Jeden z dôležité otázky pri práci s LED je jeho pripojenie k sieti striedavý prúd a vysokého napätia. Je známe, že LED nemôže byť napájaná priamo z 220 V siete. Ako správne zostaviť obvod a poskytnúť napájanie na vyriešenie problému?
Elektrické vlastnosti
Na zodpovedanie vyššie položenej otázky je potrebné študovať elektrické vlastnosti LED.
Jeho prúdovo-napäťová charakteristika je strmá čiara. To znamená, že keď sa napätie zvýši aj o veľmi malé množstvo, prúd cez emitujúci polovodič sa prudko zvýši. Zvýšenie prúdu vedie k zahrievaniu LED, v dôsledku čoho môže jednoducho vyhorieť. Tento problém je vyriešený zahrnutím obmedzovacieho odporu do obvodu.
Pri LED malá hodnota spätné prierazné napätie (asi 20 voltov), takže ho nemožno pripojiť k 220 voltovej sieti striedavého prúdu. Aby sa zabránilo toku prúdu v opačnom smere, je potrebné zaradiť do obvodu diódu alebo zapnúť druhú oproti prvej LED. Zapojenie musí byť paralelné.
Vieme teda, že akýkoľvek obvod na pripojenie LED k 220 V sieti musí obsahovať odpor a usmerňovač, inak nebude možné napájanie.
Prečo je takáto schéma potrebná? V prvom rade pre návrh sieťového indikátora. LED svetlo môže byť vynikajúcim indikátorom, ktorý vám pomôže určiť, či je elektrický spotrebič zapojený alebo nie. Pridáva sa do okruhu vypínačov a zásuviek, aby ste ich ľahko našli v tme.
Takýto indikátor začne svietiť pri napätí len niekoľko voltov. Zároveň spotrebuje minimálne množstvo elektriny vďaka nízkemu (niekoľko míľ ampér) prúdu.
Ktorý odpor by som mal použiť?
Ak chcete vybrať optimálny odpor odporu, musíte použiť Ohmov zákon.
R=(Ugrid-Ul.)/Il.nom.
Predpokladajme, že sme pre indikátor vzali červenú LED s nominálnou hodnotou prúdu 18 mA a napätím vpred 2,0 voltov.
(311-2)/0,018=17167 Ohm=17 kOhm
Vysvetlime si, odkiaľ pochádza číslo 311. Ide o vrchol sínusoidy, pozdĺž ktorej sa mení napätie v našej sieti. Bez toho, aby sme sa dostali do oblasti matematiky so všetkými jej výpočtami, môžeme jednoducho povedať, že špičkové napätie je 220 * √2.
Niekedy existujú obvody, ktoré nemajú usmerňovaciu diódu. V tomto prípade je potrebné niekoľkokrát zvýšiť odpor, aby sa znížil prúd a chránila kontrolka pred vyhorením.
Elementárny obvod indikátora prúdu
Čo je potrebné na výrobu najjednoduchšieho indikátora, ktorý je napájaný z 220 voltovej siete? Tu je zoznam:
- bežná LED dióda ľubovoľnej farby, ktorá sa vám páči;
- odpor od 100 do 200 kOhm (než väčší odpor, tým menej bude žiarovka svietiť);
- dióda so spätným napätím 100 voltov alebo viac;
- spájkovačka s nízkym výkonom, aby nedošlo k prehriatiu LED.
Keďže počet dielov je minimálny, doska sa pri inštalácii nepoužíva. Indikátor je pripojený paralelne k elektrickému spotrebiču.
Pre tých, ktorým sa nechce behať a hľadať diódu, výrobcovia vymysleli hotový dvojfarebný indikátor v podobe dvoch LED diód zabudovaných v jednom kryte iná farba. Zvyčajne je to červené a zelené farby. V tomto prípade sa počet častí obvodu ďalej znižuje.
Existujú aj iné schémy zapojenia, v ktorých je odpor nahradený kondenzátorom alebo sa používajú diódové mostíky, tranzistory atď. dizajnové prvky neboli zavedené, hlavnou úlohou je usmernenie prúdu a jeho zníženie na bezpečnú hodnotu.
Svetelná indikácia je neoddeliteľnou súčasťou elektroniky, pomocou ktorej človek ľahko pochopí aktuálny stav zariadenia. V domácnosti elektronické zariadenia indikačnú úlohu vykonáva LED inštalovaná v sekundárny okruh napájací zdroj, na výstupe z transformátora alebo stabilizátora. V každodennom živote je však aj veľa jednoduchých elektronické návrhy, ktoré nemajú prevodník, indikátor, v ktorom by bol užitočný doplnok. Napríklad LED zabudovaná do kľúča nástenného vypínača by bola vynikajúcou referenciou na umiestnenie vypínača v noci. A LED v tele predlžovačky so zásuvkami bude signalizovať, že je pripojený na 220 V zdroj.
Nižšie uvádzame niekoľko jednoduché obvody, pomocou ktorej aj človek s minimálnymi znalosťami elektrotechniky dokáže pripojiť LED do siete striedavého prúdu.
