Одним з важливих питаньпід час роботи зі світлодіодами є його підключення до мережі змінного струмута високої напруги. Відомо, що світлодіод від мережі 220 безпосередньо харчуватися не може. Як правильно зібрати схему та забезпечити харчування, щоб вирішити проблему?
Електричні властивості
Для відповіді на поставлене питання необхідно вивчити електричні властивостісвітлодіод.
Його вольт-амперна характеристика є крутою лінією. Це означає, що зі збільшенням напруги навіть у дуже малу величину струм через випромінюючий напівпровідник різко зростає. Підвищення струму веде за собою розігрів світлодіода, внаслідок чого він може просто згоріти. Цю проблему вирішують, включаючи ланцюг обмежувальний резистор.
У світлодіода маленьке значеннязворотного пробивного напруги (близько 20 вольт), тому його не можна підключати до мережі 220 вольт зі змінним струмом. Щоб унеможливити протікання струму в протилежному напрямку, в ланцюг необхідно включити діод або назустріч першому світлодіоду включити другий. Підключення має бути паралельним.
Отже, знаємо, що будь-яка схема підключення світлодіода до мережі 220 вольт повинна містити резистор і випрямляч, інакше живлення буде неможливим.
Навіщо потрібна така схема? Насамперед, для конструкції індикатора мережі. Світлодіодна лампочка може бути відмінним індикатором, що допомагає визначати, увімкнено електроприлад у мережу чи ні. Її додають у схему вимикачів та розеток, щоб легко знаходити їх у темряві.
Такий індикатор починає світитися при напрузі всього кілька вольт. При цьому він споживає мінімальну кількість електроенергії за рахунок малого (кілька миль ампер) струму.
Який резистор використати?
Щоб підібрати оптимальний опір резистора, необхідно скористатися законом Ома.
R=(Uсети-Uсв.)/Iсв.ном.
Припустимо, ми взяли для індикатора червоний світлодіод із номінальним значенням струму 18мА та прямою напругою 2,0 Вольт.
(311-2) / 0,018 = 17167 Ом = 17 кОм
Пояснимо, звідки взялося число 311. Це пік синусоїди, за якою змінюється напруга нашої мережі. Не вдаючись у область математики з усіма її обчисленнями, можна сказати, що пікове напруга становить 220*√2.
Іноді зустрічаються схеми, в яких відсутній діод, що випрямляє. У цьому випадку опір необхідно збільшити в кілька разів, щоб зробити струм меншим і убезпечити індикаторну лампочку від перегорання.
Елементарна схема індикатора струму
Що необхідно для виготовлення найпростішого індикатора, у якого живлення походить від мережі 220 вольт? Ось перелік:
- звичайний індикаторний світлодіод будь-якого кольору, який вам подобається;
- резистор від 100 до 200 кОм (ніж більше опір, тим менш яскраво світитиметься лампочка);
- діод із зворотною напругою 100 Вольт або більше;
- малопотужний паяльник, щоб не перегріти світлодіод.
Оскільки кількість деталей мінімальна, плата в монтажі не використовується. Підключення індикатора здійснюється паралельно електроприладу.
Для тих, у кого немає бажання бігати у пошуках діода, виробники придумали готовий двоколірний індикатор у вигляді вбудованих в один корпус двох світлодіодів різного кольору. Зазвичай це червоний і зелений кольори. І тут кількість деталей схеми ще більше зменшується.
Є й інші схеми підключення, в яких резистор замінюють конденсатором або застосовують діодні мости, транзистори тощо. Але які б конструктивні особливостіне вносилися, основним завданням є випрямлення струму та зниження його до безпечної величини.
Світлоіндикація - це невід'ємна частина електроніки, за допомогою якої людина легко розуміє стан приладу. У побутових електронних пристроївроль індикації, виконує світлодіод, встановлений в вторинного ланцюгаживлення, на виході трансформатора чи стабілізатора. Однак у побуті використовується і безліч простих електронних конструкцій, які мають перетворювача, індикатор у яких був би зайвим доповненням. Наприклад, вмонтований у клавішу настінного вимикача світлодіод став би відмінним орієнтиром розташування вимикача вночі. А світлодіод у корпусі подовжувача з розетками сигналізуватиме про наявність його включення до електромережі 220 В.
