En af vigtige spørgsmål når du arbejder med lysdioder, er dens forbindelse til netværket AC og højspænding. Det er kendt, at en LED ikke kan forsynes direkte fra et 220 V netværk. Hvordan samles kredsløbet korrekt og giver strøm til at løse problemet?
Elektriske egenskaber
For at besvare spørgsmålet ovenfor er det nødvendigt at studere elektriske egenskaber LED.
Dens strømspændingskarakteristik er en stejl linje. Det betyder, at når spændingen stiger selv med en meget lille mængde, stiger strømmen gennem den udsendende halvleder kraftigt. En stigning i strømmen fører til opvarmning af LED'en, som et resultat af hvilken den simpelthen kan brænde ud. Dette problem løses ved at inkludere en begrænsende modstand i kredsløbet.
Ved LED'en lille værdi omvendt gennembrudsspænding (ca. 20 volt), så den kan ikke tilsluttes et 220 volt AC-netværk. For at forhindre strøm i den modsatte retning er det nødvendigt at inkludere en diode i kredsløbet eller tænde en anden modsat den første LED. Forbindelsen skal være parallel.
Så vi ved, at ethvert kredsløb til tilslutning af en LED til et 220-volt netværk skal indeholde en modstand og en ensretter, ellers vil strøm være umulig.
Hvorfor er en sådan ordning nødvendig? Først og fremmest til designet af netværksindikatoren. Et LED-lys kan være en glimrende indikator til at afgøre, om et elektrisk apparat er tilsluttet eller ej. Det er tilføjet til kredsløbet af kontakter og stikkontakter for nemt at finde dem i mørke.
En sådan indikator begynder at lyse ved en spænding på blot et par volt. Samtidig forbruger den en minimal mængde elektricitet på grund af den lave (adskillige miles af ampere) strøm.
Hvilken modstand skal jeg bruge?
For at vælge den optimale modstandsmodstand skal du bruge Ohms lov.
R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.
Antag, at vi tog en rød LED til indikatoren med en nominel strømværdi på 18 mA og en fremadspænding på 2,0 Volt.
(311-2)/0,018=17167 Ohm=17 kOhm
Lad os forklare, hvor tallet 311 kommer fra. Dette er toppen af sinusbølgen, langs hvilken spændingen i vores netværk ændres. Uden at gå ind i matematikkens område med alle dens beregninger, kan vi blot sige, at spidsspændingen er 220 * √2.
Nogle gange er der kredsløb, der ikke har en ensretterdiode. I dette tilfælde skal modstanden øges flere gange for at reducere strømmen og beskytte indikatorlyset mod at brænde ud.
Elementært kredsløb af en strømindikator
Hvad skal der til for at lave den enkleste indikator, som får strøm fra et 220 volt netværk? Her er listen:
- en almindelig indikator-LED af enhver farve, du kan lide;
- modstand fra 100 til 200 kOhm (end mere modstand, jo mindre skarpt lyser pæren);
- diode med en omvendt spænding på 100 volt eller mere;
- laveffekt loddekolbe for ikke at overophede LED'en.
Da antallet af dele er minimalt, bruges pladen ikke i installationen. Indikatoren er forbundet parallelt med det elektriske apparat.
For dem, der ikke vil løbe rundt og lede efter en diode, har producenterne kommet med en færdiglavet tofarvet indikator i form af to lysdioder indbygget i et hus forskellige farver. Det er normalt rødt og grønne farver. I dette tilfælde reduceres antallet af kredsløbsdele yderligere.
Der er andre tilslutningsordninger, hvor modstanden udskiftes med en kondensator eller der bruges diodebroer, transistorer osv. Men uanset hvad designfunktioner ikke blev indført, er hovedopgaven at rette op på strømmen og reducere den til en sikker værdi.
Lysindikation er en integreret del af elektronik, ved hjælp af hvilken en person nemt kan forstå enhedens aktuelle tilstand. I husstanden elektroniske enheder indikationsrollen udføres af en LED installeret i sekundært kredsløb strømforsyning, ved udgangen af en transformator eller stabilisator. Men i hverdagen er der også mange simple elektroniske designs, som ikke har en konverter, en indikator, hvori ville være en nyttig tilføjelse. For eksempel ville en LED indbygget i en vægafbrydernøgle være en glimrende reference til placeringen af kontakten om natten. Og LED'en i kroppen af forlængerledningen med stikkontakter vil signalere, at den er tilsluttet en 220 V strømforsyning.
Nedenfor er flere simple kredsløb, ved hjælp af hvilken selv en person med minimal viden om elektroteknik kan forbinde en LED til et vekselstrømsnetværk.
