Jedan od važna pitanja pri radu sa LED diodama je njegova veza s mrežom naizmjenična struja i visokog napona. Poznato je da se LED ne može direktno napajati iz mreže od 220 V. Kako pravilno sastaviti krug i osigurati napajanje za rješavanje problema?
Električna svojstva
Da biste odgovorili na gore postavljeno pitanje, potrebno je proučiti električna svojstva LED.
Njegova strujna-naponska karakteristika je strma linija. To znači da kada se napon poveća čak i za vrlo malu količinu, struja kroz emitujući poluvodič naglo raste. Povećanje struje dovodi do zagrijavanja LED diode, zbog čega može jednostavno izgorjeti. Ovaj problem se rješava uključivanjem ograničavajućeg otpornika u krug.
Kod LED mala vrijednost obrnuti probojni napon (oko 20 volti), tako da se ne može spojiti na mrežu od 220 volti. Da bi se spriječilo da struja teče u suprotnom smjeru, potrebno je uključiti diodu u krug ili uključiti drugu nasuprot prvom LED-u. Veza mora biti paralelna.
Dakle, znamo da bilo koji krug za povezivanje LED-a na mrežu od 220 volti mora sadržavati otpornik i ispravljač, inače će napajanje biti nemoguće.
Zašto je potrebna takva šema? Prije svega, za dizajn mrežnog indikatora. LED svjetlo može biti odličan indikator koji pomaže u određivanju da li je električni uređaj priključen ili ne. Dodaje se krugu prekidača i utičnica kako bi ih lako pronašli u mraku.
Takav indikator počinje svijetliti na naponu od samo nekoliko volti. Istovremeno, troši minimalnu količinu električne energije zbog niske struje (nekoliko milja ampera).
Koji otpornik da koristim?
Da biste odabrali optimalni otpor otpornika, morate koristiti Ohmov zakon.
R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.
Pretpostavimo da smo uzeli crvenu LED diodu za indikator s nominalnom vrijednošću struje od 18 mA i naponom naprijed od 2,0 volta.
(311-2)/0,018=17167 Ohm=17 kOhm
Objasnimo odakle dolazi broj 311. Ovo je vrh sinusnog vala duž kojeg se mijenja napon u našoj mreži. Ne ulazeći u oblast matematike sa svim njenim proračunima, možemo jednostavno reći da je vršni napon 220 * √2.
Ponekad postoje krugovi koji nemaju ispravljačku diodu. U tom slučaju, otpor se mora povećati nekoliko puta kako bi se smanjila struja i zaštitila indikatorska lampica od pregaranja.
Osnovno kolo indikatora struje
Što je potrebno da se napravi najjednostavniji indikator, koji se napaja iz mreže od 220 volti? Evo liste:
- redovni LED indikator bilo koje boje koju želite;
- otpornik od 100 do 200 kOhm (nego više otpora, manje će sijalica svijetliti);
- dioda s reverznim naponom od 100 volti ili više;
- lemilo male snage kako ne bi pregrijalo LED.
Budući da je broj dijelova minimalan, ploča se ne koristi u montaži. Indikator je povezan paralelno sa električnim uređajem.
Za one koji ne žele trčati okolo u potrazi za diodom, proizvođači su osmislili gotov indikator u dvije boje u obliku dvije LED diode ugrađene u jedno kućište različite boje. Obično je crvena i zelene boje. U ovom slučaju, broj dijelova kola se dodatno smanjuje.
Postoje i druge sheme povezivanja u kojima se otpornik zamjenjuje kondenzatorom ili se koriste diodni mostovi, tranzistori itd karakteristike dizajna nisu uvedeni, glavni zadatak je ispraviti struju i smanjiti je na sigurnu vrijednost.
Svjetlosna indikacija je sastavni dio elektronike, uz pomoć koje osoba može lako razumjeti trenutno stanje uređaja. U domaćinstvu elektronskih uređaja ulogu indikacije obavlja LED ugrađena u sekundarno kolo napajanje, na izlazu transformatora ili stabilizatora. Međutim, u svakodnevnom životu ima i mnogo jednostavnih elektronski dizajni, koji nemaju pretvarač, indikator u kojem bi bio koristan dodatak. Na primjer, LED dioda ugrađena u ključ zidnog prekidača bila bi odlična referenca za lokaciju prekidača noću. A LED u tijelu produžnog kabela s utičnicama će signalizirati da je spojen na napajanje od 220 V.
Ispod je nekoliko jednostavna kola, uz pomoć koje čak i osoba s minimalnim znanjem iz elektrotehnike može spojiti LED na mrežu naizmjenične struje.
Dijagrami povezivanja
LED je vrsta poluvodičke diode sa naponom i strujom mnogo nižim nego u kućnoj električnoj mreži. At direktnu vezu u mrežu od 220 volti, odmah će otkazati. Stoga, dioda koja emituje svjetlost mora biti povezana samo preko elementa koji ograničava struju. Najjeftiniji i najlakši za sastavljanje su krugovi s elementom za smanjenje u obliku otpornika ili kondenzatora.
