًا لا يتجزأ من الإلكترونيات، حيث يمكن لأي شخص أن يفهم بسهولة الحالة الحالية للجهاز. في المنزل الأجهزة الإلكترونيةيتم تنفيذ دور الإشارة بواسطة مؤشر LED المثبت فيه الدائرة الثانويةإمدادات الطاقة، عند إخراج المحول أو المثبت. ومع ذلك، في الحياة اليومية هناك أيضا العديد من الأشياء البسيطة التصاميم الإلكترونية، التي لا تحتوي على محول، وهو مؤشر سيكون بمثابة إضافة مفيدة. على سبيل المثال، سيكون مصباح LED المدمج في مفتاح مفتاح الجدار مرجعًا ممتازًا لموقع المفتاح ليلاً. وسيشير مؤشر LED الموجود في جسم سلك التمديد مع المقابس إلى أنه متصل بمصدر طاقة 220 فولت.

أدناه عدة دوائر بسيطة، والتي من خلالها يمكن لأي شخص لديه الحد الأدنى من المعرفة بالهندسة الكهربائية توصيل مؤشر LED بشبكة التيار المتردد.

مخططات الاتصال

الصمام هو نوع الثنائيات أشباه الموصلاتمع جهد إمداد وتيار أقل بكثير مما هو عليه في الشبكة الكهربائية المنزلية. في اتصال مباشرفي شبكة 220 فولت، سوف تفشل على الفور. لذلك، يجب توصيل الصمام الثنائي الباعث للضوء فقط من خلال عنصر يحد من التيار. الأرخص والأسهل في التجميع هي الدوائر التي تحتوي على عنصر تنحي على شكل مقاوم أو مكثف.

من النقاط المهمة التي يجب الانتباه إليها عند توصيل مؤشر LED بشبكة التيار المتردد هي حدود الجهد العكسي. يمكن إنجاز هذه المهمة بسهولة بواسطة أي صمام ثنائي سيليكون مصمم لتيار لا يقل عن التيار الذي يتدفق في الدائرة. يتم توصيل الصمام الثنائي على التوالي بعد المقاوم أو مع قطبية عكسية بالتوازي مع LED.

هناك رأي مفاده أنه من الممكن الاستغناء عن الحد من الجهد العكسي، لأن الانهيار الكهربائي لا يسبب ضررا للصمام الثنائي الباعث للضوء. ومع ذلك، قد يؤدي التيار العكسي إلى ارتفاع درجة الحرارة تقاطع p-nمما أدى إلى الانهيار الحراري وتدمير كريستال LED.

بدلاً من الصمام الثنائي السيليكوني، يمكنك استخدام صمام ثنائي باعث للضوء ثانٍ بتيار أمامي مماثل، وهو متصل بقطبية عكسية بالتوازي مع مصباح LED الأول.

الجانب السلبي لدوائر المقاومة التي تحد من التيار هو الحاجة إلى التبديد قوة عالية. تصبح هذه المشكلة ذات أهمية خاصة عند توصيل الحمل باستهلاك تيار مرتفع. يتم حل هذه المشكلة عن طريق استبدال المقاوم بمكثف غير قطبي، والذي يسمى في مثل هذه الدوائر بالصابورة أو التبريد.

يتصرف المكثف غير القطبي المتصل بشبكة التيار المتردد كمقاومة، لكنه لا يبدد الطاقة المستهلكة على شكل حرارة.

في هذه الدوائر، عند انقطاع التيار الكهربائي، يبقى المكثف بدون تفريغ، مما يخلق خطر حدوث صدمة كهربائية.

يمكن حل هذه المشكلة بسهولة عن طريق توصيل مقاوم تحويل بقدرة 0.5 واط بمقاومة لا تقل عن 240 كيلو أوم بالمكثف.

حساب المقاوم لLED

في جميع الدوائر المذكورة أعلاه ذات مقاومة محددة للتيار، يتم حساب المقاومة وفقًا لقانون أوم: R = U/I، حيث U هو جهد المصدر، I هو تيار تشغيل LED. الطاقة التي يتبددها المقاوم هي P = U * I. ويمكن حساب هذه البيانات باستخدام.

مهم. إذا كنت تخطط لاستخدام الدائرة في حزمة منخفضة الحمل الحراري، فمن المستحسن زيادة الحد الأقصى لقيمة تبديد الطاقة للمقاوم بنسبة 30٪.

حساب مكثف التبريد لLED هذه الصيغةتم تبسيطه، ولكن دقته كافية لدوائر توصيل LED ذات جهد إمداد يصل إلى 20 فولت.

مهم. لحماية الدائرة من ارتفاع الجهد والضوضاء النبضية، يجب اختيار مكثف التبريد بجهد تشغيل لا يقل عن 400 فولت.

فمن الأفضل استخدام مكثف نوع السيراميك K10–17 بجهد تشغيل يزيد عن 400 فولت أو ما يعادله مستوردًا. يجب عدم استخدام المكثفات الإلكتروليتية (القطبية).

عليك أن تعرف هذا

الشيء الرئيسي هو أن نتذكر احتياطات السلامة. يتم تشغيل الدوائر المقدمة بجهد 220 فولت تيار متردد، وبالتالي تتطلب اهتمامًا خاصًا أثناء التجميع.

يجب أن يتم توصيل مؤشر LED بالشبكة بما يتوافق بدقة مع مخطط الدائرة. يمكن أن يؤدي الانحراف عن الخطة أو الإهمال إلى ماس كهربائىأو فشل الأجزاء الفردية.

