Uno di questioni importanti quando si lavora con i LED è la sua connessione alla rete AC e alta tensione. È noto che un LED non può essere alimentato direttamente da una rete a 220 V. Come assemblare correttamente il circuito e fornire energia per risolvere il problema?
Proprietà elettriche
Per rispondere alla domanda posta sopra è necessario studiare proprietà elettriche GUIDATO.
La sua caratteristica corrente-tensione è una linea ripida. Ciò significa che quando la tensione aumenta anche di poco, la corrente attraverso il semiconduttore emittente aumenta notevolmente. Un aumento della corrente porta al riscaldamento del LED, a seguito del quale può semplicemente bruciarsi. Questo problema viene risolto includendo un resistore limitatore nel circuito.
Al LED piccolo valore tensione di rottura inversa (circa 20 volt), quindi non può essere collegato a una rete a 220 volt CA. Per impedire il flusso di corrente nella direzione opposta, è necessario includere un diodo nel circuito o accenderne un secondo opposto al primo LED. Il collegamento deve essere parallelo.
Quindi, sappiamo che qualsiasi circuito per collegare un LED a una rete a 220 volt deve contenere un resistore e un raddrizzatore, altrimenti l'alimentazione sarà impossibile.
Perché è necessario un tale schema? Innanzitutto per la progettazione dell’indicatore di rete. Una luce LED può essere un eccellente indicatore per aiutare a determinare se un apparecchio elettrico è collegato o meno. Si inserisce nel circuito degli interruttori e delle prese per trovarli facilmente al buio.
Un tale indicatore inizia a brillare con una tensione di pochi volt. Allo stesso tempo, consuma una quantità minima di elettricità a causa della corrente bassa (diversi chilometri di ampere).
Quale resistenza dovrei usare?
Per selezionare la resistenza del resistore ottimale, è necessario utilizzare la legge di Ohm.
R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.
Supponiamo di prendere un LED rosso per l'indicatore con un valore di corrente nominale di 18 mA e una tensione diretta di 2,0 Volt.
(311-2)/0,018=17167 Ohm=17 kOhm
Spieghiamo da dove viene il numero 311 Questo è il picco dell'onda sinusoidale lungo il quale cambia la tensione nella nostra rete. Senza entrare nel campo della matematica con tutti i suoi calcoli, possiamo semplicemente dire che la tensione di picco è 220 * √2.
A volte ci sono circuiti che non hanno un diodo raddrizzatore. In questo caso la resistenza deve essere aumentata più volte per ridurre la corrente ed evitare che la spia si bruci.
Circuito elementare di un indicatore di corrente
Cosa è necessario per realizzare l'indicatore più semplice, alimentato da una rete a 220 volt? Ecco l'elenco:
- un indicatore LED regolare di qualsiasi colore tu voglia;
- resistenza da 100 a 200 kOhm (rispetto a più resistenza, meno intensa sarà la luce della lampadina);
- diodo con una tensione inversa pari o superiore a 100 volt;
- saldatore a bassa potenza per non surriscaldare il LED.
Poiché il numero di parti è minimo, la scheda non viene utilizzata durante l'installazione. L'indicatore è collegato in parallelo all'apparecchio elettrico.
Per coloro che non vogliono correre alla ricerca di un diodo, i produttori hanno ideato un indicatore bicolore già pronto sotto forma di due LED integrati in un unico alloggiamento colori diversi. Di solito è rosso e colori verdi. In questo caso il numero delle parti circuitali viene ulteriormente ridotto.
Esistono altri schemi di connessione in cui il resistore viene sostituito con un condensatore o vengono utilizzati ponti di diodi, transistor, ecc. Ma qualunque cosa accada caratteristiche di progettazione non sono stati introdotti, il compito principale è rettificare la corrente e ridurla a un valore sicuro.
L'indicazione luminosa è parte integrante dell'elettronica, con l'aiuto della quale una persona può facilmente comprendere lo stato attuale del dispositivo. In famiglia dispositivi elettronici il ruolo di indicazione è svolto da un LED installato in circuito secondario alimentazione, all'uscita di un trasformatore o stabilizzatore. Tuttavia, nella vita di tutti i giorni ce ne sono anche molti semplici progetti elettronici, che non dispongono di un convertitore, un indicatore in cui sarebbe un'utile aggiunta. Ad esempio, un LED integrato nel tasto di un interruttore a parete sarebbe un ottimo riferimento per la posizione dell'interruttore durante la notte. E il LED nel corpo della prolunga con prese segnalerà che è collegata ad una alimentazione a 220 V.
Di seguito ne sono riportati diversi circuiti semplici, con l'aiuto del quale anche una persona con una conoscenza minima di ingegneria elettrica può collegare un LED a una rete a corrente alternata.