Schémy zapojenia
LED je typ polovodičové diódy s napájacím napätím a prúdom oveľa nižším ako v domácej elektrickej sieti. O priame spojenie do 220 voltovej siete, okamžite zlyhá. Preto musí byť dióda vyžarujúca svetlo pripojená len cez prvok obmedzujúci prúd. Najlacnejšie a najjednoduchšie zostaviteľné sú obvody so znižovacím prvkom vo forme odporu alebo kondenzátora.
Dôležitým bodom, ktorý musíte venovať pozornosť pri pripájaní LED do siete striedavého prúdu, je obmedzenie spätného napätia. Táto úloha môže byť ľahko vykonaná akoukoľvek kremíkovou diódou navrhnutou pre prúd, ktorý nie je menší ako prúd tečúci v obvode. Dióda je zapojená do série za rezistor alebo s obrátenou polaritou paralelne s LED.
Existuje názor, že je možné urobiť bez obmedzenia spätného napätia, pretože elektrický výpadok nespôsobí poškodenie diódy vyžarujúcej svetlo. Spätný prúd však môže spôsobiť prehriatie p-n križovatka, čo vedie k tepelnému rozpadu a zničeniu kryštálu LED.
Namiesto kremíkovej diódy môžete použiť druhú svetelnú diódu s podobným priepustným prúdom, ktorá je zapojená v obrátenej polarite paralelne s prvou LED.
Nevýhodou odporových obvodov obmedzujúcich prúd je potreba rozptylu veľká sila. Tento problém sa stáva obzvlášť dôležitým pri pripájaní záťaže s veľkou spotrebou prúdu. Tento problém je vyriešený nahradením odporu nepolárnym kondenzátorom, ktorý sa v takýchto obvodoch nazýva predradník alebo zhášanie.
Nepolárny kondenzátor pripojený k AC sieti sa správa ako odpor, ale neodvádza spotrebovaný výkon vo forme tepla.
V týchto obvodoch, keď je napájanie vypnuté, kondenzátor zostáva nevybitý, čo vytvára riziko úrazu elektrickým prúdom. Tento problém je ľahko vyriešený pripojením 0,5-wattového bočného odporu s odporom najmenej 240 kOhm ku kondenzátoru. 
Výpočet odporu pre LED
Vo všetkých vyššie uvedených obvodoch s odporom obmedzujúcim prúd sa odpor vypočíta podľa Ohmovho zákona: R = U/I, kde U je napájacie napätie, I je prevádzkový prúd LED. Výkon rozptýlený rezistorom je P = U * I. Tieto údaje možno vypočítať pomocou.
Dôležité. Ak plánujete použiť obvod v nízkokonvekčnom obale, odporúča sa zvýšiť maximálnu hodnotu straty výkonu rezistora o 30%.
Výpočet zhášacieho kondenzátora pre LED
Výpočet kapacity zhášacieho kondenzátora (v μF) sa vykonáva pomocou nasledujúceho vzorca: C = 3200*I/U, kde I je zaťažovací prúd, U je napájacie napätie. Tento vzorec je zjednodušený, ale jeho presnosť je dostatočná pre obvody zapojenia LED s napájacím napätím do 20 voltov.
Dôležité. Na ochranu obvodu pred napäťovými rázmi a impulzným šumom je potrebné zvoliť zhášací kondenzátor s prevádzkovým napätím najmenej 400 V.
Je lepšie použiť kondenzátor keramický typ K10–17 s prevádzkovým napätím vyšším ako 400 V alebo jeho dovezeným ekvivalentom. Nesmú sa používať elektrolytické (polárne) kondenzátory.
Toto musíte vedieť
Hlavnou vecou je pamätať na bezpečnostné opatrenia. Prezentované obvody sú napájané striedavým napätím 220 V, a preto si pri montáži vyžadujú osobitnú pozornosť.
Pripojenie LED k sieti musí byť vykonané v prísnom súlade so schémou zapojenia. Odchýlka od plánu alebo nedbalosť môže viesť k skrat alebo zlyhanie jednotlivých častí.
Beztransformátorové napájacie zdroje by mali byť zostavené opatrne a nezabudnite, že nemajú galvanická izolácia so sieťou. Hotový obvod musí byť spoľahlivo izolovaný od susedných kovové časti a chránené pred náhodným dotykom. Dá sa demontovať len pri vypnutom napájaní.
Prečítajte si tiež
Pravdepodobne sa nebudem mýliť, ak poviem, že viac ako 90 % obyvateľov Ruska vie čo LED pásy, na otázku „dajú sa transformátory z halogénových žiaroviek použiť na napájanie LED pásikov? Odpovedia "nie, nemôžete!" Najbežnejším vysvetlením bude banálne „elektronický transformátor je striedavý prúd, ale LED diódy potrebujú konštantný prúd“. Presne toto nám hovoria v obchodoch, presne toto je leitmotív drvivej väčšiny “odborných” článkov na túto tému, ktorý vo všeobecnosti naučil ľudí míňať podstatne viac peňazí.