Važna stvar na koju morate obratiti pažnju kada povezujete LED na AC mrežu je ograničenje obrnutog napona. Ovaj zadatak se lako može postići bilo kojom silikonskom diodom dizajniranom za struju koja nije manja od one koja teče u krugu. Dioda je spojena serijski nakon otpornika ili obrnutim polaritetom paralelno sa LED diodom.
Postoji mišljenje da je moguće učiniti bez ograničavanja obrnutog napona, jer električni kvar ne uzrokuje oštećenje diode koja emitira svjetlost. Međutim, obrnuta struja može uzrokovati pregrijavanje p-n spoj, što rezultira termičkim slomom i uništenjem LED kristala.
Umjesto silikonske diode, možete koristiti drugu diodu koja emituje svjetlost sa sličnom strujom naprijed, koja je povezana obrnutim polaritetom paralelno s prvom LED diodom.
Loša strana strujno ograničavajućih otpornika je potreba za disipacijom velike snage. Ovaj problem postaje posebno relevantan kada se povezuje opterećenje sa velikom potrošnjom struje. Ovaj problem se rješava zamjenom otpornika nepolarnim kondenzatorom, koji se u takvim krugovima naziva balast ili gašenje.
Nepolarni kondenzator spojen na mrežu naizmjenične struje ponaša se kao otpor, ali ne rasipa snagu koja se troši u obliku topline.
U ovim krugovima, kada je napajanje isključeno, kondenzator ostaje neispražnjen, što stvara opasnost od strujnog udara. Ovaj problem se lako rješava spajanjem šantnog otpornika od 0,5 vati s otporom od najmanje 240 kOhm na kondenzator. 
Proračun otpornika za LED
U svim gore navedenim krugovima sa otpornikom koji ograničava struju, otpor se izračunava prema Ohmovom zakonu: R = U/I, gdje je U napon napajanja, I je radna struja LED diode. Snaga koju troši otpornik je P = U * I. Ovi podaci se mogu izračunati pomoću.
Bitan. Ako planirate koristiti sklop u paketu s niskom konvekcijom, preporučuje se povećanje maksimalne vrijednosti disipacije snage otpornika za 30%.
Proračun kondenzatora za gašenje za LED
Proračun kapaciteta kondenzatora za gašenje (u μF) vrši se pomoću sljedeće formule: C = 3200*I/U, gdje je I struja opterećenja, U je napon napajanja. Ova formula je pojednostavljen, ali je njegova preciznost dovoljna za LED priključne krugove s naponom napajanja do 20 volti.
Bitan. Da bi se krug zaštitio od napona i impulsnog šuma, potrebno je odabrati kondenzator za gašenje s radnim naponom od najmanje 400 V.
Bolje je koristiti kondenzator keramički tip K10–17 sa radnim naponom većim od 400 V ili njegov uvezeni ekvivalent. Ne smiju se koristiti elektrolitski (polarni) kondenzatori.
Morate znati ovo
Glavna stvar je zapamtiti sigurnosne mjere. Predstavljena kola se napajaju na 220 V AC, te stoga zahtijevaju posebnu pažnju prilikom montaže.
Spajanje LED-a na mrežu mora se izvršiti u strogom skladu sa dijagramom strujnog kola. Odstupanje od plana ili nemar može dovesti do kratki spoj ili kvar pojedinih dijelova.
Napajanja bez transformatora treba pažljivo sastaviti i zapamtite da nemaju galvansku izolaciju sa mrežom. Završeni krug mora biti pouzdano izoliran od susjednih metalni dijelovi i zaštićen od slučajnog dodira. Može se demontirati samo uz isključeno napajanje.
Pročitajte također
Vjerovatno neću pogriješiti ako kažem da više od 90% stanovnika Rusije zna šta LED trake, na pitanje "da li se transformatori iz halogenih sijalica mogu koristiti za napajanje LED traka?" Oni će odgovoriti "ne, ne možete!" Najčešće objašnjenje bit će banalno "elektronski transformator je naizmjenična struja, ali LED diode trebaju konstantnu struju." Upravo to nam govore u trgovinama, upravo je to lajtmotiv velike većine “stručnih” članaka na ovu temu, koji je, općenito, naučio ljude da troše znatno više novca.
Da li je to uvijek opravdano i kako se LED diode u najčešćim LED trakama zapravo ponašaju kada se napajaju naizmjeničnom strujom, pokušat ćemo saznati u procesu čitanja ovog članka.