Schemi di collegamento
Il LED è un tipo diodi semiconduttori con una tensione e una corrente di alimentazione molto inferiori rispetto a quelle di una rete elettrica domestica. A collegamento diretto in una rete da 220 volt, fallirà immediatamente. Pertanto, il diodo emettitore di luce deve essere collegato solo tramite un elemento limitatore di corrente. I più economici e facili da assemblare sono i circuiti con un elemento step-down sotto forma di resistore o condensatore.
Un punto importante a cui prestare attenzione quando si collega un LED a una rete CA è la limitazione della tensione inversa. Questo compito può essere facilmente realizzato da qualsiasi diodo al silicio progettato per una corrente non inferiore a quella che scorre nel circuito. Il diodo è collegato in serie dopo il resistore oppure con polarità inversa in parallelo al LED.
Si ritiene che sia possibile fare a meno di limitare la tensione inversa, poiché il guasto elettrico non causa danni al diodo emettitore di luce. Tuttavia, la corrente inversa può causare surriscaldamento giunzione p-n, con conseguente rottura termica e distruzione del cristallo LED.
Invece di un diodo al silicio è possibile utilizzare un secondo diodo emettitore di luce con una corrente diretta simile, collegato con polarità inversa in parallelo al primo LED.
Lo svantaggio dei circuiti resistori di limitazione della corrente è la necessità di dissipazione alta potenza. Questo problema diventa particolarmente rilevante quando si collega un carico con un elevato consumo di corrente. Questo problema viene risolto sostituendo il resistore con un condensatore non polare, che in tali circuiti viene chiamato zavorra o quench.
Un condensatore non polare collegato ad una rete AC si comporta come una resistenza, ma non dissipa la potenza consumata sotto forma di calore.
In questi circuiti, quando si spegne l'alimentazione, il condensatore rimane non scarico, con il rischio di scosse elettriche. 
Questo problema può essere facilmente risolto collegando al condensatore un resistore di shunt da 0,5 watt con una resistenza di almeno 240 kOhm.
Calcolo di un resistore per un LED
In tutti i circuiti sopra menzionati con un resistore limitatore di corrente, la resistenza viene calcolata secondo la legge di Ohm: R = U/I, dove U è la tensione di alimentazione, I è la corrente operativa del LED. La potenza dissipata dal resistore è P = U * I. Questo dato può essere calcolato utilizzando.
Importante. Se si prevede di utilizzare il circuito in un pacchetto a bassa convezione, si consiglia di aumentare del 30% il valore massimo di dissipazione di potenza del resistore.
Calcolo di un condensatore di spegnimento per un LED Questa formulaè semplificato, ma la sua precisione è sufficiente per circuiti di collegamento LED con tensioni di alimentazione fino a 20 volt.
Importante. Per proteggere il circuito da picchi di tensione e rumore impulsivo, è necessario selezionare un condensatore di estinzione con una tensione operativa di almeno 400 V.
È meglio usare un condensatore tipo ceramico K10–17 con una tensione operativa superiore a 400 V o equivalente importato. Non devono essere utilizzati condensatori elettrolitici (polari).
Devi sapere questo
La cosa principale è ricordare le precauzioni di sicurezza. I circuiti presentati sono alimentati a 220 V AC, e necessitano quindi di particolare attenzione in fase di montaggio.
Il collegamento del LED alla rete deve essere effettuato rispettando rigorosamente lo schema elettrico. La deviazione dal piano o la negligenza possono portare a cortocircuito o guasto di singole parti.
Gli alimentatori senza trasformatore devono essere assemblati con attenzione e ricordare che non ne hanno isolamento galvanico con la rete. Il circuito finito deve essere isolato in modo affidabile dai vicini parti metalliche e protetto da contatti accidentali. Può essere smontato solo con l'alimentazione disinserita.
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Probabilmente non sbaglierò se dico che più del 90% dei residenti russi sa cosa Strisce LED, alla domanda “è possibile utilizzare trasformatori per lampade alogene per alimentare strisce LED?” Risponderanno “no, non puoi!” La spiegazione più comune sarà il banale “il trasformatore elettronico è a corrente alternata, ma i LED necessitano di corrente costante”. Questo è esattamente quello che ci dicono nei negozi, questo è esattamente il leitmotiv della stragrande maggioranza degli articoli “professionali” su questo argomento, che, in generale, ha insegnato alle persone a spendere notevolmente di più.
Ciò è sempre giustificato e come si comportano effettivamente i LED delle strisce LED più comuni quando alimentati da corrente alternata, cercheremo di scoprirlo leggendo questo articolo.
Faccio subito una riserva: per designare "LED" continuerò a utilizzare l'abbreviazione ovvia e del tutto naturale LED e non utilizzerò deliberatamente l'abbreviazione tecnica inglese LED (Light Espiring Diode) per questo concetto. Nel nostro paese attuale, la mancanza di qualsiasi adeguato formazione tecnica manager e venditori nei negozi ha già portato alla sporcizia e alla comparsa di combinazioni di lettere innaturali per il linguaggio tecnico, insensate per l'orecchio e terribili per scrivere "leds", "led'ы", "ice", o come ho visto di recente in una linea strisciante - “LED LED” . Non solo è “burro – burro”, semplicemente non voglio riecheggiare e creare questa “confusione di parole”...