Нижче представлено декілька простих схем, за допомогою яких навіть людина з мінімальним запасом знань електротехніки зможе підключити світлодіод до мережі змінного струму.
Схеми підключення
Світлодіод – це різновид напівпровідникових діодівз напругою та струмом живлення набагато меншим, ніж у побутовій електромережі. При прямому підключенніу мережу 220 вольт, він миттєво вийде з ладу. Тому світловипромінюючий діод обов'язково підключається лише через струмообмежуючий елемент. Найбільш дешевими і простими у складанні є схеми з понижувальним елементом у вигляді резистора або конденсатора.
Важливий момент, на який потрібно звернути увагу при підключенні світлодіода до мережі змінного струму – це обмеження зворотної напруги. З цим завданням легко справляється будь-який кремнієвий діод, розрахований на струм не менше, ніж тече в ланцюгу. Підключається діод послідовно після резистора або зворотною полярністю паралельно світлодіоду.
Існує думка, що можна обійтися без обмеження зворотної напруги, так як електричний пробій не викликає пошкодження світлодіода. Однак зворотний струм може спричинити перегрів p-n переходу, внаслідок чого станеться тепловою пробою та руйнування кристала світлодіода.
Замість кремнієвого діода можна використовувати другий світловипромінюючий діод з аналогічним прямим струмом, який підключається зворотною полярністю паралельно першому світлодіоду.
Негативною стороною схем із струмообмежуючим резистором є необхідність у розсіюванні великої потужності. Ця проблема стає особливо актуальною у разі підключення навантаження з великим споживаним струмом. Вирішується дана проблема шляхом заміни резистора на неполярний конденсатор, який у подібних схемах називають баластним або гасить.
Включений у мережу змінного струму неполярний конденсатор, поводиться як опір, але не розсіює споживану потужність у вигляді тепла.
У даних схемах, при вимкненні живлення, конденсатор залишається не розрядженим, що створює загрозу ураження електричним струмом. Дана проблема легко вирішується шляхом підключення до конденсатора резистора шунтуючого потужністю 0,5 ват з опором не менше 240 кОм. 
Розрахунок резистора для світлодіода
У всіх вище представлених схемах з струмообмежуючим резистором розрахунок опору здійснюється згідно із законом Ома: R = U/I, де U – це напруга живлення, I – робочий струм світлодіода. Розсіювана резистором потужність дорівнює P = U * I. Ці дані можна розрахувати за допомогою.
Важливо. Якщо планується використовувати схему в корпусі з низькою конвекцією, рекомендується збільшити максимальне значення потужності, що розсіюється резистором, на 30%.
Розрахунок конденсатора, що гасить, для світлодіода.
Розрахунок ємності конденсатора, що гасить (в мкФ) проводиться за такою формулою: C = 3200 * I / U, де I - це струм навантаження, U - напруга живлення. Ця формулає спрощеною, але її точності достатньо для схем підключення світлодіодів із напругою живлення до 20 вольт.
Важливо. Для захисту схеми від перепадів напруги та імпульсних перешкод, конденсатор, що гасить, потрібно вибирати з робочою напругою не менше 400 В.
Конденсатор краще використовувати керамічний типуК10-17 з робочою напругою понад 400 В або його імпортний аналог. Не можна використовувати електролітичні (полярні) конденсатори.
Це потрібно знати
Головне – це пам'ятати про техніку безпеки. Подані схеми живляться від 220 В мережі змінного струму, тому вимагають під час збирання особливої уваги.
Підключення світлодіода до мережі має здійснюватися у чіткій відповідності до принципової схеми. Відхилення від схеми або недбалість може призвести до короткому замиканнюабо виходу з експлуатації окремих деталей.
Збирати безтрансформаторні джерела живлення слід уважно та пам'ятати, що вони не мають гальванічної розв'язкиз мережею. Готова схема має бути надійно ізольована від сусідніх металевих деталейта захищена від випадкового дотику. Демонтувати її можна лише з вимкненою напругою живлення.
Читайте також
Напевно, не помилюся, якщо скажу, що понад 90% росіян знають, що таке світлодіодні стрічки, на запитання «Чи можна трансформатори від „галогенок“ використовувати для живлення світлодіодних стрічок?» дадуть відповідь «ні, не можна!». Найпоширенішим поясненням стане банальне «електронний трансформатор – це змінний струм, а світлодіодам потрібен постійний». Саме так нам говорять у магазинах, саме такий лейтмотив мають переважну більшість «професійних» статей на цю тему, чим загалом і привчили людей витрачати помітно більше грошей.