يجب تجميع مصادر الطاقة غير المحولة بعناية وتذكر أنها غير موجودة العزلة الكلفانيةمع الشبكة. يجب أن تكون الدائرة النهائية معزولة بشكل موثوق عن المناطق المجاورة الأجزاء المعدنيةومحمي من اللمس العرضي. لا يمكن تفكيكها إلا مع إيقاف تشغيل مصدر الطاقة.

اقرأ أيضا

ربما لن أكون مخطئًا إذا قلت إن أكثر من 90٪ من سكان روسيا يعرفون ذلك شرائط LEDعلى السؤال "هل يمكن استخدام المحولات من مصابيح الهالوجين لتشغيل شرائط LED؟" سوف يجيبون "لا، لا يمكنك!" التفسير الأكثر شيوعًا هو أن "المحول الإلكتروني يعمل بالتيار المتردد، لكن مصابيح LED تحتاج إلى تيار ثابت". هذا هو بالضبط ما يقولونه لنا في المتاجر، وهذا هو بالضبط الفكرة المهيمنة للغالبية العظمى من المقالات "المهنية" حول هذا الموضوع، والتي علمت الناس بشكل عام إنفاق المزيد من المال بشكل ملحوظ.

هل هذا مبرر دائمًا وكيف تتصرف مصابيح LED الموجودة في شرائط LED الأكثر شيوعًا عند تشغيلها بالتيار المتردد، سنحاول معرفة ذلك أثناء قراءة هذه المقالة.

سأقوم على الفور بالحجز على أنه لتعيين "LED" سأستمر في استخدام الاختصار LED الواضح والطبيعي تمامًا ولن أستخدم الاختصار الفني الإنجليزي LED (الصمام الثنائي الباعث للضوء) لهذا المفهوم عمدًا. في بلدنا الحالي، عدم وجود أي مناسبة التدريب الفنيلقد أدى المديرون ومندوبو المبيعات في المتاجر بالفعل إلى رمي النفايات وظهور مثل هذه اللغة غير الطبيعية بالنسبة للغة الفنية، والحماقة بالنسبة للأذن والرهيبة في كتابة مجموعات الحروف "led'ы"، و"led'ы"، و"ice"، أو كما رأيت مؤخرًا في خط زاحف - "مصابيح LED" . ليس فقط "زبدة - زبدة"، أنا فقط لا أريد أن أردد وأخلق هذا "الارتباك اللفظي"...

كان المصدر الأيديولوجي لكتابة الدراسة هو الرغبة الطويلة الأمد في دحض التصريحات القاطعة التي لا أساس لها من الصحة حول عدم جواز تشغيل مصابيح LED بالتيار المتردد. بشكل عام، فإن الطبيعة المثيرة للجدل لهذا البيان تلفت انتباه أي متخصص (وكذلك "غير متخصص") يفهم أن LED، على الرغم من أنه ينبعث الضوء، هو في المقام الأول صمام ثنائي. وهذا يعني أنها تنبعث تحت تأثير جهد التيار المترددوسيظل موجودًا، ولكن فقط خلال نصف عمره.

في الأساس، سوف نحتاج إلى الإجابة باستمرار ثلاثة أسئلة:

1) هل ستكون السيارة الكهربائية قادرة على "البدء" عند توصيل حمولة على شكل صمامات ثنائية لأشباه الموصلات؛
2) إذا بدأ ET، هل سيتجاوز النبض "المتغير". التأثير الكهربائيالمعلمات المسموح بها لمصابيح LED الفردية في الأشرطة. إذا تجاوزت ذلك، فكم من الوقت سيستمر SD في مثل هذه الظروف؛
3) ما هو الكفاءة الاقتصاديةمن استخدام ET في تصميمات الإضاءة على شرائط LED.

لذلك، قبل ستة أشهر، أتيحت لي فرصة مناسبة للتجربة.

كنت بحاجة إلى إضاءة المساحة في الأدراج وخزائن المكتب في ورشة العمل الخاصة بي. بعد تجهيز المطبخ، بقي لدي 1.2 متر من شريط LED أحادي اللون بقدرة إجمالية تبلغ حوالي 17 وات (أزتيك 14 وات/متر) ومحول إلكتروني واحد من مصابيح الهالوجين - EAC 12V 20-60 W، الأكثر شيوعًا والأرخص تم شراؤها مقابل 74 روبل في يوليو 2014. للبدء، لبدء تشغيل ET، قمت بتحميله بمصباح هالوجين عادي بقوة 20 واط ثم قمت بتوصيل كل الشريط بطول 1.2 متر بالتوازي (الشكل 1). كما هو متوقع، أضاء الشريط. وفي نفس الوقت كان وهج الشريط موحدا ومتوسط ​​السطوع دون أي وميض ملحوظ للعين وهذا ليس مستغربا لأن يتم تعديل تعرج خرج ET وفقًا للسعة، بالكاد يمكن ملاحظتها بالعين المجردة، عند تردد 100 هرتز. أثناء التجربة، أدى إطفاء المصباح في مثل هذه الدائرة على الفور إلى توقف توهج شريط LED، مما يشير إلى استحالة بدء تشغيل ET بجهد نصف موجة واحد. ثم قمت بتقسيم الشريط إلى قسمين وقمت بتشغيلهما متتاليين (الشكل 2)، والذي، وفقًا للخطة، كان من المفترض أن يضمن تشغيل مرحلة إخراج ET في كلتا الدورتين النصفيتين. في نفس الوقت ، من أجل القضاء على خلل التيارات في الاتجاه المعاكس وارتفاع درجة حرارة ملف الخرج لـ ET بسبب ظهور مكون ثابت ، قمت بضمان المساواة (8 واط) في عدد مصابيح LED في كلا الحملين الأسلحة. مباشرة بعد الاتصال وفقًا لهذا المخطط (الشكل 2) ، دخل المحول بأمان في وضع التوليد ، وأضاء كلا شريطي LED بالتساوي وتركا لمدة ساعة واحدة ، حيث لم يتم تسخينهما ولا السيارة الكهربائية نفسها على الإطلاق ، الأمر الذي بل أشار إلى وضعها الطبيعي تماما الأوضاع الكهربائيةمن لا.