La fonte ideologica per la stesura dello studio è stata il desiderio di lunga data di confutare affermazioni infondate e categoriche sull'inammissibilità dell'alimentazione dei LED con corrente alternata. In generale, il carattere controverso di questa affermazione colpisce sicuramente l'occhio di qualsiasi specialista (ma anche del “non specialista”) che comprenda che un LED, sebbene emetta luce, è prima di tutto un DIODO. E questo significa che emettono sotto l'influenza Tensione CA sarà ancora lì, ma solo durante la sua emivita.
In sostanza, dovremo rispondere in modo coerente tre domande:
1) Il veicolo elettrico sarà in grado di "avviarsi" quando si collega un carico sotto forma di diodi semiconduttori;2) Se l'ET si avvia, la “variabile” dell'impulso supererà influenza elettrica parametri consentiti dei singoli LED nei nastri. Se supera, quanto durerà la SD in tali condizioni?
3) Cos'è efficienza economica dall’utilizzo dell’ET nella progettazione illuminotecnica su strip LED.
Quindi, sei mesi fa ho appena avuto un'opportunità conveniente per sperimentare.
Avevo bisogno di illuminare lo spazio nei cassetti e nelle scrivanie del mio laboratorio. Dopo aver attrezzato la cucina, mi sono rimasti 1,2 metri di nastro LED monocolore con una potenza totale di circa 17 W (Aztech 14 Watt/metro) e un trasformatore elettronico da lampade alogene - EAC 12V 20-60 W, le più comuni ed il più economico, acquistato per 74 rubli nel luglio 2014. Per cominciare, per avviare l'ET, l'ho caricato con una normale lampada alogena da 20 W e poi ho collegato in parallelo tutti i 1,2 metri di strip (Fig. 1). Come previsto, il nastro si accese. Allo stesso tempo, la luminosità del nastro era uniforme, di luminosità media, senza alcuno sfarfallio evidente alla vista, il che non sorprende, perché Il meandro d'uscita dell'ET è modulato secondo l'ampiezza, appena percettibile alla vista, ad una frequenza di 100 Hz. Durante l'esperimento, lo spegnimento della lampada in un tale circuito ha portato immediatamente alla cessazione del bagliore della striscia LED, che indicava l'impossibilità di avviare l'ET su una tensione a semionda. Quindi ho diviso il nastro in due sezioni e le ho accese una dopo l'altra (Fig. 2), che, secondo il piano, avrebbe dovuto garantire il funzionamento dello stadio di uscita ET in entrambi i semicicli. Allo stesso tempo, al fine di eliminare lo squilibrio delle correnti nella direzione opposta e il surriscaldamento dell'avvolgimento di uscita dell'ET dovuto alla comparsa di una componente costante, ho assicurato l'uguaglianza (8 W) nel numero di LED in entrambi i carichi braccia. Immediatamente dopo essersi collegato secondo questo schema (Fig. 2), il trasformatore è entrato in sicurezza nella modalità di generazione ed entrambe le strisce LED si sono illuminate in modo uniforme e sono state lasciate per 1 ora, durante la quale né loro né il veicolo elettrico stesso si sono riscaldati, il che piuttosto indicato del tutto normale modalità elettriche piuttosto che no.Quindi, la risposta alla prima domanda - il veicolo elettrico si avvia quando si sostituiscono le lampade alogene con i LED - è positiva. Sì, inizierà! Se si garantisce il collegamento back-to-back dei nastri come nella Figura 2.
E guardando avanti...
Guardando al futuro, dirò che, come ha dimostrato un ulteriore esperimento, un ET con una potenza di lancio minima di 20 W è stato lanciato con successo anche con un carico LED totale di 10 W (5 W in ciascun braccio).
Andiamo avanti. Ora stiamo cercando di trovare la risposta seconda domanda la nostra ricerca. Ma ora gli esperimenti da soli non ci bastano; avremo bisogno della conoscenza di TERCiE (Teoria dei circuiti e degli elementi radio elettrici), che alla fine ci consentirà di supporre: è possibile alimentare a lungo i nastri SD in questa modalità senza serietà. danni alla loro durabilità, se parliamo di danni?
Cominciamo con il dispositivo a nastro SD. Il nastro è costituito da sezioni di lavoro collegate in parallelo (Fig. 3) di tre emettitori (indicati nello schema - E) che sono tre LED separati sotto uno strato di fosforo comune. Ciascun diodo (D nel diagramma) dell'emettitore è collegato in serie in triadi con diodi di altri emettitori e un resistore che imposta il punto operativo calcolato dei diodi (vedere Fig. 4).