Je to vždy opodstatnené a ako sa LED diódy v najbežnejších LED pásoch skutočne správajú pri napájaní striedavým prúdom, pokúsime sa zistiť v procese čítania tohto článku.
Okamžite urobím výhradu, že na označenie „LED“ budem naďalej používať samozrejmú a úplne prirodzenú skratku LED a zámerne nebudem pre tento koncept používať anglickú technickú skratku LED (Light Emitting Diode). V našej súčasnej krajine nedostatok akéhokoľvek poriadneho technický tréning manažéri a predajcovia v obchodoch už viedli k vyhadzovaniu odpadkov a vzhľadu takého pre technický jazyk neprirodzeného, hlúpeho na počúvanie a hrozného písať kombinácie písmen „led“, „led'ы“, „ice“, alebo ako som nedávno videl v plazivá čiara - „LED LED diódy“ . Nielenže je „maslo – maslové“, len nechcem opakovať a vytvárať tento „zmätok slov“...
Ideovým zdrojom pre napísanie štúdie bola dlhodobá túžba vyvrátiť nepodložené a kategorické tvrdenia o neprípustnosti napájania LED striedavým prúdom. Vo všeobecnosti kontroverznosť tohto tvrdenia určite udrie do očí každému špecialistovi (aj „nešpecialistovi“), ktorý chápe, že LED, hoci vyžaruje svetlo, je v prvom rade DIÓDA. A to znamená, že vyžarujú pod vplyvom striedavé napätie bude tam stále, ale len počas svojho polčasu rozpadu.
V podstate budeme musieť dôsledne odpovedať tri otázky:
1) Bude sa môcť elektrické vozidlo „naštartovať“ pri pripojení záťaže vo forme polovodičových diód;2) Ak sa spustí ET, prekročí sa „premenná“ pulzu elektrický vplyv prípustné parametre jednotlivých LED v páskach. Ak prekročí, ako dlho bude SD v takýchto podmienkach trvať;
3) Čo je ekonomická efektívnosť z použitia ET v návrhoch osvetlenia na LED pásoch.
Takže pred šiestimi mesiacmi som mal vhodnú príležitosť experimentovať.
Potreboval som presvetliť priestor v zásuvkách a stolových skrinkách v mojej dielni. Po vybavení kuchyne mi zostalo 1,2 metra jednofarebnej LED pásky s celkovým výkonom cca 17 W (Aztech 14 Watt/meter) a jedno elektronické trafo z halogénových žiaroviek - EAC 12V 20-60 W, najčastejšie a najlacnejšie, kúpené za 74 rubľov v júli 2014. Na začiatok som na spustenie ET zaťažil obyčajnou 20 W halogénovou žiarovkou a následne som paralelne zapojil všetkých 1,2 metra pásika (obr. 1). Ako sa očakávalo, páska sa rozsvietila. Zároveň bola žiara pásky rovnomerná, s priemerným jasom, bez akéhokoľvek blikania viditeľného pre oko, čo nie je prekvapujúce, pretože Výstupný meander ET je modulovaný podľa okom sotva viditeľnej amplitúdy na frekvencii 100 Hz. Počas experimentu zhasnutie lampy v takomto obvode okamžite viedlo k zastaveniu žiaru LED pásika, čo indikovalo nemožnosť spustenia ET na jedno polvlnové napätie. Potom som pásku rozdelil na dve časti a otočil ich chrbtom k sebe (obr. 2), čo malo podľa plánu zabezpečiť chod koncového stupňa ET v oboch polcykloch. Zároveň, aby sa eliminovala nevyváženosť prúdov v opačnom smere a prehrievanie výstupného vinutia ET v dôsledku vzhľadu konštantnej súčiastky, zabezpečil som zhodnosť (8 W) v počte LED v oboch záťažiach. paže. Ihneď po zapojení podľa tejto schémy (obr. 2) sa transformátor bezpečne dostal do generačného režimu a oba LED pásy sa rovnomerne rozsvietili a nechali 1 hodinu, počas ktorej sa ani oni, ani samotný elektromobil vôbec nezohrievali, čo skôr indikované celkom normálne elektrické režimy než nie.Takže odpoveď na prvú otázku - naštartuje EV pri výmene halogénových žiaroviek za LED - je kladná. Áno, začne to! Ak zabezpečíte spojenie pások chrbtom k sebe ako na obrázku 2.
A pohľad dopredu...
Pri pohľade do budúcnosti poviem, že ako ukázal ďalší experiment, ET s minimálnym štartovacím výkonom 20 W bol úspešne vypustený aj pri celkovom zaťažení LED 10 W (5 W v každom ramene).
Pokračuj. Teraz sa snažíme nájsť odpoveď druhá otázka náš výskum. Teraz nám však samotné experimenty nestačia, budeme potrebovať znalosti z TERCiE (Teória elektrických rádiových obvodov a prvkov), ktoré nám v konečnom dôsledku umožnia predpokladať: je možné napájať SD kazety dlhodobo v tomto režime bez vážneho poškodenie ich trvanlivosti, ak sa vôbec bavíme o poškodení?