لذا، فإن إجابة السؤال الأول - هل ستبدأ السيارة الكهربائية عند استبدال مصابيح الهالوجين بمصابيح LED - هي إجابة إيجابية. نعم، سوف تبدأ! إذا قمت بضمان اتصال الأشرطة من الخلف إلى الخلف كما في الشكل 2.

وتطلع للأمام...

بالنظر إلى المستقبل، سأقول أنه، كما أظهرت تجربة أخرى، تم إطلاق ET بقوة إطلاق لا تقل عن 20 واط بنجاح حتى مع إجمالي حمولة LED تبلغ 10 واط (5 واط في كل ذراع).

دعونا نمضي قدما. الآن نحن نحاول العثور على الجواب السؤال الثانيأبحاثنا. ولكن الآن التجارب وحدها ليست كافية بالنسبة لنا؛ سنحتاج إلى المعرفة من TERCiE (نظرية دوائر وعناصر الراديو الكهربائية)، والتي ستسمح لنا في النهاية بافتراض: هل من الممكن تشغيل أشرطة SD لفترة طويلة في هذا الوضع دون جدية؟ الأضرار التي لحقت متانتها، إذا كنا نتحدث عن الضرر على الإطلاق؟

لنبدأ بجهاز شريط SD. يتكون الشريط من أقسام عمل متصلة بالتوازي (الشكل 3) من ثلاثة بواعث (مشار إليها في الرسم التخطيطي - E) وهي عبارة عن ثلاثة مصابيح LED منفصلة تحت طبقة فوسفور مشتركة. يتم توصيل كل صمام ثنائي (D في الرسم التخطيطي) للباعث في سلسلة ثلاثية مع الثنائيات من بواعث أخرى ومقاوم يحدد نقطة التشغيل المحسوبة للثنائيات (انظر الشكل 4).

يتم تحديد المقاوم في الثالوث بطريقة أنه عند تشغيله بـ 12 فولت ونقطة التشغيل المحسوبة للصمام الثنائي Upr = 3.3 V، Ipr = 14 مللي أمبير، يتم إطفاء الجهد الزائد بحوالي 2 فولت عليه.

بالمناسبة، مثيرة للاهتمام...

يعتبر هذا الترتيب للثالوث موثوقًا وعمليًا، لأنه إذا فشل مصباح LED واحد في الثلاثي، فلن يتم إيقاف تشغيل أي من الباعثات تمامًا، ولكنها ستستمر في الاحتراق، وإن كان بسطوع أقل ثالثًا. يمكنك، بالطبع، إنشاء ثالوث يعتمد على باعث واحد (وهذه الأشرطة متاحة للبيع). فيها، سيكون قسم العمل الذي يحدد قطعه جزءًا به باعث واحد ومقاوم، ولكن في هذه الحالة، سيؤدي فشل مؤشر LED واحد في الثالوث إلى فقدان التوهج بواسطة الباعث بأكمله، مما سيؤدي إلى يمكن ملاحظتها على الفور في أي مصباح.

من خلال البحث في الشركات المصنعة لمصابيح SMD LED، من السهل العثور عليها و المعلمات الكهربائيةتطبيق SD:

لإكمال الدراسة، قمت أيضًا بقياس خاصية الجهد الحالي (CVC) لقسم العمل من الشريط (الشكل 5)، ومن خلال إعادة الحساب البسيطة حصلت على خاصية الجهد الحالي لمصباح LED منفصل (الشكل 6).

أتمنى لك...

أتمنى ألا يكون لديك أي شك في أنه كان من الممكن القيام بذلك جسديًا، وكانت النتائج هي نفسها.

الشكل 5

خصائص الجهد الحالي الموضحة في الأشكال لا تتطلب شرحًا إضافيًا. سأضيف فقط أنه عندما يكون الجهد أقل من 2.35 فولت على مصباح LED منفصل، يكون توهجه غائبًا تمامًا، وهو ما يتوافق مع جهد إمداد لمنطقة العمل يبلغ حوالي 7 فولت، وجهد إمداد يبلغ 15.5 فولت على المصباح. الشريط آمن تمامًا، لأنه التيار من خلال LED منفصل لا يتجاوز التشغيل العادي 30 مللي أمبير.