Odmah ću napraviti rezervaciju da ću za označavanje „LED“ nastaviti koristiti samorazumljivu i potpuno prirodnu skraćenicu LED i namjerno neću koristiti englesku tehničku skraćenicu LED (Light Emitting Diode) za ovaj koncept. U našoj sadašnjoj zemlji nedostatak bilo kakvog odgovarajućeg tehnička obuka menadžera i prodavaca u prodavnicama je već dovelo do bacanja smeća i pojave ovako neprirodnog za tehnički jezik, glupog za čuti i strašnog za pisanje kombinacija slova “leds”, “led'y”, “ice”, ili kako sam nedavno video u puzeća linija - “LED LED diode”. Ne samo da je "maslac - puter", samo ne želim da ponavljam i stvaram ovu "zbrku riječi"...
Idejni izvor za pisanje studije bila je dugogodišnja želja da se pobiju neutemeljene i kategorične izjave o nedopustivosti napajanja LED dioda naizmjeničnom strujom. Općenito, kontroverzna priroda ove izjave svakako upada u oči svakog stručnjaka (kao i „nespecijalista“) koji razumije da je LED, iako emituje svjetlost, prije svega DIODA. A to znači da emituju pod uticajem AC napon i dalje će biti tu, ali samo tokom svog poluraspada.
U suštini, moraćemo dosledno odgovarati tri pitanja:
1) Da li će električno vozilo moći da se „upali” kada se poveže teret u vidu poluprovodničkih dioda;2) Ako ET započne, da li će puls “varijable” premašiti električni uticaj dozvoljeni parametri pojedinih LED dioda u trakama. Ako ipak premaši, koliko će onda SD trajati u takvim uslovima;
3) Šta je ekonomska efikasnost od upotrebe ET u dizajnu rasvjete na LED trakama.
Dakle, prije šest mjeseci sam imao zgodnu priliku da eksperimentišem.
Trebao sam osvijetliti prostor u ladicama i ormarićima za radni stol u svojoj radionici. Nakon opremanja kuhinje ostalo mi je 1,2 metra jednobojne LED trake ukupne snage oko 17 W (Aztech 14 Watt/metar) i jedan elektronski transformator od halogenih lampi - EAC 12V 20-60 W, najčešći i najjeftiniji, kupljen za 74 rublje u julu 2014. Za početak, da bih pokrenuo ET, napunio sam ga običnom halogenom lampom od 20 W i zatim spojio svih 1,2 metra trake paralelno (slika 1). Kao što se i očekivalo, traka je upalila. Istovremeno, sjaj trake je bio ujednačen, prosečne jačine, bez ikakvog treperenja uočljivog za oko, što i ne čudi, jer Izlazni meandar ET modulira se prema amplitudi, jedva primjetnoj za oko, na frekvenciji od 100 Hz. Tokom eksperimenta, gašenje lampe u takvom kolu odmah je dovelo do prestanka sjaja LED trake, što je ukazivalo na nemogućnost pokretanja ET-a na jednom poluvalnom naponu. Zatim sam podijelio traku na dva dijela i okrenuo ih jedan uz drugi (slika 2), što je, prema planu, trebalo da osigura rad izlaznog stupnja ET u oba poluciklusa. Istovremeno, da bih eliminisao neravnotežu struja u suprotnom smjeru i pregrijavanje izlaznog namota ET-a zbog pojave konstantne komponente, osigurao sam jednakost (8 W) u broju LED dioda u oba opterećenja. oružje. Odmah nakon povezivanja prema ovoj šemi (slika 2), transformator je bezbedno ušao u režim generisanja, a obe LED trake su ravnomerno svetlele i ostavljene su 1 sat, pri čemu se ni oni ni samo električno vozilo uopšte nisu zagrejali, što nego indicirano sasvim normalno električni načini rada nego ne.Dakle, odgovor na prvo pitanje - hoće li se EV pokrenuti pri zamjeni halogenih sijalica sa LED - je pozitivan. Da, počeće! Ako osigurate back-to-back vezu traka kao na slici 2.
I gledajući unapred...
Gledajući unaprijed, reći ću da je, kao što je pokazao daljnji eksperiment, ET s minimalnom snagom lansiranja od 20 W uspješno lansiran čak i sa ukupnim LED opterećenjem od 10 W (5 W u svakoj ruci).
Nastavi. Sada pokušavamo pronaći odgovor drugo pitanje naše istraživanje. Ali sada nam samo eksperimenti nisu dovoljni, biće nam potrebno znanje iz TERCiE-a (Teorija električnih radio kola i elemenata), što će nam u konačnici omogućiti da pretpostavimo: da li je moguće napajati SD trake dugo vremena u ovom načinu rada; oštećenje njihove trajnosti, ako uopšte govorimo o šteti?
Počnimo s uređajem za SD traku. Traka se sastoji od paralelno povezanih radnih sekcija (slika 3) od tri emitera (označena na dijagramu - E) koji su tri odvojene LED diode ispod zajedničkog fosfornog sloja. Svaka dioda (D na dijagramu) emitera je povezana serijski u trijade sa diodama drugih emitera i otpornikom koji postavlja izračunatu radnu tačku dioda (vidi sliku 4).