Il resistore nella terna è selezionato in modo tale che, con alimentazione a 12 V e punto di funzionamento calcolato del diodo Upr = 3,3 V, Ipr = 14 mA, su di esso si spegne una tensione in eccesso di circa 2 Volt.
A proposito, interessante...
Questa disposizione della terna è affidabile e pratica, perché se un solo LED della terna si guasta, nessuno degli emettitori si spegnerà completamente, ma continuerà a bruciare, anche se con un terzo di luminosità in meno. Ovviamente puoi creare una triade basata su un singolo emettitore (e tali nastri sono disponibili in vendita). In essi la sezione operativa che ne determina il taglio sarà un frammento con un unico emettitore ed un resistore, ma in questo caso il guasto di un singolo LED della triade porterà alla perdita di luminosità dell'intero emettitore, che si ripercuoterà essere immediatamente percepibile in qualsiasi lampada.
Dopo aver frugato tra i produttori di LED SMD, è facile trovarlo e parametri elettrici SD applicato:
Per completare lo studio, ho inoltre misurato la caratteristica corrente-tensione (CVC) della sezione operativa del nastro (Fig. 5) e con un semplice ricalcolo ho ottenuto la caratteristica corrente-tensione per un LED separato (Fig. 6).
Spero che tu...
Spero che tu non abbia dubbi sul fatto che ciò avrebbe potuto essere fatto fisicamente e che i risultati sarebbero stati gli stessi.
Fig.5
Le caratteristiche corrente-tensione mostrate nelle figure non necessitano di ulteriori spiegazioni. Aggiungo solo che quando la tensione su un LED separato è inferiore a 2,35 V, il suo bagliore è completamente assente, il che corrisponde ad una tensione di alimentazione dell'area di lavoro di circa 7 V e ad una tensione di alimentazione di 15,5 V sul LED separato. il nastro è completamente sicuro, perché La corrente attraverso un LED separato non supera i 30 mA di funzionamento normale.
Tuttavia, tutte queste espressioni numeriche dei parametri operativi sono rilevanti solo per DC. Testeremo il diodo quando esposto a tensione alternata, ad es. tensione impulsiva in direzioni diverse. Tuttavia, con tale nutrizione è estremamente valori validi Le correnti e le tensioni sul diodo possono essere diverse volte, o addirittura decine di volte, superiori ai limiti per la corrente continua (questo è ben noto e i manager dubbiosi possono leggere lezioni sulle centrali termoelettriche) - tutto dipende dalla durata e dalla frequenza di esposizione. Ma ecco il problema: la tensione di uscita dell'ET è sufficiente forma complessa, che non ne consente una descrizione matematicamente affidabile nell'ambito di questo articolo, e le caratteristiche prestazionali dei LED non sono fornite con una sezione di valori assoluti per le modalità operative a impulsi. Anche se, è vero, esiste un parametro (Ipr imp), ma per quale durata dell'impulso è rilevante - non è chiaro, per quale ciclo di lavoro dell'effetto è applicabile, si può anche solo indovinare.
Il punto è....
Il fatto è che la giunzione p-n di un semiconduttore, quando funziona con corrente alternata (a impulsi), funziona con un carico variabile. I periodi attuali che provocano il riscaldamento e il funzionamento del LED mediante l'emissione di onde luminose vengono sostituiti da pause di riposo (durante le quali non scorre corrente attraverso la giunzione) e in cui il semiconduttore si raffredda. E la questione qui non è tanto il valore assoluto della corrente attraverso il semiconduttore, ma piuttosto se il semiconduttore avrà il tempo di raffreddarsi abbastanza durante la pausa senza corrente per compensare il riscaldamento avvenuto durante il periodo corrente. Quelli. prevenire il cedimento termico.
Qui, voglio ricordare la “fisica” del guasto dei semiconduttori. Ciò ci consentirà di comprendere l'essenza dei processi in corso. Lei, la fisica, è generalmente nota, ma sempre con le sue stesse parole: la durata di qualsiasi dispositivo è determinata dalla sua tolleranza ai guasti. I guasti dei diodi durante il normale funzionamento si verificano in caso di guasto termico o elettrico.
Il guasto elettrico, di norma, si verifica quando viene superata la tensione inversa consentita (Urev). In questo caso il diodo perde la proprietà di conduttività unidirezionale e inizia a condurre in entrambe le direzioni. Nella maggior parte dei casi il guasto elettrico è reversibile e la funzionalità del dispositivo viene ripristinata.
Ma il guasto termico, al contrario, è irreversibile e si verifica quando c'è un eccesso di corrente nella direzione diretta (meno spesso inversa, che si verifica dopo un guasto elettrico) e comporta un cambiamento distruttivo nel cristallo del semiconduttore a seguito di una forte corrente locale surriscaldamento p-n transizione, incapace di attraversare se stessa gran numero particelle cariche.