Чи завжди це виправдано і як насправді поводяться світлодіоди в найпоширеніших СД стрічках при живленні змінним струмом ми і спробуємо дізнатися у процесі читання цієї статті.
Відразу зазначу, що для позначення «світлодіод» я і далі застосовуватиму само собою напрошується і цілком природне скорочення ЦД і навмисно не використовуватиму для цього поняття англійську технічну абревіатуру LED (Light Emitting Diode). У нашій нинішній країні відсутність будь-якої належної технічної підготовкименеджерів і продавців у магазинах вже призвело до засмічення та появи таких неприродних для технічної мови, юродивих для слуху та жахливих у написанні буквосполучень «льоди», «led'и», «льодові», або як нещодавно побачив рядком, що біжить - «LEDові світлодіоди» . Мало того, що «масло – олійне», я просто вторити і плодити це «словомуття» не хочу…
Ідейним джерелом написання дослідження стало давнє бажання спростувати необґрунтовані та безапеляційні твердження про неприпустимість живлення ЦД змінним струмом. Загалом спірність цього твердження напевно впадає у вічі будь-якому фахівцю (а також і «неспеціалісту»), який розуміє, що світлодіод, хоч і випромінює світло, є перш за все – ДІОД. А це означає, що випромінювати під впливом змінної напругивін все ж таки буде, але тільки в свій напівперіод.
По суті, нам необхідно буде послідовно відповісти на три питання:
1) Чи зможе ЕТ «запуститись» при підключенні навантаження у вигляді напівпровідникових діодів;2) Якщо ЕТ запуститься, чи не перевищить імпульсне «змінне» електричний впливдопустимих параметрів окремих ЦД у стрічок. Якщо все ж таки перевищить, то як довго протягне ЦД у таких умовах;
3) Яка економічна ефективністьвід використання ЕТ у конструкціях освітлення на світлодіодних стрічках.
Отже, півроку тому у мене якраз нагодився зручний для експериментів випадок.
Мені треба було висвітлити простір у ящиках та тумбах столів моєї майстерні. Після обладнання кухні в моєму розпорядженні залишилося 1,2 метра одноколірної СД стрічки загальною потужністю близько 17 Вт (Aztech 14Ват/метр) та один електронний трансформатор від «галогенок» - EAC 12V 20-60Вт, найпоширеніший і найдешевший, куплений за 74 руб. липні 2014 року. Для початку, щоб запустити ЕТ, я навантажив його звичайною галогеновою лампою 20 Вт, а потім паралельно підключив усі 1,2 метри стрічки (Мал. 1). Як і очікувалося, стрічка спалахнула. У цьому світіння стрічки було рівномірним, середньої яскравості, без якогось помітного оку мерехтіння, що не дивно, т.к. вихідний меандр ЕТ промодульований по амплітуді малопомітному оку частою 100Гц. У ході експерименту відключення лампи в такій схемі відразу призводило до припинення світіння СД стрічки, що говорило про неможливість запуску ЕТ на одній напівхвилі напруги. Тоді я розбив стрічку на дві ділянки та включив їх зустрічно-паралельно (Рис.2), що за задумом мало забезпечити роботу вихідного каскаду ЕТ на обох напівперіодах. При цьому, щоб виключити перекіс струмів протилежного напряму та перегрів вихідної обмотки ЕТ від появи постійної складової, я забезпечив рівність (по 8 Вт) кількості ЦД в обох плечах навантаження. Відразу після підключення за такою схемою (Рис.2) трансформатор благополучно вийшов на режим генерації, а обидві світлодіодні стрічки рівномірно запалилися і були залишені на 1 годину, за яку ні вони, ні сам ЕТ зовсім не нагрілися, що свідчило швидше про цілком нормальні електричних режимахчим ні.Отже, відповідь на перше запитання, чи запуститься ЕТ при заміні галогенових ламп на світлодіод – позитивна. Так, запуститься! Якщо забезпечити зустрічно-паралельне увімкнення стрічок як на Рисунку 2.