Otpornik u trijadi je odabran na takav način da se, kada se napaja od 12 V i izračunata radna tačka diode Upr = 3,3 V, Ipr = 14 mA, na njemu gasi višak napona od oko 2 Volta.
Inače, zanimljivo...
Ovakav raspored trijade je pouzdan i praktičan, jer ako jedna LED dioda u trijadi pokvari, nijedan od emitera se neće u potpunosti isključiti, već će nastaviti da gori, iako sa trećinom manje svjetline. Možete, naravno, kreirati trijadu na osnovu jednog emitera (a takve trake su dostupne u prodaji). U njima će radni dio koji određuje njegovo sečenje biti fragment s jednim emiterom i otpornikom, ali u ovom slučaju kvar jedne LED diode u trijadi će dovesti do gubitka sjaja od strane cijelog emitera, što će biti odmah uočljiv u bilo kojoj lampi.
Preturajući po proizvođačima SMD LED dioda, lako je pronaći i električni parametri primijenjen SD:
Za završetak studije dodatno sam izmjerio strujno-naponsku karakteristiku (CVC) radnog dijela trake (slika 5) i jednostavnim preračunavanjem dobio strujno-naponsku karakteristiku za posebnu LED diodu (slika 6).
Nadam se da ćeš...
Nadam se da ne sumnjate da se to moglo učiniti fizički, a rezultati bi bili isti.
Fig.5
Strujno-naponske karakteristike prikazane na slikama ne zahtijevaju dodatno objašnjenje. Samo ću dodati da kada je napon manji od 2,35 V na zasebnoj LED diodi, njen sjaj potpuno izostaje, što odgovara naponu napajanja radnog područja od oko 7 V, a naponu napajanja od 15,5 V na traka je potpuno sigurna, jer Struja kroz posebnu LED diodu ne prelazi normalne radne 30 mA.
Međutim, svi ovi numerički izrazi radnih parametara su relevantni samo za jednosmerna struja. Testiraćemo diodu kada je izložena naizmeničnom naponu, tj. pulsni napon u različitim smjerovima. Međutim, sa takvom ishranom je izuzetno važeće vrijednosti Struje i naponi na diodi mogu biti nekoliko puta, pa čak i desetine puta veći od granica za jednosmjernu struju (ovo je dobro poznato i sumnjajući menadžeri mogu čitati predavanja o termoelektranama) - sve ovisi o trajanju i učestalosti izloženosti. Ali ovdje je problem: izlazni napon ET-a ima dovoljno složenog oblika, što ne dozvoljava matematički pouzdan opis istog u okviru ovog članka, a karakteristike performansi LED dioda nisu predviđene dijelom apsolutnih vrijednosti za impulsne režime rada. Iako, istina, postoji jedan parametar (Ipr imp), ali za koje trajanje pulsa je relevantan - nije jasno, za koji ciklus rada efekta je ovo primjenjivo, također se može samo nagađati.
Cela poenta je....
Stvar je u tome da p-n spoj poluvodiča, kada radi na naizmjeničnu (pulsnu) struju, radi s promjenjivim opterećenjem. Trenutni periodi koji uzrokuju zagrijavanje i rad LED-a emitiranjem svjetlosnih valova zamjenjuju se pauzama mirovanja (tokom kojih struja ne teče kroz spoj) i u kojima se poluvodič hladi. I pitanje ovdje nije toliko apsolutna vrijednost struje kroz poluvodič, već više da li će poluvodič imati vremena da se ohladi tokom pauze bez struje da bi kompenzirao zagrijavanje koje se dogodilo tokom trenutnog perioda. One. spriječiti termički kvar.
Ovdje želim podsjetiti "fiziku" na kvar poluprovodnika. To će nam omogućiti da shvatimo suštinu tekućih procesa. Ona, fizika, opće je poznata, ali ipak svojim riječima: trajnost svakog uređaja određena je njegovom tolerancijom kvarova. Kvarovi diode tokom normalnog rada nastaju u slučaju termičkog ili električnog kvara.
Električni kvar, u pravilu, nastaje kada se prekorači dozvoljeni obrnuti napon (Urev). U tom slučaju dioda gubi svojstvo jednosmjerne vodljivosti i počinje provoditi u oba smjera. U većini slučajeva, električni kvar je reverzibilan i funkcionalnost uređaja se vraća.
Ali, naprotiv, termički je slom nepovratan i događa se kada postoji višak struje u smjeru naprijed (rjeđe obrnuto, što se događa nakon električnog sloma) i povlači za sobom destruktivnu promjenu u poluvodičkom kristalu kao rezultat jakog lokalnog pregrijavanje p-n tranzicija, nesposobna da prođe kroz sebe veliki broj naelektrisane čestice.