Začnime s páskovým zariadením SD. Páska pozostáva z paralelne zapojených pracovných sekcií (obr. 3) troch žiaričov (uvedených v schéme - E), čo sú tri samostatné LED pod spoločnou fosforovou vrstvou. Každá dióda (D v schéme) emitora je zapojená do série v trojiciach s diódami z iných žiaričov a rezistorom, ktorý nastavuje vypočítaný pracovný bod diód (pozri obr. 4).
Rezistor v triáde je zvolený tak, že pri napájaní 12 V a vypočítanom pracovnom bode diódy Upr = 3,3 V, Ipr = 14 mA na ňom zhasne prepätie asi 2 Volty.
Mimochodom, zaujímavé...
Toto usporiadanie triády je spoľahlivé a praktické, pretože ak zlyhá jedna LED dióda v triáde, žiadny z žiaričov sa úplne nevypne, ale bude horieť ďalej, aj keď s o tretinu menšou svietivosťou. Môžete samozrejme vytvoriť triádu založenú na jedinom vysielači (a takéto pásky sú dostupné v predaji). V nich bude pracovnou sekciou, ktorá určuje jeho rezanie, fragment s jedným žiaričom a odporom, ale v tomto prípade zlyhanie jednej LED v triáde povedie k strate žiary celého žiariča, čo bude byť okamžite viditeľný v každej lampe.
Po prehrabaní výrobcov SMD LED je ľahké nájsť a elektrické parametre použité SD:
Na dokončenie štúdie som dodatočne zmeral prúdovo-napäťovú charakteristiku (CVC) pracovnej časti pásky (obr. 5) a jednoduchým prepočtom som získal prúdovo-napäťovú charakteristiku pre samostatnú LED (obr. 6).
Dúfam, že ste...
Dúfam, že nepochybujete o tom, že sa to dalo urobiť fyzicky a výsledky by boli rovnaké.
Obr.5
Charakteristiky prúdového napätia zobrazené na obrázkoch nevyžadujú ďalšie vysvetlenie. Len dodám, že keď je napätie na samostatnej LED dióde nižšie ako 2,35 V, jej žiara úplne chýba, čo zodpovedá napájaciemu napätiu pracovnej oblasti asi 7 V a napájaciemu napätiu 15,5 V na páska je úplne bezpečná, pretože Prúd cez samostatnú LED neprekračuje normálnych prevádzkových 30 mA.
Všetky tieto číselné vyjadrenia prevádzkových parametrov sú však relevantné len pre priamy prúd. Diódu ideme skúšať pri pôsobení striedavého napätia, t.j. impulzné napätie v rôznych smeroch. Pri takejto výžive je to však mimoriadne platné hodnoty Prúdy a napätia na dióde môžu byť niekoľkonásobne, ba aj desaťnásobne väčšie ako limity pre jednosmerný prúd (to je dobre známe a pochybujúci manažéri môžu čítať prednášky o tepelných elektrárňach) - všetko závisí od trvania a frekvencie expozície. Ale tu je problém: výstupné napätie ET má dosť zložitý tvar, ktorý neumožňuje jeho matematicky spoľahlivý popis v rámci tohto článku a výkonové charakteristiky LED diód nie sú vybavené časťou absolútnych hodnôt pre pulzné prevádzkové režimy. Je pravda, že existuje jeden parameter (Ipr imp), ale pre akú dĺžku impulzu je relevantný - nie je jasné, pre aký pracovný cyklus efektu je to použiteľné, možno tiež len hádať.
Celá pointa je.....
Ide o to, že p-n prechod polovodiča pri prevádzke na striedavý (impulzný) prúd pracuje s premenlivým zaťažením. Prúdové periódy, ktoré spôsobujú zahrievanie a prevádzku LED vyžarovaním svetelných vĺn, sú nahradené pokojovými pauzami (počas ktorých prechodom netečie prúd) a v ktorých sa polovodič ochladzuje. A otázkou tu nie je ani tak absolútna hodnota prúdu cez polovodič, ale skôr to, či polovodič stihne dostatočne vychladnúť počas bezprúdovej pauzy, aby kompenzoval zahrievanie, ku ktorému došlo počas aktuálneho obdobia. Tie. zabrániť tepelnému rozpadu.
Tu chcem pripomenúť „fyziku“ zlyhania polovodičov. To nám umožní pochopiť podstatu prebiehajúcich procesov. Ona, fyzika, je všeobecne známa, no stále podľa vlastných slov: odolnosť každého zariadenia je určená jeho odolnosťou voči poruchám. Poruchy diód počas normálnej prevádzky sa vyskytujú v prípade tepelnej alebo elektrickej poruchy.
Elektrický výpadok spravidla nastáva pri prekročení prípustného spätného napätia (Urev). V tomto prípade dióda stratí vlastnosť jednosmernej vodivosti a začne viesť v oboch smeroch. Vo väčšine prípadov je elektrický výpadok reverzibilný a funkčnosť zariadenia je obnovená.
Ale naopak, tepelný rozpad je nezvratný a nastáva, keď je nadmerný prúd v doprednom (menej často spätnom, ku ktorému dochádza po elektrickom prieraze) smere a má za následok deštruktívnu zmenu polovodičového kryštálu v dôsledku silného lokálneho prehrievanie p-n prechod, neschopný prejsť cez seba veľké množstvo nabité častice.