І забігаючи наперед...
Забігаючи вперед, скажу, що як показав подальший експеримент, ЕТ з мінімальною паспортною потужністю запуску в 20 Вт, благополучно запускався навіть при 10 Вт сумарного світлодіодного навантаження (по 5 Вт в кожному плечі).
Йдемо далі. Тепер пробуємо знайти відповідь на друге питаннянашого дослідження. Але зараз нам одних дослідів мало, потрібно знання з ТЕРЦіЕ (Теорії електро-радіоланцюгів та елементів), яке в результаті дозволить нам припустити: чи можна довгостроково живити ЦД стрічки в такому режимі без серйозної шкоди для їхньої довговічності, якщо взагалі міркувати про шкоду?
Почнемо з пристрою ЦД стрічки. Стрічка складається із з'єднаних паралельно робочих ділянок (Рис.3) з трьох випромінювачів (позначені на схемі - E), що являють собою три окремих світлодіоди під загальним шаром люмінофора. Кожен діод (на схемі - D) випромінювача послідовно з'єднаний у тріади з діодами з інших випромінювачів та резистором, що встановлює розрахункову робочу точку діодів (див. рис. 4).
Резистор у тріаді підібраний таким чином, щоб при живленні від 12 В і розрахункової робочої точки діода Uпр =3,3 В, Iпр = 14 мА на ньому гасився надлишок напруги близько 2 Вольт.
Між іншим, цікаво...
Таке компонування тріади надійне і практичне, бо у разі виходу з ладу одиночного ЦД у тріаді, жоден з випромінювачів повністю не відключиться, а продовжить горіти, хоч і з меншою на третину яскравістю. Можна, звичайно, створити тріаду на базі одиночного випромінювача (і такі стрічки зустрічаються у продажу). Вони, робочим ділянкою визначальним її нарізку буде фрагмент з одиночним випромінювачем і резистором, але у разі, вихід із ладу одиночного СД в тріаді призведе до втрати світіння цілим випромінювачем, що відразу помітно у будь-якому світильнику.
Покопавшись у виробників SMD світлодіодів нескладно знайти і електричні параметризастосованих ЦД:
Для повноти отриманого дослідження я додатково зняв вольтамперну характеристику (ВАХ) робочої ділянки стрічки (Рис.5), а шляхом нескладного перерахунку отримав ВАХ для окремого ЦД (Рис.6).
Сподіваюся ви...
Сподіваюся ви не сумніваєтеся, що це можна було зробити і фізично, і результати збіглися б.
Рис.5
Наведені на малюнках ВАХ не потребують додаткових пояснень. Додам тільки, що при напрузі менше 2,35 на окремому ЦД його свічення повністю відсутня, що відповідає напрузі живлення робочої ділянки близько 7 В., а напруга живлення в 15,5 Вольт на стрічці є повністю безпечним, т.к. Струм через окремий світлодіод не перевищує нормальних експлуатаційних 30 мА.
Однак ці чисельні висловлювання робочих параметрів актуальні лише для постійного струму. Ми збираємося відчувати діод за впливом змінної напруги, тобто. імпульсної напруги різних напрямків. Однак при такому харчуванні гранично допустимі значенняструмів і напруг на діоді можуть бути в рази, а то і в десятки разів більше меж для постійного струму (це загальновідомо і менеджери, що сумніваються, можуть почитати лекції з ТЕРЦ) - все залежить від тривалості і періодичності впливу. Але біда: вихідна напруга ЕТ має достатньо складну форму, що дозволяє математично достовірно описати їх у межах цієї статті, а ТТХ на світлодіоди не забезпечені розділом абсолютних значень для імпульсних режимів роботи. Хоча там, правда, є один параметр (Iпр імп), але для якої тривалості імпульсу він актуальний - не ясно, для якої шпаруватості впливу це можна застосувати, теж можна тільки здогадуватися.
Вся справа в тому.
Вся справа в тому, що p-n перехід напівпровідника під час роботи від змінного (імпульсного) струму працює зі змінним навантаженням. Токові періоди, що викликають нагрівання і роботу світлодіода з випромінювання світлових хвиль змінюються паузами спокою (при яких струм через перехід не тече) і в яких остигає напівпровідник. І питання тут вже не стільки в абсолютному значенні струму через напівпровідник, а скільки в тому, чи встигне напівпровідник у період безструмової паузи охолонути настільки, що скомпенсувати нагрівання, що відбулося в струмовий період. Тобто. не допустити теплового пробою.