Il punto qui è che finché non vengono create le condizioni affinché si verifichi la rottura termica, il semiconduttore funziona. Ribadisco che in generale non ha importanza quale sia il valore assoluto della corrente che lo attraversa. Può essere molto grande! La cosa principale è che il nostro diodo non ha il tempo di surriscaldarsi. Il passaporto di qualsiasi diodo indica due parametri massimi consentiti: corrente diretta massima Ipr mzx e tensione inversa massima U arr max, per l'esposizione a lungo termine alla corrente continua, che quando condizioni standard si garantisce che il funzionamento non comporti guasti elettrici o termici.
Pertanto, per studiare il grado di influenza della tensione alternata sui LED, partiremo dal postulato che qualsiasi corrente pulsata a lungo termine può essere portata a un valore di corrente continua al quale il lavoro svolto dal LED sotto l'influenza della corrente pulsata sarà identico a lavorare con corrente costante.
Come valutiamo il lavoro prodotto da un LED? Sì, molto semplice. Il LED, sotto l'influenza della corrente che lo attraversa, lavora per rilasciare energia luminosa e calore. E possiamo misurare e confrontare molto facilmente questi due parametri per entrambi i tipi di corrente, il che significa che possiamo determinare quanto il LED carica la tensione di uscita ET rispetto a uno stabilizzatore standard da 12 V.
Per valutare l'energia luminosa emessa da una sezione operativa separata della striscia LED, ho misurato la dipendenza dell'illuminazione dalla tensione di alimentazione. L'illuminazione è stata misurata ad una distanza di 10 cm dagli emettitori (Fig. 7).
Quindi, su in questa fase, abbiamo tutto pronto per avere una risposta alla seconda e alla terza domanda della nostra ricerca.
Cominciamo.
Innanzitutto, esaminiamo la tensione di uscita del nostro ET: Dirò subito che è impossibile utilizzare un tester amperometro-voltmetro elettronico domestico per misurare l'ampiezza di una tensione di questa forma. È progettato per misurare oscillazioni strettamente armoniche, ma nel nostro caso mentirà molto, perché abbiamo a che fare con una tensione impulsiva alternata modulata in ampiezza da una corrente a doppia frequenza industriale. Frequenza di modulazione 100 Hz, frequenza di riempimento: 10 KHz – onda quadra bidirezionale, ampiezza del segnale Ua = 18 Volt. L'oscilloscopio non ha rilevato singoli picchi con ampiezza superiore a 18 V. Poiché il riempimento è un meandro, il valore efficace della tensione sarà interamente soggetto alla legge del segnale modulante, e quindi nel nostro caso Uact = Uа/√2 = 18/1,41 = 12,7 V. Ecco perché la scheda tecnica del veicolo elettrico indica che la tensione di uscita è di ~12V.
Osservando i diagrammi e confrontandoli con le caratteristiche prestazionali e le caratteristiche corrente-tensione, diventa chiaro che quando la corrente continua agisce sul LED, difficilmente andremo oltre i parametri consentiti. Linea limite rivendicata corrente impulsiva per un singolo LED a 60 mA è ottenibile solo con Upr > 3,9 V, cioè quando la tensione di alimentazione sul nastro è superiore a 20 V (vedi caratteristiche corrente-tensione), ma, come vediamo, non raggiungiamo ancora tali valori. D'altra parte, è facile vedere che la durata dell'esposizione a una tensione superiore ai 15,5 V menzionati e completamente sicuri (alla quale la corrente attraverso il LED non è superiore a 30 mA) non supera l'8% della potenza totale tempo di fornitura dal veicolo elettrico in questione. Penso che questo non sia affatto pericoloso per il diabete. OK. Ricordiamolo. Lo controlleremo un po' più tardi.
Ora stimiamo se andremo oltre i limiti di tensione inversa consentiti anche se esposti a una tensione di semiciclo inverso. In questo caso, la resistenza R nella terna può essere trascurata, Ua (18 V) sarà distribuita uniformemente sui LED nella terna e il valore di ampiezza della tensione ai capi del diodo sarà 6 V, che è superiore a quello dichiarato 5 V. Ma anche in questo caso la durata dell'eccesso non supererà l'8% del tempo di funzionamento totale del LED, e la seconda cosa che mi ha davvero confuso è che la tensione inversa consentita in tutte le schede tecniche è molto sospetta la stessa per diverse serie di LED. È sempre uguale a 5V. OK. Ricordiamolo e cominciamo a trarre i primi risultati.
Quindi, in teoria, con un semiciclo diretto non dovremmo superare le correnti dirette per il LED, e con un semiciclo inverso, l'eccesso della tensione inversa ammissibile dichiarata è piccolo, sia in termini di durata dell'esposizione che in termini di valore assoluto.