Poenta je da dok se ne stvore uslovi za termički slom, poluprovodnik radi. Ponavljam da generalno nije važno koju apsolutnu vrijednost ima struja koja teče kroz nju. Može biti veoma veliko! Glavna stvar je da naša dioda nema vremena da se pregrije. Pasoš za bilo koju diodu označava dva maksimalno dozvoljena parametra: maksimalnu struju naprijed Ipr mzx i maksimalni reverzni napon U arr max, za dugotrajno izlaganje jednosmjernoj struji, koja kada standardnim uslovima rad garantovano neće dovesti do električnog ili toplotnog kvara.
Stoga, za proučavanje stupnja utjecaja naizmjeničnog napona na LED diode, poći ćemo od postulata da se svaka dugotrajna impulsna struja može dovesti do vrijednosti jednosmjerne struje pri kojoj rad koji LED vrši pod utjecajem impulsne struje biće identičan radu sa konstantnom strujom.
Kako ocjenjujemo rad koji proizvodi LED? Da, vrlo jednostavno. LED, pod uticajem struje koja teče kroz nju, radi na oslobađanju svetlosne energije i toplote. I vrlo lako možemo izmjeriti i uporediti ova dva parametra za obje vrste struje, što znači da možemo odrediti koliko LED opterećuje izlazni napon ET u odnosu na standardni stabilizator od 12 V.
Da bih procijenio svjetlosnu energiju koju emituje poseban radni dio LED trake, izmjerio sam ovisnost osvjetljenja od napona napajanja. Osvetljenost je merena na udaljenosti od 10 cm od emitera (slika 7).
Dakle, dalje u ovoj fazi, imamo sve spremno da dobijemo odgovor na drugo i treće pitanje našeg istraživanja.
Hajde da počnemo.
Prvo, ispitajmo izlazni napon našeg ET-a: Odmah ću reći da je nemoguće koristiti kućni elektronski tester amper-voltmetra za mjerenje amplitude napona ovog oblika. Dizajniran je za mjerenje striktno harmonijskih oscilacija, ali će u našem slučaju vrlo lagati, jer imamo posla sa naizmjeničnim impulsnim naponom moduliranim po amplitudi strujom dvostruke industrijske frekvencije. Frekvencija modulacije 100 Hz, frekvencija punjenja: 10 KHz – dvosmjerni kvadratni talas, amplituda signala Ua = 18 Volti. Osciloskop nije otkrio nikakve pojedinačne šiljke sa amplitudom većom od 18 V. Pošto je punjenje meandar, efektivna vrijednost napona će u potpunosti biti podvrgnuta zakonu modulirajućeg signala, te stoga u našem slučaju Uact = Ua/√2 = 18/1,41 = 12,7 V. Zato je u tehničkom listu električnog vozila navedeno da je izlazni napon ~12V.
Gledajući dijagrame i upoređujući ih s karakteristikama performansi i strujno-naponskim karakteristikama, postaje jasno da kada jednosmjerna struja djeluje na LED, malo je vjerojatno da ćemo preći dopuštene parametre. Zatražena granična linija pulsna struja za jednu LED diodu na 60 mA je ostvarivo samo pri Upr > 3,9 V, tj. kada je napon napajanja na traci veći od 20 V (vidi strujno-naponske karakteristike), ali, kao što vidimo, još uvijek ne postižemo takve vrijednosti. S druge strane, lako je uočiti da trajanje izlaganja naponu iznad navedenih i potpuno sigurnih 15,5 V (pri čemu struja kroz LED nije veća od 30 mA) nije više od 8% ukupne snage. vrijeme isporuke od dotičnog EV. Mislim da ovo nije opasno za dijabetes. UREDU. Podsjetimo se. Provjerit ćemo to malo kasnije.
Sada procijenimo hoćemo li prekoračiti dozvoljene granice obrnutog napona čak i kada smo izloženi naponu obrnutog polu-ciklusa. U ovom slučaju otpor R u trijadi se može zanemariti, Ua (18V) će biti ravnomjerno raspoređen na LED diode u trijadi, a amplituda napona na diodi će biti 6 V, što je više od deklarirane 5V. Ali, trajanje viška opet neće premašiti 8% ukupnog vremena rada LED-a, a druga stvar koja me stvarno zbunila je da je dozvoljeni obrnuti napon u svim datasheet-ima vrlo sumnjivo isti za različite serije LED dioda. Uvijek je jednako 5V. UREDU. Prisjetimo se ovoga i počnemo crtati prve rezultate.
Dakle, teoretski, sa prednjim poluciklusom ne bismo trebali prekoračiti prednje struje za LED, a sa reverznim poluperiodom, višak deklariranog dozvoljenog obrnutog napona je mali, kako u smislu trajanja ekspozicije tako i u apsolutna vrijednost.