ومع ذلك، فإن كل هذه التعبيرات الرقمية لمعلمات التشغيل ذات صلة فقط بـ العاصمة. سنقوم باختبار الصمام الثنائي عند تعرضه للجهد المتردد، أي. نبض الجهد في اتجاهات مختلفة. ومع ذلك، مع مثل هذه التغذية هو للغاية قيم صالحةيمكن أن تكون التيارات والفولتية الموجودة على الصمام الثنائي أكبر بعدة مرات، أو حتى عشرات المرات، من حدود التيار المباشر (وهذا أمر معروف ويمكن للمديرين المتشككين قراءة محاضرات حول محطات الطاقة الحرارية) - كل هذا يتوقف على المدة والتردد من التعرض. ولكن هنا تكمن المشكلة: جهد الخرج للـ ET كافٍ شكل معقد، والذي لا يسمح بوصف موثوق به رياضيًا في نطاق هذه المقالة، ولا يتم توفير خصائص أداء مصابيح LED مع قسم القيم المطلقة لأوضاع التشغيل النبضية. على الرغم من أنه صحيح، هناك معلمة واحدة (Ipr imp)، ولكن ما هي مدة النبضة ذات الصلة - ليس من الواضح، لأي دورة عمل للتأثير ينطبق هذا، يمكنك أيضًا تخمينها فقط.

بيت القصيد هو....

الشيء هو أن تقاطع p-n لأشباه الموصلات عند التشغيل على تيار متناوب (نبض) يعمل بحمل متغير. يتم استبدال الفترات الحالية التي تسبب تسخين وتشغيل LED عن طريق انبعاث موجات ضوئية بفترات توقف مؤقتة (لا يتدفق خلالها أي تيار عبر الوصلة) والتي يبرد فيها أشباه الموصلات. والسؤال هنا لا يتعلق بالقيمة المطلقة للتيار عبر أشباه الموصلات، بل بالأحرى ما إذا كان أشباه الموصلات سيكون لديه الوقت الكافي للتبريد بدرجة كافية أثناء التوقف المؤقت بدون تيار للتعويض عن التسخين الذي حدث خلال الفترة الحالية. أولئك. منع الانهيار الحراري.
وهنا أريد أن أذكر "الفيزياء" بفشل أشباه الموصلات. وهذا سيسمح لنا بفهم جوهر العمليات الجارية. هي، الفيزياء، معروفة بشكل عام، ولكن لا تزال في كلماتها الخاصة: يتم تحديد متانة أي جهاز من خلال تحمله للخطأ. تحدث أعطال الصمام الثنائي أثناء التشغيل العادي في حالة حدوث عطل حراري أو كهربائي.

يحدث الانهيار الكهربائي، كقاعدة عامة، عند تجاوز الجهد العكسي المسموح به (Urev). في هذه الحالة، يفقد الصمام الثنائي خاصية التوصيل في اتجاه واحد ويبدأ بالسلوك في كلا الاتجاهين. في معظم الحالات، يكون العطل الكهربائي قابلاً للإصلاح ويتم استعادة وظائف الجهاز.

لكن الانهيار الحراري، على العكس من ذلك، لا رجعة فيه ويحدث عندما يكون هناك تيار زائد في الاتجاه الأمامي (في كثير من الأحيان العكس، والذي يحدث بعد الانهيار الكهربائي) ويستلزم تغييرًا مدمرًا في بلورة أشباه الموصلات نتيجة لقوة محلية قوية ارتفاع درجة الحرارة ص نالانتقال، غير قادر على المرور من خلال نفسه عدد كبيرالجسيمات المشحونة.

النقطة هنا هي أنه حتى يتم تهيئة الظروف لحدوث الانهيار الحراري، فإن أشباه الموصلات تعمل. وأكرر أنه بشكل عام لا يهم ما هي القيمة المطلقة للتيار المتدفق من خلاله. يمكن أن تكون كبيرة جدًا! الشيء الرئيسي هو أن الصمام الثنائي لدينا ليس لديه الوقت لارتفاع درجة الحرارة. يشير جواز السفر لأي صمام ثنائي إلى اثنين من المعلمات القصوى المسموح بها: الحد الأقصى للتيار الأمامي Ipr mzx والحد الأقصى للجهد العكسي U arr max، للتعرض طويل المدى للتيار المباشر، والذي عندما الشروط القياسيةيتم ضمان عدم تسبب التشغيل في أي عطل كهربائي أو حراري.

لذلك، لدراسة درجة تأثير الجهد المتردد على مصابيح LED، سنبدأ من مسلمة أنه يمكن إيصال أي تيار نبضي طويل المدى إلى قيمة تيار مباشر يتم عندها العمل الذي يؤديه LED تحت تأثير التيار النبضي سوف تكون متطابقة للعمل مع التيار المستمر.

كيف يمكننا تقييم العمل الناتج عن LED؟ نعم، بسيط جدا. يعمل مصباح LED، تحت تأثير التيار المتدفق من خلاله، على إطلاق الطاقة الضوئية والحرارة. ويمكننا بسهولة قياس ومقارنة هاتين المعلمتين لكلا النوعين من التيار، مما يعني أنه يمكننا تحديد مقدار حمل LED لجهد الخرج ET مقارنة بمثبت قياسي 12 فولت.

لتقييم الطاقة الضوئية المنبعثة من قسم عمل منفصل لشريط LED، قمت بقياس اعتماد الإضاءة على جهد الإمداد. تم قياس الإضاءة على مسافة 10 سم من الباعثات (الشكل 7).

وهكذا على في هذه المرحلة، لدينا كل شيء جاهز للحصول على إجابة للسؤالين الثاني والثالث من بحثنا.
دعونا نبدأ.