Ide o to, že kým sa nevytvoria podmienky na to, aby došlo k tepelnému rozpadu, polovodič funguje. Opakujem, že vo všeobecnosti je jedno, akú absolútnu hodnotu má prúd, ktorý ním preteká. Môže to byť veľmi veľké! Hlavná vec je, že naša dióda nemá čas na prehriatie. Pas pre akúkoľvek diódu označuje dva maximálne prípustné parametre: Maximálny dopredný prúd Ipr mzx a Maximálne spätné napätie U arr max, pre dlhodobé vystavenie jednosmernému prúdu, ktorý pri štandardné podmienky je zaručené, že prevádzka nepovedie k elektrickému alebo tepelnému výpadku.
Preto, aby sme študovali mieru vplyvu striedavého napätia na LED diódy, vychádzame z postulátu, že akýkoľvek dlhodobý impulzný prúd môže byť privedený na hodnotu jednosmerného prúdu, pri ktorej je práca vykonaná LED pod vplyvom impulzného prúdu bude identická s prácou s konštantným prúdom.
Ako hodnotíme prácu produkovanú LED? Áno, veľmi jednoduché. LED dióda pod vplyvom prúdu, ktorý ňou preteká, uvoľňuje svetelnú energiu a teplo. A tieto dva parametre vieme veľmi jednoducho zmerať a porovnať pre oba typy prúdu, čiže vieme určiť, ako veľmi LED zaťažuje výstupné napätie ET v porovnaní so štandardným 12 V stabilizátorom.
Pre vyhodnotenie svetelnej energie vyžarovanej samostatnou pracovnou časťou LED pásika som zmeral závislosť osvetlenia od napájacieho napätia. Osvetlenie bolo merané vo vzdialenosti 10 cm od žiaričov (obr. 7).
Teda na v tomto štádiu, máme všetko pripravené, aby sme dostali odpoveď na druhú a tretiu otázku nášho výskumu.
Začnime.
Najprv sa pozrime na výstupné napätie nášho ET: Hneď poviem, že na meranie amplitúdy napätia tejto formy nie je možné použiť domáci elektronický tester ampérvoltmetra. Je určený na meranie striktne harmonických kmitov, ale v našom prípade bude veľmi ležať, pretože máme do činenia so striedavým impulzným napätím modulovaným v amplitúde prúdom dvojnásobnej priemyselnej frekvencie. Modulačná frekvencia 100 Hz, plniaca frekvencia: 10 KHz – obojsmerná obdĺžniková vlna, amplitúda signálu Ua = 18 Voltov. Osciloskop nezistil žiadne jednotlivé hroty s amplitúdou väčšou ako 18 V. Keďže náplňou je meander, hodnota efektívneho napätia bude úplne podliehať zákonu modulačného signálu, a teda v našom prípade Uact = Uа/√2 = 18/1,41 = 12,7 V. Preto je v údajovom liste elektrického vozidla uvedené výstupné napätie ~12V.
Pri pohľade na diagramy a ich porovnaní s výkonnostnými charakteristikami a charakteristikami prúdového napätia je zrejmé, že keď na LED pôsobí jednosmerný prúd, je nepravdepodobné, že prekročíme prípustné parametre. Nárokovaná limitná čiara impulzný prúd pre jednu LED pri 60 mA je dosiahnuteľná len pri Upr > 3,9 V, t.j. keď je napájacie napätie na páske viac ako 20 V (pozri charakteristiku prúdového napätia), ale ako vidíme, stále takéto hodnoty nedosahujeme. Na druhej strane je dobre vidieť, že trvanie vystavenia napätiu nad spomínaných a úplne bezpečných 15,5 V (pri ktorom prúd cez LED nepresahuje 30 mA) nie je viac ako 8 % z celkového výkonu. doba dodávky z predmetného EV. Myslím, že to nie je pre cukrovku nebezpečné. OK. Spomeňme si. Skontrolujeme to o niečo neskôr.
Teraz odhadnime, či prekročíme prípustné limity spätného napätia, aj keď budeme vystavení spätnému napätiu s polovičným cyklom. V tomto prípade možno odpor R v triáde zanedbať, Ua (18V) bude rovnomerne rozložené po LED v triáde a hodnota amplitúdy napätia na dióde bude 6 V, čo je viac ako deklarovaná hodnota. 5V. Trvanie prekročenia však opäť nepresiahne 8% celkovej doby prevádzky LED a druhá vec, ktorá ma skutočne zmiatla, je, že prípustné spätné napätie vo všetkých technických listoch je veľmi podozrivo rovnaké pre rôzne série LED. Vždy sa rovná 5V. OK. Pamätajme na to a začnime kresliť prvé výsledky.
Teoreticky by sme teda pri doprednom polovičnom cykle nemali prekračovať dopredné prúdy pre LED a pri reverznom polovičnom cykle je prekročenie deklarovaného prípustného spätného napätia malé, a to ako z hľadiska trvania expozície, tak aj z hľadiska absolútna hodnota.