Pa, sada je vrijeme da svoje zaključke testiramo u praksi. Praktično procijenimo izlaz svjetla i topline. Ako svjetlost i toplina koju stvara traka ne premašuju one koje se oslobađaju kada se napaja standardnim izvorom napajanja za LED trake, tada će naš pozitivan teoretski zaključak biti potvrđen.
Nakon što smo napajali traku iz ET-a u kontraparalelnom režimu, mjerimo izlaz svjetlosti jednog radnog dijela trake iz tri emitera i upoređujemo vrijednosti s karakteristikom na sl. 7. Luksmetar bilježi vrijednosti na 970-990 luksa, što odgovara vrpci koja se napaja iz izvora napona malo ispod 10 V!!! Zagrijavanje trake se pokazalo zanemarljivim i nakon 1 sata rada nije prešlo 35 stepeni Celzijusa, na temperaturi okoline od 25°C. U sličnim uslovima, ali sa istosmjernom snagom Upr=12V, traka se zagrijala do 49°C, a generirano osvjetljenje je bilo oko 2000 Luxa. Ovi rezultati jasno ukazuju na to da, uprkos svim marketinškim savjetima, poluvodič, kada ga napaja ET, radi u neopterećenom režimu i teško se može očekivati njegova neposredna smrt. Usput, gledajući Sl. 9, i izmjerivši površine figura u svijetloplavom i boje cigle možete razumjeti zašto LED diode svijetle kao da ih napaja 10V. Činjenica je da svijetloplava figura karakterizira uvjete pod kojima SD traka radi koristan rad(zapamtite da se to dešava na Upit > 7 Volti). Svijetlo smeđa figura minus svijetloplava cifra su uvjeti pod kojima je SD traka neaktivna - ne radi! Odnos njihovih površina je tačno 10 prema 8. Sve se, međutim, slaže, hehe.
Pa ipak, u pozadini pozitivnog odgovora na drugo pitanje našeg istraživanja, pomisao na, iako beznačajno, ali ipak prekoračenje dozvoljenog obrnutog napona, nije mi dala odmora. Ukratko, odlučio sam to učiniti na teži način: spojio sam traku na izvor jednosmjerne struje i postepeno povećavajući obrnuti napon, počeo sam čekati da miliampermetar zabilježi električni kvar. Doveo sam obrnuti napon na zasebnom LED-u na gotovo 20 Volti, još uvijek nisam postigao kvar. Reverzna struja nije prelazila 15 μA. Nakon što sam cijelu ovu stvar ostavio skoro cijeli dan, bio sam uvjeren da se ništa nije dogodilo sa emiterima, a po svemu sudeći ništa se ne bi trebalo dogoditi u doglednoj budućnosti od kratkih impulsa od 6V prema 5V.
Obrazovni program > Razno, ali korisno
Kako napajati LED iz mreže od 220 V.
Čini se da je sve jednostavno: stavili smo otpornik u seriju i to je to. Ali morate zapamtiti jednu stvar važna karakteristika LED: maksimalni dozvoljeni obrnuti napon. Za većinu LED dioda to je oko 20 volti. A kada ga spojite na mrežu obrnutim polaritetom (struja je naizmjenična, pola ciklusa ide u jednom smjeru, a druga polovina u suprotnom smjeru), na nju će se primijeniti napon pune amplitude mreže - 315 volti ! Odakle dolazi ova brojka? 220 V je efektivni napon, dok je amplituda (korijen od 2) = 1,41 puta veća.
Stoga, da biste spasili LED, morate postaviti diodu u seriju s njom, koja neće dopustiti da obrnuti napon prođe do njega.
Druga opcija za spajanje LED na 220V napajanje:
Ili postavite dvije LED diode jedna uz drugu.
Opcija napajanja iz mreže s otpornikom za gašenje nije najoptimalnija: značajna snaga će se osloboditi kroz otpornik. Zaista, ako koristimo otpornik od 24 kOhm ( maksimalna struja 13 mA), tada će snaga raspršena na njemu biti oko 3 W. Možete ga smanjiti za polovicu spajanjem diode u seriju (tada će se toplina oslobađati samo tijekom jednog poluciklusa). Dioda mora imati reverzni napon od najmanje 400 V. Kada upalite dvije kontra LED diode (ima čak i onih sa dva kristala u jednom kućištu, obično različite boje, jedan kristal je crven, drugi zelen), možete staviti dva otpornika od dva vata, svaki sa pola otpora.
Rezervirat ću da korištenjem otpornika visokog otpora (na primjer, 200 kOhm) možete uključiti LED bez zaštitne diode. Reverzna struja proboja će biti preniska da bi izazvala uništenje kristala. Naravno, osvjetljenje je vrlo nisko, ali na primjer, za osvjetljavanje prekidača u spavaćoj sobi u mraku, to će biti sasvim dovoljno.