أولاً، دعونا نفحص جهد الخرج لـ ET لدينا:

سأقول على الفور أنه من المستحيل استخدام جهاز اختبار أمبير-فولتميتر إلكتروني منزلي لقياس سعة الجهد بهذا الشكل. إنه مصمم لقياس التذبذبات التوافقية بشكل صارم ، ولكن في حالتنا سيكون الأمر كثيرًا ، لأننا نتعامل مع جهد نبضي متناوب مُشكَّل في السعة بواسطة تيار ذو تردد صناعي مزدوج. تردد التعديل 100 هرتز، تردد التعبئة: 10 كيلو هرتز – موجة مربعة ثنائية الاتجاه، سعة الإشارة Ua = 18 فولت. لم يكتشف راسم الذبذبات أي طفرات فردية بسعة تزيد عن 18 فولت. وبما أن التعبئة متعرجة، فإن قيمة الجهد الفعال ستكون خاضعة بالكامل لقانون إشارة التعديل، وبالتالي في حالتنا Uact = Uа/√2 = 18/1.41 = 12.7 V. ولهذا السبب تشير ورقة بيانات السيارة الكهربائية إلى أن جهد الخرج هو ~12 فولت.

بالنظر إلى المخططات ومقارنتها بخصائص الأداء وخصائص الجهد الحالي، يصبح من الواضح أنه عندما يعمل التيار المباشر على مؤشر LED، فمن غير المرجح أن نتجاوز المعلمات المسموح بها. خط الحد المطالب به تيار نبضيبالنسبة لمصباح LED واحد عند 60 مللي أمبير، لا يمكن تحقيقه إلا عند Upr > 3.9 V، أي. عندما يكون جهد الإمداد على الشريط أكثر من 20 فولت (انظر خصائص الجهد الحالي)، ولكن، كما نرى، ما زلنا لا نحقق مثل هذه القيم. من ناحية أخرى، من السهل أن نرى أن مدة التعرض لجهد أعلى من 15.5 فولت المذكورة والآمنة تمامًا (حيث لا يزيد التيار عبر LED عن 30 مللي أمبير) لا تزيد عن 8٪ من إجمالي الطاقة وقت العرض من EV المعني. أعتقد أن هذا لا يشكل خطورة على مرض السكري. نعم. دعونا نتذكر. سوف نتحقق من ذلك بعد قليل.
الآن دعونا نقدر ما إذا كنا سنتجاوز حدود الجهد العكسي المسموح بها حتى عندما نتعرض لجهد نصف دورة عكسي. في هذه الحالة، يمكن إهمال المقاومة R في الثالوث، وسيتم توزيع Ua (18V) بالتساوي على مصابيح LED في الثالوث، وستكون قيمة سعة الجهد عبر الصمام الثنائي 6 فولت، وهو أكثر من المعلن 5 فولت. لكن مدة الفائض مرة أخرى لن تتجاوز 8٪ من إجمالي وقت تشغيل مؤشر LED، والشيء الثاني الذي أربكني حقًا هو أن الجهد العكسي المسموح به في جميع أوراق البيانات هو نفسه بشكل مثير للريبة بالنسبة لسلاسل مختلفة من مصابيح LED. وهو يساوي دائمًا 5V. نعم. دعونا نتذكر هذا ونبدأ في رسم النتائج الأولى.

لذلك، من الناحية النظرية، مع نصف دورة أمامية، يجب ألا نتجاوز التيارات الأمامية لـ LED، ومع نصف دورة عكسية، يكون الفائض في الجهد العكسي المسموح به صغيرًا، سواء من حيث مدة التعرض أو في القيمة المطلقة.

حسنًا، حان الوقت الآن لاختبار استنتاجاتنا عمليًا. دعونا نقيم عمليا ناتج الضوء والحرارة. إذا كان الضوء والحرارة المتولدان عن الشريط لا يتجاوزان تلك الصادرة عند تشغيله بمصدر طاقة قياسي لأشرطة LED، فسيتم تأكيد استنتاجنا النظري الإيجابي.

بعد تشغيل الشريط من ET في الوضع الموازي المعاكس، نقوم بقياس خرج الضوء لقسم عمل واحد من الشريط من ثلاثة بواعث ومقارنة القيم مع الخاصية في الشكل. 7. يسجل مقياس اللوكس القيم عند 970-990 لوكس، وهو ما يتوافق مع الشريط الذي يتم تشغيله من مصدر جهد أقل بقليل من 10 فولت!!! تبين أن تسخين الشريط لا يكاد يذكر وبعد ساعة واحدة من التشغيل لم يتجاوز 35 درجة مئوية، عند درجة حرارة محيطة تبلغ 25 درجة مئوية. في ظل ظروف مماثلة، ولكن مع طاقة تيار مستمر تصل إلى 12 فولت، تم تسخين الشريط حتى 49 درجة مئوية، وكانت الإضاءة المتولدة حوالي 2000 لوكس. تشير هذه النتائج بوضوح إلى أنه على الرغم من كل النصائح التسويقية، فإن أشباه الموصلات، عندما يتم تشغيلها بواسطة ET، تعمل في وضع أقل من اللازم ولا يمكن للمرء أن يتوقع موتها الوشيك. بالمناسبة، بالنظر إلى الشكل. 9، وبعد قياس مساحات الأشكال باللون الأزرق الفاتح و ألوان الطوبيمكنك أن تفهم سبب توهج مصابيح LED كما لو كانت تعمل بجهد 10 فولت. الحقيقة هي أن الشكل الأزرق الفاتح يميز الظروف التي يعمل فيها شريط SD عمل مفيد(تذكر أن هذا يحدث عند Upit> 7 فولت). الشكل البني الفاتح ناقص الشكل الأزرق الفاتح هو الظروف التي يكون فيها شريط SD خاملاً - لا يعمل! نسبة مساحاتهم هي بالضبط 10 إلى 8. ومع ذلك، كل شيء يتناسب معًا، هيهي.