Тут я хочу нагадати «фізику» відмови напівпровідника. Це нам дозволить зрозуміти суть процесів, що відбуваються. Вона, фізика, загалом відома, але все ж своїми словами: довговічність будь-якого приладу визначається його стійкістю до відмови. Відмови діодів при штатної експлуатації відбуваються у разі теплового чи електричного пробою.
Електричний пробій, як правило, виникає при перевищенні допустимої зворотної напруги (Uобр). При цьому діод втрачає властивість односторонньої провідності та починає проводити в обидві сторони. Найчастіше електричний пробій звернемо і працездатність приладу відновлюється.
А ось тепловий пробій, навпаки, незворотний і виникає при надмірному струмі прямого (рідше зворотного, що виникло вже після електричного пробою) напрямку і тягне за собою руйнівної зміни в кристалі напівпровідника в результаті сильного локального перегріву p-nпереходу, нездатного пропустити через себе велика кількістьзаряджених частинок.
Суть тут така, що поки що не створено умов для виникнення теплового пробою – напівпровідник працює. Повторюся, що загалом щось важливо яке абсолютне значення має струм через нього протікає. Він може бути дуже великим! Головне, щоб наш діод не встиг перегрітися. У паспорті на будь-який діод вказуються два максимально допустимі параметри: Максимальний прямий струм Iпр mzx і Максимальна зворотна напруга U обр макс, для тривалого впливу постійним струмом, які при стандартних умовексплуатації гарантовано не призведуть ні до електричного, ні теплового пробою.
Тому для дослідження ступеня впливу змінної напруги ЕТ на світлодіоди ми відштовхнемося від постулату, що будь-який тривалий імпульсний вплив струму можна привести до такого значення постійного струму, при якому робота, що здійснюється світлодіодом під впливом імпульсного струму, буде ідентична роботі при постійному струмі.
Як же ми оцінимо роботу, що виконується світлодіодом? Так, дуже просто. Світлодіод під дією струму, що протікає через нього, здійснює роботу з виділення світлової енергії і теплової. А ці два параметри ми дуже легко можемо заміряти і порівняти для обох видів струму, а значить визначити, як сильно навантажує світлодіод вихідну напругу ЕТ в порівнянні зі стандартним 12 В стабілізатором.
Для оцінки світлової енергії випромінюваної окремим робочим ділянкою СД стрічки зняв залежність освітленості від напруги живлення. Освітленість замірялася з відривом 10 див від випромінювачів (Рис 7).
Таким чином, на даному етапі, у нас все готове для того, щоб отримати відповідь на друге та третє питання нашого дослідження.
Приступимо.
Для початку досліджуємо вихідну напругу нашого ЕТ: Відразу скажу, що використовувати побутовий електронний тестер-ампервольтметр для вимірювання амплітуди напруги такої форми не можна. Він розрахований на вимір строго гармонійного коливань, а в нашому випадку він буде дуже сильно брехати, тому що ми маємо справу зі змінною імпульсною напругою промодулированним по амплітуді струмом подвоєної промислової частоти. Частота модуляції 100 Гц, частота заповнення: 10КГц - двонаправлений меандр, амплітуда сигналу Uа = 18 Вольт. Окремих викидів амплітудою понад 18 В осцилограф не зафіксував. Оскільки заповнення меандр, то чинне значення напруги буде повністю підпорядковуватися закону модулюючого сигналу, а тому в нашому випадку Uдейст = Uа/√2 = 18/1,41 = 12,7В. Саме тому у паспорті на ЕТ зазначено, що вихідна напруга становить ~12В.
Дивлячись на епюри і зіставляючи їх з ТТХ і ВАХ, стає ясно, що при дії прямого струму на ЦД ми навряд чи вийдемо за межі допустимих параметрів. Заявлений граничний прямий імпульсний струмдля одиночного ЦД 60 мА досягаємо тільки при Uпр > 3,9 В, тобто. при напрузі живлення на стрічці більше 20 В (див. вольт-амперні характеристики), але таких значень ми, як бачимо, все одно не досягаємо. З іншого боку, легко видно, що тривалість впливу напруги понад згаданих і досконало безпечних 15,5 (при яких струм через ЦД не більше 30 мА) становить не більше 8% від загального часу харчування від аналізованого ЕТ. Думаю, це небезпечно для ЦД. Ок. Запам'ятаємо. Перевіримо трохи згодом.