Zbog činjenice da je struja u mreži naizmjenična, možete izbjeći nepotrebno trošenje električne energije na zagrijavanje zraka ograničavajućim otpornikom. Njegovu ulogu može odigrati kondenzator koji propušta naizmjeničnu struju bez zagrijavanja. Zašto je to tako je posebno pitanje, razmotrićemo ga kasnije. Sada moramo znati da kako bi kondenzator mogao proći naizmjeničnu struju, oba poluciklusa mreže moraju proći kroz njega. Ali LED provodi struju samo u jednom smjeru. To znači da postavljamo običnu diodu (ili drugu LED) kontraparalelno sa LED diodom i ona će preskočiti drugi poluperiod.
Ali sada smo isključili naše kolo iz mreže. Na kondenzatoru je ostalo nešto napona (do pune amplitude, ako se sjećamo, jednake 315 V). Da bismo izbjegli slučajni strujni udar, osigurat ćemo otpornik za pražnjenje velike vrijednosti paralelan s kondenzatorom (tako da kada normalan rad kroz njega je tekla neznatna struja, koja nije uzrokovala zagrijavanje), koja bi, kada bi se isključila iz mreže, ispraznila kondenzator u djeliću sekunde. I za zaštitu od impulsa struja punjenja Također ćemo instalirati otpornik niskog otpora. Također će igrati ulogu osigurača, koji trenutno izgara u slučaju slučajnog kvara kondenzatora (ništa ne traje vječno, a to se također događa).
Kondenzator mora biti za napon od najmanje 400 volti, ili poseban za kola naizmjenične struje napona od najmanje 250 volti.
I ako želimo LED sijalica od nekoliko LED dioda? Uključujemo ih sve u nizu; jedna kontra dioda je dovoljna za sve.
Dioda mora biti dizajnirana za struju koja nije manja od struje kroz LED diode, obrnuti napon - ne manji od zbira napona na LED diodama. Još bolje, uzmite paran broj LED dioda i uključite ih jedan uz drugi.
Na slici postoje tri LED diode u svakom lancu, u stvari ih može biti više od deset.
Kako izračunati kondenzator? Od amplitudnog napona mreže od 315 V oduzimamo zbir pada napona na LED diodama (npr. tri bela ovo je otprilike 12 volti). Dobijamo pad napona na kondenzatoru Up=303 V. Kapacitet u mikrofaradima će biti jednak (4,45*I)/Up, gdje je I potrebna struja kroz LED diode u miliamperima. U našem slučaju, za 20 mA kapacitivnost će biti (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 µF. Možete postaviti dva kondenzatora od 0,15 µF (150 nF) paralelno.
Najčešće greške pri povezivanju LED dioda
1. Povežite LED direktno na izvor napajanja bez strujnog limitera (otpornika ili specijalnog upravljačkog čipa). Raspravljano gore. LED se brzo pokvari zbog loše kontroliranih nivoa struje.
2. Povezivanje LED dioda povezanih paralelno na zajednički otpornik. Prvo, zbog mogućeg rasipanja parametara, LED diode će svijetliti različitom svjetlinom. Drugo, i što je još važnije, ako jedna od LED dioda pokvari, struja druge će se udvostručiti, a može i pregorjeti. Ako koristite jedan otpornik, preporučljivije je spojiti LED diode u seriju. Zatim, prilikom izračunavanja otpornika, ostavljamo struju istu (na primjer, 10 mA), a zbrojimo pad napona LED dioda (na primjer, 1,8 V + 2,1 V = 3,9 V).
3. Uključivanje LED dioda u seriju, dizajniranih za različite struje. U ovom slučaju, jedna od LED dioda će se ili istrošiti ili će svijetliti slabo, ovisno o trenutnoj postavci ograničavajućeg otpornika.
4. Ugradnja otpornika nedovoljnog otpora. Kao rezultat, struja koja teče kroz LED je previsoka. Budući da dio energije dolazi zbog kvarova kristalna rešetka pretvara u toplinu, onda pri velikim strujama postaje previše. Kristal se pregrije, zbog čega se njegov vijek trajanja značajno smanjuje. Sa još većim povećanjem struje zbog zagrijavanja područja pn-spoja, unutarnja kvantna efikasnost se smanjuje, svjetlina LED-a opada (ovo je posebno vidljivo za crvene LED diode) i kristal počinje katastrofalno da se urušava.
5. Povezivanje LED diode na mrežu naizmjenične struje (npr. 220 V) bez preduzimanja mjera za ograničavanje obrnutog napona. Za većinu LED dioda, maksimalni dozvoljeni reverzni napon je oko 2 volta, dok obrnuti poluperiodski napon kada je LED dioda zaključana stvara pad napona na njemu jednak naponu napajanja. Postoji mnogo različitih shema koje eliminišu destruktivne efekte obrnutog napona. Najjednostavniji je razmotren gore.
6. Instalacija otpornika nedovoljne snage. Kao rezultat toga, otpornik postaje vrlo vruć i počinje topiti izolaciju žica koje ga dodiruju. Tada boja izgori na njemu, i na kraju se uruši pod utjecajem visoke temperature. Otpornik može bezbedno da rasipa ne više od snage za koju je dizajniran.