ومع ذلك، على خلفية الإجابة الإيجابية على السؤال الثاني من بحثنا، فإن فكرة الجهد العكسي المسموح به، وإن كانت ضئيلة، تطاردني. باختصار، قررت أن أفعل ذلك بالطريقة الصعبة: لقد قمت بتوصيل الشريط بمصدر تيار مباشر وقمت بزيادة الجهد العكسي تدريجيًا، وبدأت في انتظار الملليمتر لتسجيل العطل الكهربائي. بعد أن جلبت الجهد العكسي على مؤشر LED منفصل إلى ما يقرب من 20 فولت، ما زلت لم أحقق الانهيار. التيار العكسي لم يتجاوز 15 ميكرو أمبير. بعد أن تركت هذا الأمر برمته لمدة يوم تقريبًا، كنت مقتنعًا بأنه لم يحدث شيء للبواعث، ويبدو أنه لن يحدث شيء في المستقبل المنظور من نبضات قصيرة تبلغ 6 فولت مقابل 5 فولت.

برنامج تعليمي > متنوع ولكنه مفيد

كيفية تشغيل LED من شبكة 220 فولت.
يبدو أن كل شيء بسيط: نضع المقاوم على التوالي، وهذا كل شيء. ولكن عليك أن تتذكر شيئا واحدا خاصية مهمة LED: الحد الأقصى للجهد العكسي المسموح به. بالنسبة لمعظم مصابيح LED، يبلغ حوالي 20 فولت. وعندما تقوم بتوصيلها بالشبكة ذات القطبية العكسية (التيار يتناوب، نصف دورة تسير في اتجاه واحد، والنصف الثاني في الاتجاه المعاكس)، سيتم تطبيق جهد السعة الكاملة للشبكة عليها - 315 فولت ! من أين يأتي هذا الرقم؟ 220 فولت هو الجهد الفعال، بينما السعة (جذر 2) = 1.41 مرة أكبر.
لذلك، من أجل حفظ مؤشر LED، تحتاج إلى وضع صمام ثنائي معه على التوالي، والذي لن يسمح للجهد العكسي بالمرور إليه.

خيار آخر لتوصيل LED بمصدر طاقة 220 فولت:

أو ضع اثنين من مصابيح LED في الخلف.

لا يعد خيار إمداد الطاقة من التيار الكهربائي بمقاوم التبريد هو الخيار الأمثل: سيتم إطلاق طاقة كبيرة من خلال المقاوم. في الواقع، إذا استخدمنا المقاوم 24 كيلو أوم ( الحد الأقصى الحالي 13 مللي أمبير)، فإن الطاقة المتبددة عليه ستكون حوالي 3 وات. يمكنك تقليله بمقدار النصف عن طريق توصيل الصمام الثنائي على التوالي (ثم سيتم إطلاق الحرارة خلال نصف دورة واحدة فقط). يجب أن يكون للديود جهد عكسي لا يقل عن 400 فولت. عند تشغيل اثنين من مصابيح LED العدادية (حتى تلك التي تحتوي على بلورتين في غلاف واحد، عادةً ما تكون ألوان مختلفة، بلورة واحدة حمراء والأخرى خضراء)، يمكنك وضع مقاومتين بقدرة 2 وات، كل منهما بنصف المقاومة.
سأحجز أنه باستخدام المقاوم عالي المقاومة (على سبيل المثال، 200 كيلو أوم)، يمكنك تشغيل مؤشر LED بدون الصمام الثنائي الواقي. سيكون تيار الانهيار العكسي منخفضًا جدًا بحيث لا يتسبب في تدمير البلورة. وبطبيعة الحال، فإن السطوع منخفض جدا، ولكن على سبيل المثال، لإضاءة المفتاح في غرفة النوم في الظلام، سيكون كافيا.
نظرا لحقيقة أن التيار في الشبكة يتناوب، يمكنك تجنب إهدار الكهرباء غير الضروري عند تسخين الهواء بمقاوم محدد. يمكن أن يلعب دوره مكثف يمرر تيارًا مترددًا دون تسخين. لماذا هذا هو سؤال منفصل، وسوف ننظر فيه لاحقا. الآن نحن بحاجة إلى معرفة أنه لكي يمرر المكثف تيارًا مترددًا، يجب أن تمر نصف دورتي الشبكة من خلاله. لكن LED يوصل التيار في اتجاه واحد فقط. هذا يعني أننا نضع صمامًا ثنائيًا عاديًا (أو LED ثانيًا) موازيًا للـ LED، وسوف يتخطى نصف الدورة الثانية.