Bene, ora è il momento di mettere alla prova le nostre conclusioni nella pratica. Valutiamo praticamente la resa luminosa e termica. Se la luce e il calore generati dal nastro non superano quelli rilasciati quando alimentato da una fonte di alimentazione standard per nastri LED, la nostra conclusione teorica positiva sarà confermata.
Dopo aver alimentato il nastro dall'ET in modalità controparallela, misuriamo l'emissione luminosa di una singola sezione di lavoro del nastro da tre emettitori e confrontiamo i valori con la caratteristica in Fig. 7. Il luxmetro registra i valori a 970-990 lux, che corrisponde all'alimentazione del nastro da una sorgente di tensione appena inferiore a 10 V!!! Il riscaldamento del nastro è risultato trascurabile e dopo 1 ora di funzionamento non ha superato i 35 gradi Celsius, ad una temperatura ambiente di 25°C. In condizioni simili, ma con alimentazione DC Upr=12V, il nastro si è riscaldato fino a 49°C e l'illuminazione generata è stata di circa 2000 Lux. Questi risultati indicano chiaramente che, nonostante tutte le esortazioni del marketing, il semiconduttore, quando alimentato da un ET, funziona in modalità sottocarico e difficilmente ci si può aspettare la sua morte imminente. A proposito, guardando la Fig. 9, e dopo aver misurato le aree delle figure in azzurro e colori dei mattoni puoi capire perché i LED si illuminano come se fossero alimentati a 10V. Il fatto è che la figura azzurra caratterizza le condizioni in cui funziona il nastro SD lavoro utile(ricordiamo che questo avviene con Upit > 7 Volt). La cifra marrone chiaro meno la cifra azzurra indica le condizioni in cui il nastro SD è inattivo: non funziona! Il rapporto tra le loro aree è esattamente 10 a 8. Comunque tutto combacia, eheh.
Eppure, sullo sfondo di una risposta positiva alla seconda domanda della nostra ricerca, il pensiero, anche se insignificante, ma comunque superiore alla tensione inversa consentita, non mi ha dato riposo. Insomma, ho deciso di farlo nel modo più duro: ho collegato il nastro ad una fonte di corrente continua e aumentando gradualmente la tensione inversa, ho iniziato ad aspettare che il milliamperometro registrasse un guasto elettrico. Avendo portato la tensione inversa su un LED separato a quasi 20 Volt, non ho ancora ottenuto un guasto. La corrente inversa non ha superato i 15 μA. Dopo aver lasciato tutta questa faccenda per quasi un giorno, ero convinto che non fosse successo nulla agli emettitori e, a quanto pare, non dovrebbe succedere nulla nel prossimo futuro da brevi impulsi di 6 V contro 5 V.
Programma educativo > Vario, ma utile
Come alimentare un LED da una rete 220 V.
Sembrerebbe che tutto sia semplice: mettiamo in serie un resistore e basta. Ma devi ricordare una cosa caratteristica importante LED: tensione inversa massima consentita. Per la maggior parte dei LED si tratta di circa 20 volt. E quando lo colleghi alla rete con polarità inversa (la corrente è alternata, mezzo ciclo va in una direzione e la seconda metà nella direzione opposta), ad essa verrà applicata l'intera tensione di ampiezza della rete - 315 volt ! Da dove viene questa cifra? 220 V è la tensione effettiva, mentre l'ampiezza è (radice di 2) = 1,41 volte maggiore.
Pertanto, per salvare il LED, è necessario posizionare un diodo in serie con esso, che non consentirà il passaggio della tensione inversa.
Un'altra opzione per collegare un LED a un alimentatore da 220 V:
Oppure metti due LED uno dietro l'altro.
L'opzione di alimentazione dalla rete con un resistore di spegnimento non è la più ottimale: attraverso il resistore verrà rilasciata una potenza significativa. Infatti, se utilizziamo una resistenza da 24 kOhm ( corrente massima 13 mA), la potenza dissipata su di esso sarà di circa 3 W. Puoi ridurlo della metà collegando un diodo in serie (quindi il calore verrà rilasciato solo durante un semiciclo). Il diodo deve avere una tensione inversa di almeno 400 V. Quando si accendono due contatori LED (ci sono anche quelli con due cristalli in un unico alloggiamento, solitamente colori diversi, un cristallo è rosso, l'altro è verde), puoi inserire due resistori da due watt, ciascuno con metà della resistenza.
Faccio una prenotazione sul fatto che utilizzando un resistore ad alta resistenza (ad esempio 200 kOhm), è possibile accendere il LED senza un diodo protettivo. La corrente di rottura inversa sarà troppo bassa per causare la distruzione del cristallo. Naturalmente, la luminosità è molto bassa, ma, ad esempio, per accendere un interruttore in una camera da letto al buio, sarà sufficiente.