Teraz je čas otestovať naše závery v praxi. Poďme prakticky zhodnotiť svetelný a tepelný výkon. Ak svetlo a teplo generované páskou nepresiahnu tie, ktoré sa uvoľňujú pri napájaní zo štandardného zdroja energie pre LED pásky, potom sa náš pozitívny teoretický záver potvrdí.
Po napájaní pásky z ET v kontraparalelnom režime meriame svetelný výkon jednej pracovnej časti pásky z troch žiaričov a porovnávame hodnoty s charakteristikou na obr. 7. Luxmeter zaznamenáva hodnoty 970-990 luxov, čo zodpovedá napájaniu pásky zo zdroja napätia tesne pod 10 V!!! Zahriatie pásky sa ukázalo ako zanedbateľné a po 1 hodine prevádzky nepresiahlo 35 stupňov Celzia, pri teplote okolia 25°C. Za podobných podmienok, ale s jednosmerným prúdom Upr=12V, sa páska zahriala na 49°C a generované osvetlenie bolo asi 2000 Lux. Tieto výsledky jasne naznačujú, že napriek všetkým marketingovým výzvam, polovodič, keď je napájaný ET, pracuje v režime nedostatočnej záťaže a len ťažko možno očakávať jeho bezprostrednú smrť. Mimochodom, pri pohľade na obr. 9 a po zmeraní plôch obrázkov svetlomodrou a tehlové farby môžete pochopiť, prečo LED diódy svietia, ako keby boli napájané 10V. Faktom je, že svetlomodrá postava charakterizuje podmienky, v ktorých SD páska funguje užitočná práca(nezabudnite, že sa to stane pri Upit > 7 voltov). Svetlohnedá postava mínus svetlomodrá sú podmienky, za ktorých je SD páska nečinná - nefunguje! Pomer ich plôch je presne 10 ku 8. Všetko do seba však zapadá, hehe.
A predsa, na pozadí kladnej odpovede na druhú otázku nášho výskumu, mi myšlienka na, aj keď nevýznamne, ale predsa len prekročenie prípustného spätného napätia, nedala pokoj. Stručne povedané, rozhodol som sa to urobiť tvrdo: Pripojil som pásku k zdroju jednosmerného prúdu a postupne som zvyšoval spätné napätie, začal som čakať, kým miliampérmeter zaznamená elektrický výpadok. Po privedení spätného napätia na samostatnej LED na takmer 20 voltov som stále nedosiahol poruchu. Spätný prúd nepresiahol 15 μA. Keď som to celé nechal takmer deň, bol som presvedčený, že žiaričom sa nič nestalo a zrejme by sa v dohľadnej dobe nemalo nič stať z krátkych impulzov 6V verzus 5V.
Vzdelávací program > Rôzne, ale užitočné
Ako napájať LED zo siete 220 V.
Zdalo by sa, že všetko je jednoduché: vložíme rezistor do série a to je všetko. Musíte si však uvedomiť jednu vec dôležitá charakteristika LED: maximálne prípustné spätné napätie. Pre väčšinu LED je to asi 20 voltov. A keď ho pripojíte k sieti s obrátenou polaritou (prúd je striedavý, polovica cyklu ide jedným smerom a druhá polovica opačným smerom), použije sa naň plné amplitúdové napätie siete - 315 voltov ! Odkiaľ pochádza tento údaj? 220 V je efektívne napätie, pričom amplitúda je (odmocnina z 2) = 1,41-krát väčšia.
Preto, aby ste ušetrili LED, musíte s ňou umiestniť diódu do série, ktorá nedovolí, aby k nej prešlo spätné napätie.
Ďalšia možnosť pripojenia LED na 220V zdroj:
Alebo umiestnite dve LED diódy chrbtom k sebe.
Možnosť napájania zo siete so zhášacím odporom nie je najoptimálnejšia: cez odpor sa uvoľní významný výkon. Skutočne, ak použijeme odpor 24 kOhm ( maximálny prúd 13 mA), potom bude na ňom rozptýlený výkon asi 3 W. Môžete ho znížiť na polovicu zapojením diódy do série (potom sa teplo uvoľní len počas jedného polcyklu). Dióda musí mať spätné napätie aspoň 400 V. Keď rozsvietite dve LED diódy počítadla (sú aj tie s dvoma kryštálmi v jednom puzdre, zvyčajne rôzne farby, jeden kryštál je červený, druhý zelený), môžete dať dva dvojwattové odpory, každý s polovičným odporom.
Urobím výhradu, že pomocou vysokoodporového odporu (napríklad 200 kOhm) môžete zapnúť LED bez ochrannej diódy. Spätný prierazný prúd bude príliš nízky na to, aby spôsobil zničenie kryštálu. Jas je samozrejme veľmi nízky, ale napríklad na osvetlenie vypínača v spálni v tme to bude úplne stačiť.