Tilslutningsdiagrammer
LED er en type halvlederdioder med en forsyningsspænding og strøm meget lavere end i et husholdningselektrisk netværk. På direkte forbindelse ind i et 220 volt netværk, vil det øjeblikkeligt fejle. Derfor må lysdioden kun tilsluttes gennem et strømbegrænsende element. Den billigste og nemmeste at samle er kredsløb med et nedtrapningselement i form af en modstand eller kondensator.
Et vigtigt punkt, som du skal være opmærksom på, når du tilslutter en LED til et AC-netværk, er den omvendte spændingsbegrænsning. Denne opgave kan let udføres af enhver siliciumdiode designet til en strøm, der ikke er mindre end den, der flyder i kredsløbet. Dioden er forbundet i serie efter modstanden eller med omvendt polaritet parallelt med lysdioden.
Der er en opfattelse af, at det er muligt at gøre uden at begrænse den omvendte spænding, da elektrisk nedbrud ikke forårsager skade på lysdioden. Omvendt strøm kan dog forårsage overophedning p-n kryds, hvilket resulterer i termisk nedbrud og ødelæggelse af LED-krystallen.
I stedet for en siliciumdiode kan du bruge en anden lysemitterende diode med en tilsvarende fremadgående strøm, som er forbundet i omvendt polaritet parallelt med den første LED.
Ulempen ved strømbegrænsende modstandskredsløb er behovet for dissipation høj effekt. Dette problem bliver især relevant ved tilslutning af en belastning med et stort strømforbrug. Dette problem løses ved at erstatte modstanden med en ikke-polær kondensator, som i sådanne kredsløb kaldes ballast eller quenching.
En ikke-polær kondensator forbundet til et AC-netværk opfører sig som en modstand, men spreder ikke den forbrugte strøm i form af varme.
I disse kredsløb, når strømmen er slukket, forbliver kondensatoren uafladet, hvilket skaber risiko for elektrisk stød. 
Dette problem løses nemt ved at tilslutte en 0,5-watt shuntmodstand med en modstand på mindst 240 kOhm til kondensatoren.
Beregning af en modstand til en LED
I alle ovenstående kredsløb med strømbegrænsende modstand beregnes modstanden efter Ohms lov: R = U/I, hvor U er forsyningsspændingen, I er LED'ens driftsstrøm. Effekten afgivet af modstanden er P = U * I. Disse data kan beregnes vha.
Vigtig. Hvis du planlægger at bruge kredsløbet i en lavkonvektionspakke, anbefales det at øge modstandens maksimale effekttabsværdi med 30%.
Beregning af en quenching kondensator til en LED Denne formel er forenklet, men dens nøjagtighed er tilstrækkelig til LED-forbindelseskredsløb med forsyningsspændinger op til 20 volt.
Vigtig. For at beskytte kredsløbet mod spændingsstød og impulsstøj skal der vælges en quenching-kondensator med en driftsspænding på mindst 400 V.
Det er bedre at bruge en kondensator keramisk type K10–17 med en driftsspænding på mere end 400 V eller dets importerede tilsvarende. Elektrolytiske (polære) kondensatorer må ikke anvendes.
Du skal vide dette
Det vigtigste er at huske sikkerhedsforanstaltninger. De præsenterede kredsløb er drevet af 220 V AC, og kræver derfor særlig opmærksomhed under montering.
Tilslutning af LED'en til netværket skal udføres i nøje overensstemmelse med kredsløbsdiagrammet. Afvigelse fra planen eller uagtsomhed kan føre til kortslutning eller svigt af enkelte dele.
Transformerløse strømforsyninger skal samles omhyggeligt og husk, at de ikke har galvanisk isolering med netværket. Det færdige kredsløb skal være pålideligt isoleret fra nabo metaldele og beskyttet mod utilsigtet berøring. Den kan kun afmonteres med afbrudt strømforsyning.
Læs også
Jeg vil nok ikke tage fejl, hvis jeg siger, at mere end 90% af russiske indbyggere ved hvad LED strips, til spørgsmålet "kan transformere fra halogenlamper bruges til at drive LED-strips?" De vil svare "nej, det kan du ikke!" Den mest almindelige forklaring vil være den banale "elektronisk transformer er vekselstrøm, men LED'er har brug for konstant strøm." Det er præcis, hvad de fortæller os i butikkerne, det er præcis ledemotivet i langt de fleste "professionelle" artikler om dette emne, som generelt har lært folk at bruge mærkbart flere penge.
Er dette altid berettiget, og hvordan opfører LED'er i de mest almindelige LED-strips sig faktisk, når de drives af vekselstrøm, vil vi forsøge at finde ud af i processen med at læse denne artikel.