Тепер прикинемо, чи не вийдемо ми за межі допустимої зворотної напруги та при дії зворотного напівперіоду напруги. В цьому випадку опором R в тріаді можна знехтувати, Uа (18В) рівномірно розподілиться по ЦД в тріаді, і амплітудне значення напруги на діода складе 6, що більше заявлених 5В. Але, тривалість перевищення знову не перевищить 8% від загального часу роботи ЦД, і друге, що мене дуже сильно збентежило, це те, що допустима зворотна напруга, у всіх даташитах якось дуже підозріло однаково для різних серій світлодіодів. Воно завжди дорівнює 5В. Ок. Запам'ятаємо і це і почнемо підбивати перші підсумки.
Отже, теоретично, при прямому напівперіоді ми не повинні перевищити прямих струмів для ЦД, а при зворотному напівперіоді, перевищення заявленої допустимої зворотної напруги мало, - як за тривалістю впливу, так і за абсолютним значенням.
Ну що, тепер пора перевірити наші висновки на практиці. Давайте практично оцінимо світлову та теплову віддачу. Якщо світло і тепло, що виділяються стрічкою, не перевищать тих, що виділяються при живленні від стандартного джерела живлення для ЦД стрічок, то значить наш позитивний теоретичний висновок буде підтверджений.
Запитавши стрічку від ЕТ зустрічно паралельно вимірюємо світловіддачу одиничної робочої ділянки стрічки з трьох випромінювачів і порівнюємо значення з характеристикою Рис. 7. Люксметр фіксує значення на рівні 970-990 люкс, що відповідає живленню стрічки від джерела напруги трохи нижче 10 В! Нагрів стрічки виявився нікчемним і через 1 годину роботи не перевищив 35 градусів Цельсія, при температурі навколишнього повітря 25°C. В аналогічних умовах, але при живленні постійним струмом Uпр=12В, стрічка нагрівалася до 49°C, а освітленість, що створюється, становила близько 2000 Люкс. Ці результати абсолютно однозначно говорять про те, що незважаючи на всі маркетологічні умовляння, напівпровідник при харчуванні від ЕТ працює в недовантаженому режимі і чекати його швидкої смерті навряд чи доводиться. До речі, подивившись на Мал. 9, і зробивши виміри площ фігур світло-синього і цегляних квітівможна зрозуміти, чому саме ЦД світяться так, ніби живляться від 10В. Справа в тому, що світло-синя фігура характеризує умови, за яких ЦД стрічка здійснює корисну роботу(Пам'ятаємо, що це відбувається при Uпит > 7 Вольт). Світло-коричнева фігура за вирахуванням світло-синьої – це умови, за яких ЦД стрічка простоює – не працює! Співвідношення їх площ якраз 10 до 8. Все сходиться, однак, хе-хе.
І тим не менше, на тлі позитивної відповіді друге питання нашого дослідження, думка про нехай і незначне, але все ж таки перевищення допустимої зворотної напруги мені не давала спокою. Коротше, я вирішив по жорсткому: підключив стрічку до джерела постійного струму і плавно збільшуючи зворотну напругу почав чекати, коли міліамперметр зафіксує електричний пробій. Довівши зворотну напругу на окремому світлодіоді майже до 20 Вольт я так і не досяг пробою. Зворотний струм при цьому не перевищував 15 мкА. Залишивши всю цю справу майже на добу - я переконався, що нічого з випромінювачами не трапилося, а мабуть від коротких імпульсних впливів 6В проти 5В і поготів нічого не повинно статися в найближчому майбутньому.
ЛікБез > Різне, але корисне
Як запитати світлодіод від мережі 220 Ст.
Здавалося б просто: ставимо послідовно резистор, і все. Але треба пам'ятати про одну важливою характеристикоюсвітлодіода: максимально допустима зворотна напруга. Більшість світлодіодів воно близько 20 вольт. А при підключенні його в мережу при зворотній полярності (ток-то змінний, півперіоду в один бік йде, а другу половину - у зворотний) до нього додасться повна амплітудна напруга мережі - 315 вольт! Звідки така цифра? 220 В - це діюча напруга, амплітудна ж (корінь з 2) = 1,41 разів більше.