Vďaka tomu, že prúd v sieti je striedavý, vyhnete sa zbytočnému plytvaniu elektrickou energiou na ohrev vzduchu pomocou obmedzovacieho odporu. Jeho úlohu môže hrať kondenzátor, ktorý prechádza striedavým prúdom bez zahrievania. Prečo je to tak, je samostatná otázka, zvážime ju neskôr. Teraz musíme vedieť, že na to, aby kondenzátor prešiel striedavým prúdom, musia ním prejsť oba polcykly siete. Ale LED vedie prúd iba v jednom smere. To znamená, že umiestnime bežnú diódu (alebo druhú LED) protibežne k LED a preskočí druhú polovicu cyklu.
Teraz sme však náš okruh odpojili od siete. Na kondenzátore zostalo nejaké napätie (až do plnej amplitúdy, ak si pamätáme, rovná sa 315 V). Aby sa predišlo náhodnému úrazu elektrickým prúdom, poskytneme vysokohodnotný vybíjací odpor paralelne ku kondenzátoru (takže keď normálna operácia pretekal ním nepatrný prúd, ktorý nespôsobil jeho zahrievanie), ktorý po odpojení od siete vybije kondenzátor za zlomok sekundy. A na ochranu pred impulzmi nabíjací prúd Nainštalujeme aj rezistor s nízkym odporom. Bude tiež hrať úlohu poistky, ktorá sa okamžite vyhorí v prípade náhodného zlyhania kondenzátora (nič netrvá večne a to sa tiež stáva).
Kondenzátor musí byť na napätie najmenej 400 voltov alebo špeciálny pre obvody so striedavým prúdom s napätím najmenej 250 voltov.
A ak chceme urobiť LED žiarovka z niekoľkých LED? Všetky zapíname sériovo, na všetky stačí jedna počítacia dióda.
Dióda musí byť navrhnutá pre prúd, ktorý nie je menší ako prúd cez LED, spätné napätie - nie menšie ako súčet napätia cez LED. Ešte lepšie je, že vezmite párny počet LED a zapnite ich chrbtom k sebe.
Na obrázku sú v každom reťazci tri LED diódy, v skutočnosti ich môže byť viac ako tucet.
Ako vypočítať kondenzátor? Od amplitúdového napätia siete 315V odčítame súčet úbytku napätia na LED diódach (napr. tri biele toto je približne 12 voltov). Dostaneme úbytok napätia na kondenzátore Up=303 V. Kapacita v mikrofaradoch sa bude rovnať (4,45*I)/Up, kde I je požadovaný prúd cez LED v miliampéroch. V našom prípade pre 20 mA bude kapacita (4,45*20)/303 = 89/303 ~= 0,3 µF. Paralelne môžete umiestniť dva kondenzátory 0,15 µF (150 nF).
Najčastejšie chyby pri pripájaní LED diód
1. Pripojte LED priamo k zdroju napájania bez obmedzovača prúdu (rezistor alebo špeciálny čip ovládača). Diskutované vyššie. LED rýchlo zlyhá kvôli zle riadenému prúdu.
2. Zapojenie LED diód zapojených paralelne na spoločný odpor. Po prvé, kvôli možnému rozptylu parametrov sa LED diódy rozsvietia rôznym jasom. Po druhé, a čo je dôležitejšie, ak jedna z LED zlyhá, prúd druhej sa zdvojnásobí a môže sa tiež spáliť. Ak použijete jeden odpor, je vhodnejšie zapojiť LED diódy do série. Potom pri výpočte odporu necháme prúd rovnaký (napríklad 10 mA) a pripočítame dopredný pokles napätia LED (napríklad 1,8 V + 2,1 V = 3,9 V).
3. Zapínanie LED v sérii, navrhnuté pre rôzne prúdy. V tomto prípade sa jedna z LED diód buď opotrebuje alebo slabo svieti, v závislosti od aktuálneho nastavenia obmedzovacieho odporu.
4. Inštalácia odporu s nedostatočným odporom. V dôsledku toho je prúd pretekajúci cez LED príliš vysoký. Pretože časť energie je spôsobená poruchami kryštálová mriežka sa mení na teplo, potom pri vysokých prúdoch sa stáva príliš veľa. Kryštál sa prehrieva, v dôsledku čoho sa výrazne znižuje jeho životnosť. Pri ešte väčšom náraste prúdu v dôsledku zahrievania oblasti pn-prechodu klesá vnútorný kvantový výťažok, klesá jas LED (to je badateľné najmä pri červených LED) a kryštál sa začína katastrofálne rúcať.
5. Pripojenie LED k sieti striedavého prúdu (napr. 220 V) bez vykonania opatrení na obmedzenie spätného napätia. Pre väčšinu LED je maximálne prípustné spätné napätie asi 2 volty, zatiaľ čo spätné polovičné napätie, keď je LED uzamknutá, vytvára na nej pokles napätia rovný napájaciemu napätiu. Existuje veľa rôznych schém, ktoré eliminujú deštruktívne účinky spätného napätia. Najjednoduchší z nich je diskutovaný vyššie.