Jeg vil straks tage forbehold for, at for at betegne "LED" vil jeg fortsætte med at bruge den selvfølgelige og helt naturlige forkortelse LED og vil bevidst ikke bruge den engelske tekniske forkortelse LED (Light Emitting Diode) til dette koncept. I vores nuværende land, manglen på nogen ordentlig teknisk træning ledere og sælgere i butikker har allerede ført til affald og udseende af så unaturligt for fagsprog, tåbeligt for øret og forfærdeligt at skrive bogstavkombinationer "leds", "led'ы", "is", eller som jeg for nylig så i en krybende linje - "LED LED'er" . Ikke alene er "smør - smør", jeg ønsker bare ikke at ekko og skabe denne "ordforvirring"...
Den ideologiske kilde til at skrive undersøgelsen var det langvarige ønske om at tilbagevise ubegrundede og kategoriske udsagn om det utilladelige i at drive lysdioder med vekselstrøm. Generelt slår den kontroversielle karakter af denne udtalelse bestemt øjet på enhver specialist (såvel som en "ikke-specialist"), der forstår, at en LED, selvom den udsender lys, først og fremmest er en DIODE. Og det betyder, at udsende under indflydelse AC spænding den vil stadig være der, men kun i dens halveringstid.
Grundlæggende bliver vi nødt til at svare konsekvent tre spørgsmål:
1) Vil det elektriske køretøj være i stand til at "starte" ved tilslutning af en belastning i form af halvlederdioder;2) Hvis ET starter, vil pulsen "variabel" overstige elektrisk påvirkning tilladte parametre for individuelle lysdioder i bånd. Hvis det overstiger, hvor længe vil SD så holde under sådanne forhold;
3) Hvad er økonomisk effektivitet fra brugen af ET i lysdesign på LED-strips.
Så for seks måneder siden havde jeg lige en praktisk mulighed for at eksperimentere.
Jeg skulle lyse op i skufferne og skrivebordsskabene på mit værksted. Efter at have udstyret køkkenet stod jeg tilbage med 1,2 meter ensfarvet LED-tape med en samlet effekt på omkring 17 W (Aztech 14 Watt/meter) og én elektronisk transformer fra halogenlamper - EAC 12V 20-60 W, den mest almindelige og billigste, købt for 74 rubler i juli 2014. Til at begynde med, for at starte ET'en, fyldte jeg den med en almindelig 20 W halogenlampe og koblede derefter alle 1,2 meter bånd parallelt (fig. 1). Som forventet lyste båndet op. Samtidig var båndets glød ensartet, med gennemsnitlig lysstyrke, uden at øjet flimrer, hvilket ikke er overraskende, fordi Udgangssvingningen af ET moduleres i henhold til amplituden, knapt mærkbar for øjet, ved en frekvens på 100 Hz. Under eksperimentet førte slukning af lampen i et sådant kredsløb straks til ophør af gløden fra LED-strimlen, hvilket indikerede umuligheden af at starte ET på en halvbølgespænding. Derefter delte jeg båndet i to sektioner og vendte dem bag-til-ryg (fig. 2), hvilket efter planen skulle sikre driften af ET-udgangstrinnet i begge halvcyklusser. På samme tid, for at eliminere ubalancen af strømme i den modsatte retning og overophedning af udgangsviklingen af ET på grund af udseendet af en konstant komponent, sikrede jeg lighed (8 W) i antallet af lysdioder i begge belastninger våben. Umiddelbart efter tilslutning i henhold til dette skema (fig. 2) gik transformeren sikkert ind i genereringstilstanden, og begge LED-strimler lyste jævnt op og blev efterladt i 1 time, hvor hverken de eller det elektriske køretøj selv blev varmet op overhovedet, hvilket snarere angivet ganske normalt elektriske tilstande end ikke.Så svaret på det første spørgsmål - vil EV'en starte, når du udskifter halogenpærer med LED'er - er positivt. Ja, det starter! Hvis du sikrer back-to-back-forbindelse af båndene som i figur 2.
Og ser fremad...
Når jeg ser fremad, vil jeg sige, som et yderligere eksperiment viste, at en ET med en minimum affyringseffekt på 20 W blev lanceret med succes selv med en samlet LED-belastning på 10 W (5 W i hver arm).
Lad os komme videre. Nu forsøger vi at finde svaret på andet spørgsmål vores forskning. Men nu er eksperimenter alene ikke nok for os, vi har brug for viden fra TERCiE (Theory of Electrical Radio Circuits and Elements), som i sidste ende vil give os mulighed for at antage: er det muligt at drive SD-bånd i lang tid i denne tilstand uden seriøst; skader på deres holdbarhed, hvis vi overhovedet taler om skader?
Lad os starte med SD-båndenheden. Båndet består af arbejdssektioner forbundet parallelt (fig. 3) af tre emittere (angivet i diagrammet - E), som er tre separate lysdioder under et fælles fosforlag. Hver diode (D i diagrammet) af emitteren er serieforbundet i treklang med dioder fra andre emittere og en modstand, der indstiller det beregnede driftspunkt for dioderne (Se fig. 4).