لكننا الآن قمنا بفصل دائرتنا عن الشبكة. هناك بعض الجهد المتبقي على المكثف (حتى السعة الكاملة، إذا تذكرنا، تساوي 315 فولت). لتجنب حدوث صدمة كهربائية عرضية، سنوفر مقاومة تفريغ عالية القيمة موازية للمكثف (بحيث عندما التشغيل العادييتدفق من خلاله تيار ضئيل، والذي لم يتسبب في تسخينه)، والذي، عند فصله عن الشبكة، سوف يفرغ المكثف في جزء من الثانية. وللحماية من الاندفاع الشحن الحاليسنقوم أيضًا بتثبيت مقاوم منخفض المقاومة. سوف يلعب أيضًا دور المصهر الذي يحترق على الفور في حالة حدوث عطل عرضي للمكثف (لا شيء يدوم إلى الأبد ، وهذا يحدث أيضًا).

يجب أن يكون المكثف بجهد لا يقل عن 400 فولت، أو خاصًا لدوائر التيار المتردد بجهد لا يقل عن 250 فولت.
وإذا أردنا أن نفعل لمبة ضوء LEDمن عدة المصابيح؟ نقوم بتشغيلهم جميعًا على التوالي؛ يكفيهم جميعًا صمام ثنائي مضاد.

يجب أن يكون الصمام الثنائي مصممًا لتيار لا يقل عن التيار عبر مصابيح LED، والجهد العكسي - لا يقل عن مجموع الجهد عبر مصابيح LED. والأفضل من ذلك، أن تأخذ عددًا زوجيًا من مصابيح LED وقم بتشغيلها بشكل متتالي.

في الشكل، هناك ثلاثة مصابيح LED في كل سلسلة؛ في الواقع، قد يكون هناك أكثر من اثنتي عشرة منها.
كيفية حساب مكثف؟ من جهد السعة لشبكة 315 فولت، نطرح مجموع انخفاض الجهد عبر مصابيح LED (على سبيل المثال، ثلاثة بيضاءهذا حوالي 12 فولت). نحصل على انخفاض الجهد عبر المكثف Up=303 V. وستكون السعة بالميكروفاراد مساوية لـ (4.45*I)/Up، حيث I هو التيار المطلوب من خلال مصابيح LED بالمللي أمبير. في حالتنا، بالنسبة لـ 20 مللي أمبير، ستكون السعة (4.45*20)/303 = 89/303 ~= 0.3 μF. يمكنك وضع مكثفين سعة 0.15 ميكروفاراد (150 نانو فهرنهايت) على التوازي.
الأخطاء الأكثر شيوعًا عند توصيل مصابيح LED
1. قم بتوصيل LED مباشرة بمصدر الطاقة بدون محدد تيار (مقاوم أو شريحة تشغيل خاصة). نوقش أعلاه. يفشل مؤشر LED بسرعة بسبب سوء التحكم في مستويات التيار.

2. توصيل مصابيح LED متصلة على التوازي بمقاوم مشترك. أولاً، نظرًا للتشتت المحتمل للمعلمات، ستضيء مصابيح LED بسطوع مختلف. ثانيا، والأهم من ذلك، إذا فشل أحد المصابيح، فإن التيار الثاني سوف يتضاعف، ويمكن أن يحترق أيضا. إذا كنت تستخدم مقاومًا واحدًا، فمن الأفضل توصيل مصابيح LED على التوالي. بعد ذلك، عند حساب المقاوم، نترك التيار كما هو (على سبيل المثال، 10 مللي أمبير)، ونضيف انخفاض الجهد الأمامي لمصابيح LED (على سبيل المثال، 1.8 فولت + 2.1 فولت = 3.9 فولت).

3. تشغيل مصابيح LED على التوالي، والمصممة لتيارات مختلفة. في هذه الحالة، إما أن يتآكل أحد مصابيح LED أو يتوهج بشكل خافت، اعتمادًا على الإعداد الحالي للمقاوم المحدد.

4. تركيب مقاوم ذو مقاومة غير كافية. ونتيجة لذلك، فإن التيار المتدفق عبر LED مرتفع جدًا. لأن بعض الطاقة بسبب العيوب شعرية الكريستاليتحول إلى حرارة، ثم عند التيارات العالية يصبح أكثر من اللازم. ترتفع درجة حرارة البلورة، مما يؤدي إلى تقليل عمر الخدمة بشكل كبير. مع زيادة أكبر في التيار بسبب تسخين منطقة الوصلة pn، ينخفض ​​إنتاج الكم الداخلي، وينخفض ​​سطوع مصابيح LED (وهذا ملحوظ بشكل خاص بالنسبة لمصابيح LED الحمراء) وتبدأ البلورة في الانهيار بشكل كارثي.

5. توصيل LED بشبكة التيار المتردد (مثل 220 فولت) دون اتخاذ إجراءات للحد من الجهد العكسي. بالنسبة لمعظم مصابيح LED، يبلغ الحد الأقصى للجهد العكسي المسموح به حوالي 2 فولت، في حين أن جهد نصف الدورة العكسي عند قفل LED يخلق انخفاضًا في الجهد عبره يساوي جهد الإمداد. هناك العديد من المخططات المختلفة التي تقضي على الآثار المدمرة للجهد العكسي. تمت مناقشة أبسطها أعلاه.

6. تركيب مقاوم طاقة غير كافي. ونتيجة لذلك، يصبح المقاوم ساخنًا جدًا ويبدأ في إذابة عزل الأسلاك الملامسة له. ثم يحترق الطلاء عليه، وفي النهاية ينهار تحت التأثير ارتفاع درجة الحرارة. لا يمكن للمقاوم أن يبدد بشكل آمن أكثر من الطاقة التي تم تصميمه من أجلها.