A causa del fatto che la corrente nella rete è alternata, è possibile evitare inutili sprechi di elettricità riscaldando l'aria con una resistenza limitatrice. Il suo ruolo può essere svolto da un condensatore che fa passare corrente alternata senza riscaldamento. Perché è così è una questione separata, la considereremo più avanti. Ora dobbiamo sapere che affinché un condensatore possa passare corrente alternata, entrambi i semicicli della rete devono attraversarlo. Ma il LED conduce la corrente solo in una direzione. Ciò significa che posizioniamo un diodo normale (o un secondo LED) controparallelo al LED e salterà il secondo semiciclo.
Ma ora abbiamo disconnesso il nostro circuito dalla rete. Sul condensatore è rimasta una certa tensione (fino all'ampiezza completa, se ricordiamo, pari a 315 V). Per evitare scosse elettriche accidentali, forniremo un resistore di scarica di alto valore parallelo al condensatore (in modo che quando funzionamento normale lo attraversava una corrente insignificante, che non lo riscaldava), che, se scollegato dalla rete, scaricava il condensatore in una frazione di secondo. E per la protezione contro gli impulsi corrente di carica Installeremo anche un resistore a bassa resistenza. Svolgerà anche il ruolo di un fusibile, bruciandosi istantaneamente in caso di guasto accidentale del condensatore (niente dura per sempre, e succede anche questo).
Il condensatore deve essere per una tensione di almeno 400 volt o speciale per circuiti a corrente alternata con una tensione di almeno 250 volt.
E se vogliamo farlo Lampadina a LED da diversi LED? Li accendiamo tutti in serie; per tutti è sufficiente un controdiodo.
Il diodo deve essere progettato per una corrente non inferiore alla corrente attraverso i LED, la tensione inversa non inferiore alla somma della tensione attraverso i LED. Meglio ancora, prendi un numero pari di LED e accendili uno dopo l'altro.
Nella figura ci sono tre LED in ogni catena; in realtà ce ne possono essere più di una dozzina.
Come calcolare un condensatore? Dall'ampiezza della tensione della rete 315V sottraiamo la somma della caduta di tensione ai capi dei LED (ad esempio, per tre bianchi questo è di circa 12 volt). Otteniamo la caduta di tensione sul condensatore Up=303 V. La capacità in microfarad sarà uguale a (4,45*I)/Up, dove I è la corrente richiesta attraverso i LED in milliampere. Nel nostro caso, per 20 mA la capacità sarà (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 µF. È possibile posizionare due condensatori da 0,15 µF (150 nF) in parallelo.
Gli errori più comuni quando si collegano i LED
1. Collegare il LED direttamente alla fonte di alimentazione senza limitatore di corrente (resistore o chip driver speciale). Discusso sopra. Il LED si guasta rapidamente a causa della corrente scarsamente controllata.
2. Collegamento dei LED collegati in parallelo a un resistore comune. Innanzitutto, a causa della possibile dispersione dei parametri, i LED si accenderanno con luminosità diversa. In secondo luogo, e cosa più importante, se uno dei LED si guasta, la corrente del secondo raddoppierà e potrebbe anche bruciarsi. Se si utilizza una resistenza, è consigliabile collegare i LED in serie. Quindi, quando calcoliamo il resistore, lasciamo la stessa corrente (ad esempio 10 mA) e sommiamo la caduta di tensione diretta dei LED (ad esempio 1,8 V + 2,1 V = 3,9 V).
3. Accensione dei LED in serie, progettati per correnti diverse. In questo caso, uno dei LED si consumerà o si illuminerà debolmente, a seconda dell'impostazione corrente del resistore limitatore.
4. Installazione di un resistore di resistenza insufficiente. Di conseguenza, la corrente che scorre attraverso il LED è troppo elevata. Perché parte dell'energia è dovuta a difetti reticolo cristallino si trasforma in calore, quindi a correnti elevate diventa eccessivo. Il cristallo si surriscalda, con conseguente riduzione significativa della sua durata. Con un aumento ancora maggiore della corrente dovuto al riscaldamento della regione della giunzione pn, l'efficienza quantica interna diminuisce, la luminosità del LED diminuisce (questo è particolarmente evidente per i LED rossi) e il cristallo inizia a collassare catastroficamente.
5. Collegare il LED ad una rete di corrente alternata (es. 220 V) senza adottare misure per limitare la tensione inversa. Per la maggior parte dei LED, la tensione inversa massima consentita è di circa 2 volt, mentre la tensione di semiciclo inverso quando il LED è bloccato crea una caduta di tensione ai suoi capi pari alla tensione di alimentazione. Esistono molti schemi diversi che eliminano gli effetti distruttivi della tensione inversa. Il più semplice è discusso sopra.
6. Installazione di una resistenza di potenza insufficiente. Di conseguenza, il resistore diventa molto caldo e inizia a sciogliere l'isolamento dei fili che lo toccano. Quindi la vernice brucia e alla fine crolla sotto l'influenza alta temperatura. Un resistore non può dissipare in sicurezza più della potenza per la quale è stato progettato.