Modstanden i triaden er valgt på en sådan måde, at når den drives af 12 V og det beregnede driftspunkt for dioden Upr = 3,3 V, Ipr = 14 mA, slukkes en overspænding på omkring 2 Volt på den.
Forresten, interessant...
Dette arrangement af triaden er pålideligt og praktisk, for hvis en enkelt LED i triaden fejler, vil ingen af emitterne slukke helt, men vil fortsætte med at brænde, omend med en tredjedel mindre lysstyrke. Du kan selvfølgelig lave en triade baseret på en enkelt emitter (og sådanne bånd er tilgængelige på udsalg). I dem vil arbejdssektionen, der bestemmer dens skæring, være et fragment med en enkelt emitter og en modstand, men i dette tilfælde vil svigt af en enkelt LED i triaden føre til tab af glød af hele emitteren, hvilket vil være umiddelbart mærkbar i enhver lampe.
Efter at have rodet igennem producenterne af SMD LED'er er det nemt at finde og elektriske parametre anvendt SD:
For at fuldføre undersøgelsen målte jeg desuden strømspændingskarakteristikken (CVC) af båndets arbejdssektion (fig. 5), og ved simpel genberegning opnåede jeg strømspændingskarakteristikken for en separat LED (fig. 6).
Jeg håber du...
Jeg håber, du ikke er i tvivl om, at dette kunne have været gjort fysisk, og at resultaterne ville have været de samme.
Fig.5
Strøm-spændingskarakteristika vist i figurerne kræver ikke yderligere forklaring. Jeg vil kun tilføje, at når spændingen er mindre end 2,35 V på en separat LED, er dens glød fuldstændig fraværende, hvilket svarer til en forsyningsspænding i arbejdsområdet på omkring 7 V og en forsyningsspænding på 15,5 V på tape er helt sikkert, pga Strømmen gennem en separat LED overstiger ikke normal drift 30 mA.
Alle disse numeriske udtryk for driftsparametre er dog kun relevante for DC. Vi skal teste dioden, når den udsættes for vekselspænding, dvs. pulsspænding i forskellige retninger. Men med sådan ernæring er det ekstremt gyldige værdier Strømmene og spændingerne på dioden kan være flere gange, eller endda titusinder, større end grænserne for jævnstrøm (dette er velkendt og tvivlende ledere kan læse foredrag om termiske kraftværker) - det hele afhænger af varigheden og frekvensen af eksponering. Men her er problemet: udgangsspændingen af ET har nok kompleks form, som ikke tillader en matematisk pålidelig beskrivelse af det inden for rammerne af denne artikel, og ydeevneegenskaberne for LED'er er ikke forsynet med en sektion af absolutte værdier for pulserende driftstilstande. Selvom det er rigtigt, der er én parameter (Ipr imp), men for hvilken pulsvarighed det er relevant - det er ikke klart, for hvilken duty cycle af effekten dette er gældende, kan man også kun gætte.
Hele pointen er....
Sagen er, at p-n-forbindelsen af en halvleder, når den opererer på vekselstrøm (puls) fungerer med en variabel belastning. Strømperioder, der forårsager opvarmning og drift af LED'en ved at udsende lysbølger, erstattes af hvilepauser (hvor der ikke løber strøm gennem krydset), og hvor halvlederen afkøles. Og spørgsmålet her er ikke så meget den absolutte værdi af strømmen gennem halvlederen, men derimod om halvlederen vil nå at køle nok af under den ikke-strøm pause til at kompensere for den opvarmning, der skete i den aktuelle periode. Dem. forhindre termisk nedbrydning.
Her vil jeg minde om "fysikken" ved halvlederfejl. Dette vil give os mulighed for at forstå essensen af de igangværende processer. Hun, fysik, er almindeligt kendt, men stadig med hendes egne ord: holdbarheden af enhver enhed bestemmes af dens fejltolerance. Diodefejl under normal drift opstår i tilfælde af termisk eller elektrisk nedbrud.
Elektrisk nedbrud opstår som regel, når den tilladte omvendte spænding (Urev) overskrides. I dette tilfælde mister dioden egenskaben af envejsledningsevne og begynder at lede i begge retninger. I de fleste tilfælde er det elektriske sammenbrud reversibelt, og enhedens funktionalitet genoprettes.
Men termisk nedbrydning er tværtimod irreversibel og opstår, når der er en overskydende strøm i fremadgående (mindre ofte omvendt, hvilket sker efter elektrisk nedbrud) retning og medfører en destruktiv ændring i halvlederkrystallen som følge af en stærk lokal overophedning p-n overgang, ude af stand til at passere gennem sig selv stort antal ladede partikler.