6. Inštalácia nedostatočného výkonového odporu. Výsledkom je, že odpor sa veľmi zahreje a začne taviť izoláciu drôtov, ktoré sa ho dotýkajú. Potom sa na ňom pripáli farba a nakoniec sa pod vplyvom zrúti vysoká teplota. Rezistor môže bezpečne rozptýliť nie viac ako výkon, pre ktorý je navrhnutý.
Blikajúce LED diódy
Blikajúca LED (MSD) je LED so zabudovaným integrovaným generátorom impulzov s frekvenciou záblesku 1,5 -3 Hz.
Napriek svojej kompaktnosti obsahuje blikajúca LED dióda čip polovodičového generátora a niektoré doplnkové prvky. Za zmienku tiež stojí, že blikajúca LED je celkom univerzálna - napájacie napätie takejto LED sa môže pohybovať od 3 do 14 voltov pre vysokonapäťové a od 1,8 do 5 voltov pre nízkonapäťové jednotky.
Charakteristické vlastnosti blikajúcich LED diód:
Malé veľkosti
Kompaktné svetelné signalizačné zariadenie
Široký rozsah napájacieho napätia (až 14 voltov)
Rôzne farbyžiarenia.
V niektorých verziách blikajúcich LED diód môže byť zabudovaných niekoľko (zvyčajne 3) viacfarebné LED diódy s rôznymi frekvenciami blikania.
Použitie blikajúcich LED je opodstatnené v kompaktných zariadeniach, kde sú kladené vysoké nároky na rozmery rádiových prvkov a napájanie - blikajúce LED sú veľmi ekonomické, pretože elektronický obvod MSD je vyrobený na štruktúrach MOS. Blikajúca LED môže ľahko nahradiť celú funkčnú jednotku.
Podmienené grafické označenie blikajúca LED svieti obvodové schémy sa nelíši od označenia bežnej LED, s výnimkou toho, že čiary šípok sú bodkované a symbolizujú vlastnosti blikania LED.
Ak sa pozriete cez priehľadné telo blikajúcej LED diódy, všimnete si, že sa skladá z dvoch častí. Na základni katódy (záporný vývod) je umiestnený kryštál diódy vyžarujúcej svetlo.
Čip generátora je umiestnený na základni anódového terminálu.
Tri zlaté drôtené prepojky spájajú všetky časti tohto kombinovaného zariadenia.
Je ľahké rozlíšiť MSD od bežnej LED pomocou vzhľad, pri pohľade na svoje telo vo svetle. Vo vnútri MSD sú dva substráty približne rovnaká veľkosť. Na prvom z nich je kryštalická kocka žiariča zo zliatiny vzácnych zemín.
Pre zvýšenie svetelný tok, zaostrovanie a tvarovanie lúča sa používa parabolický hliníkový reflektor (2).
V MSD má o niečo menší priemer ako v bežnej LED, pretože druhú časť puzdra zaberá substrát s integrovaný obvod (3).
Elektricky sú oba substráty navzájom spojené dvoma zlatými prepojkami (4). Kryt MSD (5) je vyrobený z matného plastu rozptyľujúceho svetlo alebo priehľadného plastu.
Emitor v MSD nie je umiestnený na osi symetrie puzdra, preto sa na zabezpečenie rovnomerného osvetlenia najčastejšie používa monolitický farebný difúzny svetlovod. Priehľadné puzdro sa nachádza iba na MSD veľké priemery s úzkym vyžarovacím diagramom.
Čip generátora pozostáva z vysokofrekvenčného hlavného oscilátora - pracuje neustále, jeho frekvencia sa podľa rôznych odhadov pohybuje okolo 100 kHz. Spolu s RF generátorom pracuje logický hradlový delič, ktorý rozdeľuje vysokú frekvenciu na hodnotu 1,5-3 Hz. Použitie vysokofrekvenčného generátora v spojení s frekvenčným deličom je spôsobené tým, že realizácia nízkofrekvenčného generátora vyžaduje použitie kondenzátora s veľkou kapacitou pre časový obvod.
Priniesť vysoká frekvencia do hodnoty 1-3 Hz sa používajú deliče na logických prvkoch, ktoré sa dajú jednoducho umiestniť malá plocha polovodičový kryštál.
Okrem hlavného RF oscilátora a deliča je polovodičový substrát vybavený elektronický kľúč a ochrannú diódu. Blikajúce LED diódy, určené pre napájacie napätie 3-12 voltov, majú tiež zabudovaný obmedzovací odpor. Nízkonapäťové MSD nemajú obmedzovací odpor, ochranná dióda je nevyhnutná, aby sa zabránilo poruche mikroobvodu pri zámene napájania.
Pre spoľahlivú a dlhodobú prevádzku vysokonapäťových MSD je vhodné obmedziť napájacie napätie na 9 voltov. So zvyšujúcim sa napätím sa zvyšuje strata výkonu MSD a následne sa zvyšuje zahrievanie polovodičového kryštálu. V priebehu času môže nadmerné teplo spôsobiť rýchle znehodnotenie blikajúcej LED.
Funkčnosť blikajúcej LED môžete bezpečne skontrolovať pomocou 4,5-voltovej batérie a 51-ohmového odporu zapojeného do série s LED, s výkonom najmenej 0,25 W.