LED lampeggianti
Un LED lampeggiante (MSD) è un LED con un generatore di impulsi integrato con una frequenza di lampeggio di 1,5 -3 Hz.
Nonostante la sua compattezza, il LED lampeggiante include un chip generatore a semiconduttore e alcuni altri elementi aggiuntivi. Vale anche la pena notare che il LED lampeggiante è abbastanza universale: la tensione di alimentazione di un tale LED può variare da 3 a 14 volt per quelli ad alta tensione e da 1,8 a 5 volt per quelli a bassa tensione.
Qualità distintive dei LED lampeggianti:
Piccole dimensioni
Dispositivo di segnalazione luminosa compatto
Ampio intervallo di tensione di alimentazione (fino a 14 volt)
Vari colori radiazione.
In alcune versioni di LED lampeggianti è possibile incorporare diversi LED multicolori (solitamente 3) con diverse frequenze di lampeggio.
L'uso di LED lampeggianti è giustificato in dispositivi compatti in cui vengono posti requisiti elevati in termini di dimensioni degli elementi radio e di alimentazione - i LED lampeggianti sono molto economici, perché circuito elettronico L'MSD è realizzato su strutture MOS. Un LED lampeggiante può facilmente sostituire un'intera unità funzionale.
Condizionale designazione grafica LED lampeggiante acceso schemi elettrici non è diverso dalla designazione di un LED convenzionale, tranne per il fatto che le linee delle frecce sono tratteggiate e simboleggiano le proprietà di lampeggiamento del LED.
Se guardate attraverso il corpo trasparente del led lampeggiante noterete che è composto da due parti. Un cristallo di diodi emettitori di luce è posizionato sulla base del catodo (terminale negativo).
Il chip del generatore si trova sulla base del terminale dell'anodo.
Tre ponticelli in filo dorato collegano tutte le parti di questo dispositivo combinato.
È facile distinguere un MSD da un normale LED in base a aspetto, guardando il suo corpo alla luce. All'interno dell'MSD sono presenti due substrati di circa stessa dimensione. Sul primo di essi si trova un cubo cristallino di un emettitore di luce realizzato in una lega di terre rare.
Per ingrandire flusso luminoso Per la focalizzazione e la formazione del fascio viene utilizzato un riflettore parabolico in alluminio (2).
In un MSD ha un diametro leggermente inferiore rispetto a un LED convenzionale, poiché la seconda parte dell'alloggiamento è occupata da un substrato con circuito integrato (3).
Dal punto di vista elettrico i due substrati sono collegati tra loro tramite due ponticelli in filo dorato (4). L'alloggiamento dell'MSD (5) è realizzato in plastica opaca che diffonde la luce o in plastica trasparente.
L'emettitore nell'MSD non si trova sull'asse di simmetria dell'alloggiamento, quindi per garantire un'illuminazione uniforme, viene spesso utilizzata una guida di luce diffusa colorata monolitica. La custodia trasparente si trova solo sugli MSD grandi diametri, avente un diagramma di radiazione stretto.
Il chip del generatore è costituito da un oscillatore principale ad alta frequenza: funziona costantemente, la sua frequenza, secondo varie stime, oscilla intorno a 100 kHz; Un divisore di porta logica funziona insieme al generatore RF, che divide l'alta frequenza ad un valore di 1,5-3 Hz. L'uso di un generatore ad alta frequenza insieme a un divisore di frequenza è dovuto al fatto che l'implementazione di un generatore a bassa frequenza richiede l'uso di un condensatore di grande capacità per il circuito di temporizzazione.
Portare alta frequenza fino al valore di 1-3 Hz si utilizzano divisori su elementi logici su cui è facile posizionarli piccola area cristallo semiconduttore.
Oltre all'oscillatore e al divisore RF principale, è dotato il substrato semiconduttore chiave elettronica e un diodo protettivo. I LED lampeggianti, progettati per una tensione di alimentazione di 3-12 volt, hanno anche un resistore di limitazione integrato. Gli MSD a bassa tensione non hanno un resistore di limitazione. È necessario un diodo protettivo per prevenire il guasto del microcircuito quando l'alimentazione viene invertita.
Per un funzionamento affidabile e a lungo termine degli MSD ad alta tensione, è consigliabile limitare la tensione di alimentazione a 9 volt. All'aumentare della tensione, aumenta la dissipazione di potenza dell'MSD e, di conseguenza, aumenta il riscaldamento del cristallo semiconduttore. Con il passare del tempo, il calore eccessivo può causare il rapido degrado del LED lampeggiante.
Puoi verificare in sicurezza la funzionalità di un LED lampeggiante utilizzando una batteria da 4,5 volt e una resistenza da 51 ohm collegata in serie al LED, con una potenza di almeno 0,25 W.