Pointen her er, at indtil der er skabt betingelser for termisk nedbrydning, virker halvlederen. Jeg gentager, at det generelt er ligegyldigt, hvilken absolut værdi den strøm, der løber igennem den, har. Det kan blive meget stort! Det vigtigste er, at vores diode ikke har tid til at overophedes. Passet for enhver diode angiver to maksimalt tilladte parametre: Maksimal fremadstrøm Ipr mzx og Maksimal reversspænding U arr max, for langvarig eksponering for jævnstrøm, som når standardbetingelser drift er garanteret ikke at føre til hverken elektrisk eller termisk nedbrud.
For at studere graden af påvirkning af vekselspænding på LED'er vil vi derfor tage udgangspunkt i postulatet, at enhver langvarig pulseret strøm kan bringes til en værdi af jævnstrøm, ved hvilken arbejdet udføres af LED'en under påvirkning af pulserende strøm vil være identisk med at arbejde med konstant strøm.
Hvordan vurderer vi det arbejde, som en LED producerer? Ja, meget simpelt. LED'en, under påvirkning af strømmen, der strømmer gennem den, arbejder for at frigive lysenergi og varme. Og vi kan meget nemt måle og sammenligne disse to parametre for begge typer strøm, hvilket betyder, at vi kan bestemme, hvor meget LED'en belaster ET-udgangsspændingen sammenlignet med en standard 12 V stabilisator.
For at evaluere lysenergien, der udsendes af en separat arbejdssektion af LED-strimlen, målte jeg belysningens afhængighed af forsyningsspændingen. Belysningen blev målt i en afstand af 10 cm fra emitterne (fig. 7).
Således på på dette stadium, har vi alt klar til at få svar på det andet og tredje spørgsmål i vores forskning.
Lad os komme i gang.
Lad os først undersøge udgangsspændingen af vores ET: Jeg vil med det samme sige, at det er umuligt at bruge en husstand elektronisk ampere-voltmeter tester til at måle amplituden af en spænding af denne form. Den er designet til at måle strengt harmoniske svingninger, men i vores tilfælde vil den lyve meget, fordi vi har at gøre med en vekselpulsspænding moduleret i amplitude af en strøm med dobbelt industriel frekvens. Modulationsfrekvens 100 Hz, fyldningsfrekvens: 10 KHz – tovejs firkantbølge, signalamplitude Ua = 18 Volt. Oscilloskopet detekterede ingen individuelle overspændinger med en amplitude på mere end 18 V. Da fyldningen er en meander, vil den effektive spændingsværdi være fuldstændig underlagt loven for det modulerende signal, og derfor i vores tilfælde Uact = Uа/√2 = 18/1,41 = 12,7 V. Derfor står der i databladet for elbilen, at udgangsspændingen er ~12V.
Når man ser på diagrammerne og sammenligner dem med ydeevneegenskaberne og strømspændingsegenskaberne, bliver det klart, at når jævnstrøm virker på LED'en, er det usandsynligt, at vi går ud over de tilladte parametre. Påstået grænselinje impulsstrøm for en enkelt LED ved 60 mA er kun opnåelig ved Upr > 3,9 V, dvs. når forsyningsspændingen på båndet er mere end 20 V (se strømspændingskarakteristika), men som vi ser, opnår vi stadig ikke sådanne værdier. På den anden side er det let at se, at varigheden af udsættelse for spænding over de nævnte og helt sikre 15,5 V (hvor strømmen gennem LED'en ikke er mere end 30 mA) ikke er mere end 8% af den samlede effekt leveringstid fra den pågældende elbil. Jeg tror, det er næppe farligt for diabetes. OK. Lad os huske. Vi tjekker det ud lidt senere.
Lad os nu vurdere, om vi vil gå ud over de tilladte grænser for omvendt spænding, selv når vi udsættes for en omvendt halvcyklusspænding. I dette tilfælde kan modstanden R i triaden negligeres, Ua (18V) vil være jævnt fordelt over LED'erne i triaden, og amplitudeværdien af spændingen over dioden vil være 6 V, hvilket er mere end den deklarerede 5V. Men varigheden af overskuddet vil igen ikke overstige 8% af den samlede driftstid for LED'en, og den anden ting, der virkelig forvirrede mig, er, at den tilladte omvendte spænding i alle datablade er meget mistænkeligt den samme for forskellige serier af LED'er. Det er altid lig med 5V. OK. Lad os huske dette og begynde at tegne de første resultater.
Så teoretisk set bør vi med en fremadgående halvcyklus ikke overskride fremadgående strømme for LED'en, og med en omvendt halvcyklus er overskuddet af den erklærede tilladte omvendte spænding lille, både med hensyn til eksponeringens varighed og i absolut værdi.