وامض المصابيح
مصباح LED الوامض (MSD) عبارة عن مصباح LED مزود بمولد نبض مدمج بتردد فلاش يبلغ 1.5 -3 هرتز.
على الرغم من صغر حجمه، إلا أن مصباح LED الوامض يشتمل على شريحة مولد أشباه الموصلات وبعضها عناصر إضافية. ومن الجدير بالذكر أيضًا أن مصباح LED الوامض عالمي تمامًا - يمكن أن يتراوح جهد الإمداد لمصباح LED هذا من 3 إلى 14 فولت للوحدات ذات الجهد العالي، ومن 1.8 إلى 5 فولت لوحدات الجهد المنخفض.
الصفات المميزة لمصابيح LED الوامضة:
أحجام صغيرة
جهاز إشارة ضوئية مدمج
نطاق جهد إمداد واسع (يصل إلى 14 فولت)
لون مختلفإشعاع.
في بعض إصدارات مصابيح LED الوامضة، يمكن دمج عدة مصابيح LED متعددة الألوان (عادةً 3) بترددات فلاش مختلفة.
إن استخدام مصابيح LED الوامضة له ما يبرره في الأجهزة المدمجة حيث يتم فرض متطلبات عالية على أبعاد عناصر الراديو وإمدادات الطاقة - تعتبر مصابيح LED الوامضة اقتصادية للغاية، لأن الدائرة الإلكترونيةيتم تصنيع MSD على هياكل MOS. يمكن لمصباح LED الوامض أن يحل محل وحدة وظيفية بأكملها بسهولة.
شرطي التسمية الرسوميةيومض الصمام مخططات الدوائرلا يختلف عن تسمية LED العادية، فيما عدا أن خطوط الأسهم منقطة وترمز إلى خصائص وميض LED.

إذا نظرت من خلال الجسم الشفاف لمصباح LED الوامض، ستلاحظ أنه يتكون من جزأين. يتم وضع بلورة الصمام الثنائي الباعث للضوء على قاعدة الكاثود (الطرف السالب).
توجد شريحة المولد على قاعدة طرف الأنود.
ثلاثة وصلات سلكية ذهبية تربط جميع أجزاء هذا الجهاز المدمج.
من السهل التمييز بين MSD ومصباح LED العادي مظهر، ينظر إلى جسده في الضوء. يوجد داخل MSD ركائزتان تقريبًا نفس الحجم. يوجد في الأول مكعب بلوري من باعث الضوء مصنوع من سبيكة أرضية نادرة.
للتكبير تدفق مضيئة، التركيز وتكوين الشعاع، يتم استخدام عاكس الألومنيوم المكافئ (2).

في MSD يكون قطره أصغر قليلاً من LED التقليدي، نظرًا لأن الجزء الثاني من الهيكل مشغول بركيزة ذات دائرة متكاملة (3).
كهربائيًا، يتم توصيل كلا الركيزتين ببعضهما البعض بواسطة وصلتين من الأسلاك الذهبية (4). يتكون غلاف MSD (5) من البلاستيك غير اللامع الذي ينشر الضوء أو البلاستيك الشفاف.
لا يقع الباعث في MSD على محور تناظر الجسم، لذلك لضمان إضاءة موحدة، يتم استخدام دليل الضوء المنتشر الملون في أغلب الأحيان. تم العثور على الحالة الشفافة فقط على MSDs بأقطار كبيرة، وجود نمط الإشعاع الضيق.

تتكون شريحة المولد من مذبذب رئيسي عالي التردد - يعمل باستمرار؛ ويتراوح تردده، وفقًا لتقديرات مختلفة، حوالي 100 كيلو هرتز. يعمل المقسم المعتمد على العناصر المنطقية مع مولد الترددات اللاسلكية، الذي يقسم التردد العالي إلى قيمة 1.5-3 هرتز. يرجع استخدام مولد عالي التردد مع مقسم التردد إلى حقيقة أن تنفيذ مولد التردد المنخفض يتطلب استخدام مكثف بسعة كبيرة لدائرة التوقيت.
لجلب تردد عاليحتى قيمة 1-3 هرتز، يتم استخدام المقسمات على العناصر المنطقية التي يسهل وضعها عليها منطقة صغيرةكريستال أشباه الموصلات.
بالإضافة إلى مذبذب ومقسم التردد اللاسلكي الرئيسي، تم تجهيز الركيزة شبه الموصلة بـ المفتاح الإلكترونيوالصمام الثنائي الواقي. تحتوي مصابيح LED الوامضة، المصممة لجهد الإمداد من 3 إلى 12 فولت، أيضًا على مقاوم محدد مدمج. لا تحتوي MSDs ذات الجهد المنخفض على مقاوم مقيد، ومن الضروري وجود صمام ثنائي وقائي لمنع فشل الدائرة الدقيقة عند عكس مصدر الطاقة.
من أجل تشغيل موثوق وطويل الأمد لأجهزة MSD ذات الجهد العالي، يُنصح بتحديد جهد الإمداد بـ 9 فولت. مع زيادة الجهد، يزداد تبديد الطاقة لـ MSD، وبالتالي يزداد تسخين بلورة أشباه الموصلات. مع مرور الوقت، قد تؤدي الحرارة المفرطة إلى تحلل مؤشر LED الوامض بسرعة.
يمكنك التحقق بأمان من صلاحية مصباح LED الوامض باستخدام بطارية 4.5 فولت ومقاوم 51 أوم متصل على التوالي مع مؤشر LED، بقوة لا تقل عن 0.25 واط.