Trepćuće LED diode
Trepćuća LED (MSD) je LED sa ugrađenim integrisanim generatorom impulsa sa frekvencijom bljeska od 1,5 -3 Hz.
Uprkos svojoj kompaktnosti, trepćuća LED dioda uključuje poluvodički generator čipa i neke dodatni elementi. Također je vrijedno napomenuti da je trepćuća LED dioda prilično univerzalna - napon napajanja takve LED diode može se kretati od 3 do 14 volti za visokonaponske, a od 1,8 do 5 volti za niskonaponske jedinice.
Prepoznatljive kvalitete trepćućih LED dioda:
Male veličine
Kompaktan uređaj za svjetlosnu signalizaciju
Širok raspon napona napajanja (do 14 volti)
Razne boje radijacije.
U nekim verzijama trepćućih LED dioda može se ugraditi nekoliko (obično 3) višebojnih LED dioda s različitim frekvencijama bljeska.
Upotreba trepćućih LED dioda je opravdana u kompaktnim uređajima gdje se postavljaju visoki zahtjevi za dimenzije radio elemenata i napajanje – trepćuće LED diode su vrlo ekonomične, jer elektronsko kolo MSD je napravljen na MOS strukturama. Trepćuća LED dioda može lako zamijeniti cijelu funkcionalnu jedinicu.
Uslovno grafička oznaka treperi LED uključen dijagrami kola se ne razlikuje od oznake konvencionalne LED diode, osim što su linije strelica isprekidane i simboliziraju trepćuća svojstva LED-a.
Ako pogledate kroz prozirno tijelo trepćuće LED diode, primijetit ćete da se sastoji od dva dijela. Na bazi katode (negativni terminal) postavljen je kristal diode koja emituje svjetlost.
Generatorski čip se nalazi na bazi anodnog terminala.
Tri zlatne žice povezuju sve dijelove ovog kombinovanog uređaja.
Lako je razlikovati MSD od obične LED diode izgled, gledajući svoje tijelo na svjetlu. Unutar MSD-a nalaze se dva supstrata od približno iste veličine. Na prvom od njih nalazi se kristalna kocka emitera svjetlosti od legure rijetke zemlje.
Za povećanje svjetlosni tok, fokusiranje i oblikovanje zraka, koristi se parabolički aluminijski reflektor (2).
U MSD-u je nešto manjeg prečnika nego kod konvencionalne LED diode, budući da je drugi dio kućišta zauzet supstratom sa integralno kolo (3).
Električni, obje su podloge međusobno povezane pomoću dva prespojnika od zlatne žice (4). MSD kućište (5) je izrađeno od mat plastike koja raspršuje svjetlost ili prozirne plastike.
Emiter u MSD-u nije smješten na osi simetrije kućišta, pa se za osiguranje ujednačenog osvjetljenja najčešće koristi monolitni obojeni difuzni svjetlovod. Prozirna kutija se nalazi samo na MSD-ovima velikih prečnika, koji ima uski uzorak zračenja.
Generatorski čip se sastoji od visokofrekventnog master oscilatora - radi konstantno, njegova frekvencija, prema različitim procjenama, fluktuira oko 100 kHz. Razdjelnik logičke kapije radi zajedno sa RF generatorom, koji dijeli visoku frekvenciju na vrijednost od 1,5-3 Hz. Upotreba visokofrekventnog generatora u kombinaciji s djeliteljem frekvencije posljedica je činjenice da implementacija niskofrekventnog generatora zahtijeva korištenje kondenzatora velikog kapaciteta za vremenski krug.
Donijeti visoka frekvencija do vrijednosti od 1-3 Hz, razdjelnici se koriste na logičkim elementima, koji se lako postavljaju na mala površina poluprovodnički kristal.
Pored glavnog RF oscilatora i djelitelja, poluvodički supstrat je opremljen sa elektronski ključ i zaštitnu diodu. Trepćuće LED diode, dizajnirane za napon napajanja od 3-12 volti, također imaju ugrađeni ograničavajući otpornik. Niskonaponski MSD-ovi nemaju ograničavajući otpornik Neophodna je zaštitna dioda da bi se spriječio kvar mikrokola kada je napajanje obrnuto.
Za pouzdan i dugotrajan rad visokonaponskih MSD-a, preporučljivo je ograničiti napon napajanja na 9 volti. Kako napon raste, raste disipacija snage MSD-a, a samim tim i zagrijavanje poluvodičkog kristala. Tokom vremena, prekomjerna toplina može uzrokovati brzu degradaciju trepereće LED diode.
Možete sigurno provjeriti ispravnost trepćuće LED diode pomoću baterije od 4,5 V i 51-ohmskog otpornika spojenog serijski sa LED-om, snage najmanje 0,25 W.