Nå, nu er det tid til at teste vores konklusioner i praksis. Lad os praktisk taget evaluere lyset og termisk output. Hvis lyset og varmen, der genereres af båndet, ikke overstiger det, der frigives, når det drives af en standardstrømkilde til LED-bånd, så vil vores positive teoretiske konklusion blive bekræftet.
Efter at have drevet båndet fra ET i mod-parallel tilstand, måler vi lysudbyttet af en enkelt arbejdssektion af båndet fra tre emittere og sammenligner værdierne med karakteristikken i fig. 7. Luxmåleren registrerer værdierne ved 970-990 lux, hvilket svarer til, at båndet får strøm fra en spændingskilde lige under 10 V!!! Opvarmningen af båndet viste sig at være ubetydelig og efter 1 times drift oversteg ikke 35 grader Celsius ved en omgivende temperatur på 25 °C. Under lignende forhold, men med jævnstrøm Upr=12V, blev båndet varmet op til 49°C, og den genererede belysning var omkring 2000 Lux. Disse resultater indikerer tydeligt, at på trods af alle markedsføringsformaningerne, fungerer halvlederen, når den drives af en ET, i en underbelastet tilstand, og man kan næppe forvente dens nært forestående død. Ser man i øvrigt på fig. 9, og efter at have målt arealerne af figurerne i lyseblå og mursten farver du kan forstå, hvorfor LED'erne lyser, som om de var drevet af 10V. Faktum er, at den lyseblå figur karakteriserer de forhold, hvorunder SD-båndet udfører nyttigt arbejde(husk at dette sker ved Upit > 7 Volt). Den lysebrune figur minus den lyseblå figur er de forhold, hvorunder SD-båndet er inaktivt - virker ikke! Forholdet mellem deres arealer er præcis 10 til 8. Alt passer dog sammen, hehe.
Og alligevel, på baggrund af et positivt svar på det andet spørgsmål i vores forskning, gav tanken om, omend ubetydeligt, men stadig overskridelse af den tilladte omvendte spænding, mig ikke hvile. Kort sagt besluttede jeg at gøre det på den hårde måde: Jeg tilsluttede båndet til en jævnstrømskilde og gradvist øgede den omvendte spænding, jeg begyndte at vente på milliammeteret for at registrere et elektrisk sammenbrud. Efter at have bragt den omvendte spænding på en separat LED til næsten 20 volt, opnåede jeg stadig ikke et sammenbrud. Omvendt strøm oversteg ikke 15 μA. Efter at have forladt hele denne sag i næsten et døgn, var jeg overbevist om, at der ikke var sket noget med emitterne, og tilsyneladende skulle der ikke ske noget inden for en overskuelig fremtid fra korte impulser på 6V mod 5V.
Uddannelsesprogram > Diverse, men nyttigt
Sådan strømforsynes en LED fra et 220 V netværk.
Det ser ud til, at alt er enkelt: vi sætter en modstand i serie, og det er det. Men du skal huske én ting vigtig egenskab LED: maksimalt tilladt omvendt spænding. For de fleste lysdioder er det omkring 20 volt. Og når du forbinder det til netværket med omvendt polaritet (strømmen er vekslende, en halv cyklus går i den ene retning og den anden halvdel i den modsatte retning), vil netværkets fulde amplitudespænding blive påført den - 315 volt ! Hvor kommer dette tal fra? 220 V er den effektive spænding, mens amplituden er (roden af 2) = 1,41 gange større.
Derfor, for at gemme LED'en, skal du placere en diode i serie med den, som ikke tillader omvendt spænding at passere igennem til den.
En anden mulighed for at tilslutte en LED til en 220V strømforsyning:
Eller sæt to lysdioder ryg mod ryg.
Muligheden for strømforsyning fra netværket med en quenching-modstand er ikke den mest optimale: Der vil blive frigivet betydelig strøm gennem modstanden. Faktisk, hvis vi bruger en 24 kOhm modstand ( maksimal strøm 13 mA), så vil den afsatte effekt på den være omkring 3 W. Du kan reducere det til det halve ved at forbinde en diode i serie (så frigives varme kun i løbet af en halv-cyklus). Dioden skal have en omvendt spænding på mindst 400 V. Når du tænder for to tæller-LED'er (der er endda dem med to krystaller i et hus, normalt forskellige farver, en krystal er rød, den anden er grøn), kan du sætte to to-watt modstande, hver med halvdelen af modstanden.
Jeg tager forbehold for, at du ved at bruge en højmodstandsmodstand (for eksempel 200 kOhm) kan tænde LED'en uden en beskyttelsesdiode. Den omvendte gennembrudsstrøm vil være for lav til at forårsage ødelæggelse af krystallen. Selvfølgelig er lysstyrken meget lav, men for for eksempel at oplyse en kontakt i soveværelset i mørke, vil det være ganske nok.
På grund af det faktum, at strømmen i netværket er vekslende, kan du undgå unødvendigt spild af elektricitet på opvarmning af luften med en begrænsningsmodstand. Dens rolle kan spilles af en kondensator, der passerer vekselstrøm uden opvarmning. Hvorfor det er sådan, er et separat spørgsmål, vi vil overveje det senere. Nu skal vi vide, at for at en kondensator kan passere vekselstrøm, skal begge halvcyklusser af netværket passere gennem den. Men LED'en leder kun strøm i én retning. Det betyder, at vi placerer en almindelig diode (eller en anden lysdiode) parallelt med lysdioden, og den vil springe den anden halvcyklus over.
Men nu har vi afbrudt vores kredsløb fra netværket. Der er en vis spænding tilbage på kondensatoren (op til den fulde amplitude, hvis vi husker, lig med 315 V). For at undgå utilsigtet elektrisk stød, vil vi levere en højværdi afladningsmodstand parallelt med kondensatoren (så når normal drift der gik en ubetydelig strøm gennem den, som ikke fik den til at varme op), som, når den blev afbrudt fra netværket, ville aflade kondensatoren på en brøkdel af et sekund. Og til beskyttelse mod impulser ladestrøm Vi installerer også en modstand med lav modstand. Det vil også spille rollen som en sikring, der øjeblikkeligt brænder ud i tilfælde af et utilsigtet sammenbrud af kondensatoren (intet varer evigt, og dette sker også).
Kondensatoren skal være til en spænding på mindst 400 volt, eller speciel til vekselstrømkredsløb med en spænding på mindst 250 volt.
Og hvis vi vil gøre det LED pære fra flere lysdioder? Vi tænder dem alle i serie; én tællerdiode er nok til dem alle.
Dioden skal være designet til en strøm, der ikke er mindre end strømmen gennem LED'erne, den omvendte spænding - ikke mindre end summen af spændingen over LED'erne. Endnu bedre, tag et lige antal lysdioder og tænd dem ryg mod ryg.
På figuren er der tre lysdioder i hver kæde, faktisk kan der være mere end et dusin af dem.
Hvordan beregner man en kondensator? Fra amplitudespændingen af 315V-netværket trækker vi summen af spændingsfaldet over LED'erne (f.eks. tre hvide dette er cirka 12 volt). Vi får spændingsfaldet over kondensatoren Up=303 V. Kapaciteten i mikrofarader vil være lig med (4,45*I)/Up, hvor I er den nødvendige strøm gennem LED'erne i milliampere. I vores tilfælde vil kapacitansen for 20 mA være (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 µF. Du kan placere to 0,15 µF (150 nF) kondensatorer parallelt.
De mest almindelige fejl ved tilslutning af lysdioder
1. Tilslut LED'en direkte til strømkilden uden en strømbegrænser (modstand eller speciel driverchip). Diskuteret ovenfor. LED'en svigter hurtigt på grund af dårligt kontrolleret strøm.
2. Tilslutning af LED'er forbundet parallelt med en fælles modstand. For det første, på grund af den mulige spredning af parametre, vil LED'erne lyse med forskellig lysstyrke. For det andet, og endnu vigtigere, hvis en af LED'erne svigter, vil strømmen af den anden fordobles, og den kan også brænde ud. Hvis du bruger én modstand, er det mere tilrådeligt at seriekoble lysdioderne. Derefter, når vi beregner modstanden, lader vi strømmen være den samme (for eksempel 10 mA) og summerer LED'ernes fremadgående spændingsfald (for eksempel 1,8 V + 2,1 V = 3,9 V).
3. Tænd lysdioder i serie, designet til forskellige strømme. I dette tilfælde vil en af LED'erne enten slides eller lyse svagt, afhængigt af den aktuelle indstilling af begrænsningsmodstanden.
4. Installation af en modstand med utilstrækkelig modstand. Som et resultat er strømmen, der løber gennem LED'en, for høj. For noget af energien skyldes defekter krystalgitter bliver til varme, så ved høje strømme bliver det for meget. Krystallen overophedes, som et resultat af, at dens levetid reduceres betydeligt. Med en endnu større stigning i strøm på grund af opvarmning af pn-junction-området falder den interne kvanteeffektivitet, lysstyrken af LED'en falder (dette er især mærkbart for røde LED'er), og krystallen begynder at kollapse katastrofalt.
5. Tilslutning af LED'en til et vekselstrømsnetværk (f.eks. 220 V) uden at træffe foranstaltninger til at begrænse omvendt spænding. For de fleste lysdioder er den maksimalt tilladte omvendte spænding omkring 2 volt, mens den omvendte halvcyklusspænding, når lysdioden er låst, skaber et spændingsfald over den svarende til forsyningsspændingen. Der er mange forskellige ordninger, der eliminerer de destruktive virkninger af omvendt spænding. Den enkleste er diskuteret ovenfor.
6. Installation af en utilstrækkelig strømmodstand. Som et resultat bliver modstanden meget varm og begynder at smelte isoleringen af ledningerne, der berører den. Så brænder malingen på den, og til sidst falder den sammen under påvirkning høj temperatur. En modstand kan sikkert ikke sprede mere end den effekt, den er designet til.
Blinkende lysdioder
En blinkende LED (MSD) er en LED med indbygget integreret pulsgenerator med en flashfrekvens på 1,5 -3 Hz.
På trods af sin kompakthed inkluderer den blinkende LED en halvledergeneratorchip og nogle yderligere elementer. Det er også værd at bemærke, at den blinkende LED er ret universel - forsyningsspændingen for en sådan LED kan variere fra 3 til 14 volt for højspændingsenheder og fra 1,8 til 5 volt for lavspændingsenheder.
Særlige egenskaber ved blinkende lysdioder:
Små størrelser
Kompakt lyssignalanordning
Bredt forsyningsspændingsområde (op til 14 volt)
Forskellige farver stråling.
I nogle versioner af blinkende lysdioder kan der indbygges flere (normalt 3) flerfarvede lysdioder med forskellige blitzfrekvenser.
Brugen af blinkende lysdioder er berettiget i kompakte enheder, hvor der stilles høje krav til dimensioner af radioelementer og strømforsyning - blinkende lysdioder er meget økonomiske, pga. elektronisk kredsløb MSD'en er lavet på MOS-strukturer. En blinkende LED kan nemt erstatte en hel funktionel enhed.
Betinget grafisk betegnelse blinkende LED tændt kredsløbsdiagrammer er ikke forskellig fra betegnelsen for en konventionel LED, bortset fra at pilelinjerne er stiplede og symboliserer LED'ens blinkende egenskaber.
Hvis du kigger gennem den blinkende LEDs gennemsigtige krop, vil du bemærke, at den består af to dele. En lysemitterende diodekrystal er placeret på bunden af katoden (negativ terminal).
Generatorchippen er placeret på bunden af anodeterminalen.
Tre guldtrådsjumpere forbinder alle dele af denne kombinerede enhed.
Det er nemt at skelne en MSD fra en almindelig LED ved udseende, ser på sin krop i lyset. Inde i MSD er der to substrater på ca samme størrelse. På den første af dem er der en krystallinsk terning af en lysemitter lavet af en sjælden jordart legering.
For at forstørre lysstrøm, fokusering og stråleformning, anvendes en parabolsk aluminiumsreflektor (2).
I en MSD er den lidt mindre i diameter end i en konventionel LED, da den anden del af huset er optaget af et substrat med integreret kredsløb (3).
Elektrisk er begge substrater forbundet med hinanden med to guldtrådsjumpere (4). MSD-huset (5) er lavet af mat lysspredende plast eller transparent plast.
Emitteren i MSD'en er ikke placeret på husets symmetriakse, så for at sikre ensartet belysning anvendes oftest en monolitisk farvet diffus lysleder. Det gennemsigtige etui findes kun på MSD'er store diametre med et smalt strålingsmønster.
Generatorchippen består af en højfrekvent masteroscillator - dens frekvens svinger ifølge forskellige skøn omkring 100 kHz. En logisk gate divider arbejder sammen med RF-generatoren, som deler højfrekvensen til en værdi på 1,5-3 Hz. Anvendelsen af en højfrekvensgenerator i forbindelse med en frekvensdeler skyldes, at implementeringen af en lavfrekvensgenerator kræver brug af en kondensator med stor kapacitet til tidskredsløbet.
At bringe høj frekvens op til en værdi på 1-3 Hz bruges dividers på logiske elementer, som er nemme at placere på lille område halvlederkrystal.
Ud over master RF oscillator og divider er halvledersubstratet udstyret med elektronisk nøgle og en beskyttelsesdiode. Blinkende LED'er, designet til en forsyningsspænding på 3-12 volt, har også en indbygget begrænsningsmodstand. Lavspændings-MSD'er har ikke en begrænsningsmodstand En beskyttelsesdiode er nødvendig for at forhindre fejl i mikrokredsløbet, når strømforsyningen er omvendt.
For pålidelig og langsigtet drift af højspændings-MSD'er anbefales det at begrænse forsyningsspændingen til 9 volt. Efterhånden som spændingen stiger, øges MSD'ens effekttab, og følgelig øges opvarmningen af halvlederkrystallen. Over tid kan overdreven varme få den blinkende LED til hurtigt at nedbrydes.
Du kan sikkert kontrollere brugbarheden af en blinkende LED ved hjælp af et 4,5 volt batteri og en 51 ohm modstand forbundet i serie med LED'en med en effekt på mindst 0,25 W.