Тому, щоб врятувати світлодіод, потрібно поставити послідовно з ним діод, який не пропустить до нього зворотну напругу.
Ще один варіант підключення світлодіода до електромережі 220в:
Або ж поставити два світлодіоди зустрічно-паралельно.
Варіант живлення від мережі з резистором, що гасить, не найоптимальніший: на резисторі буде виділятися значна потужність. Дійсно, якщо застосуємо резистор 24 кОм ( максимальний струм 13 мА), то потужність, що розсіюється на ньому, буде близько 3 Вт. Можна знизити її вдвічі, включивши послідовно діод (тоді тепло виділятиметься лише протягом півперіоду). Діод повинен бути на зворотну напругу не менше 400 В. При включенні двох зустрічних світлодіодів (існують навіть такі з двома кристалами в одному корпусі, зазвичай різних квітів, один кристал червоного свічення, інший зеленого) можна поставити два двоватні резистори, кожен зі спотиванням в два рази менше.
Зазначу, що застосувавши резистор великого опору (наприклад 200 кОм) можна увімкнути світлодіод і без захисного діода. Струм зворотного пробою буде занадто малий, щоб викликати руйнування кристала. Звичайно, яскравість при цьому дуже мала, але для підсвічування в темряві вимикача в спальні її буде цілком достатньо.
Завдяки тому, що струм у мережі змінний, можна уникнути непотрібних витрат електрики на нагрівання повітря обмежувальним резистором. Його роль може виконувати конденсатор, який пропускає змінний струм без нагрівання. Чому так - питання окреме, розглянемо його пізніше. Зараз нам потрібно знати, що для того, щоб конденсатор пропускав змінний струм, через нього повинні обов'язково проходити обидва напівперіоди мережі. Але світлодіод проводить струм тільки в один бік. Значить, ставимо зустрічно-паралельно світлодіоду звичайний діод (або другий світлодіод), він і пропускатиме другий напівперіод.
Але ми відключили нашу схему від мережі. На конденсаторі залишилася якась напруга (аж до повної амплітудної, якщо пам'ятаємо, рівної 315 В). Щоб уникнути випадкового удару струмом, передбачимо паралельно конденсатору розрядний резистор великого номіналу (щоб при нормальній роботічерез нього (тік незначний струм, що не викликає його нагрівання), який при відключенні від мережі за частки секунди розрядить конденсатор. І для захисту від імпульсного зарядного струмутеж поставимо низькоомний резистор. Він також гратиме роль запобіжника, миттєво згоряючи при випадковому пробою конденсатора (ніщо не вічне, і таке теж трапляється).
Конденсатор повинен бути на напругу не менше 400 вольт або спеціальний для ланцюгів змінного струму напругою не менше 250 вольт.
А якщо ми хочемо зробити світлодіодну лампочкуз кількох світлодіодів? Включаємо їх усі послідовно, зустрічного діода достатньо одного на всіх.
Діод повинен бути розрахований на струм, не менший за струм через світлодіоди, зворотна напруга - не менше суми напруги на світлодіодах. А ще краще взяти парну кількість світлодіодів та включити їх зустрічно-паралельно.
На малюнку в кожному ланцюжку намальовано по три світлодіоди, насправді їх може бути і більше десятка.
Як розрахувати конденсатор? Від амплітудної напруги мережі 315В віднімаємо суму падіння напруги на світлодіодах (наприклад для трьох білихце приблизно 12 вольт). Отримаємо падіння напруги на конденсаторі Uп=303 В. Ємність у мікрофарадах дорівнюватиме (4,45*I)/Uп, де I - необхідний струм через світлодіоди в міліамперах. У нашому випадку для 20 мА ємність буде (4,45 * 20) / 303 = 89/303 ~ = 0,3 мкф. Можна поставити два конденсатори 0,15 мкФ (150 нФ) паралельно.
Найбільш поширені помилки при підключенні світлодіодів
1. Підключення світлодіода безпосередньо до джерела живлення без обмежувача струму (резистора чи спеціальної мікросхеми-драйвера). Обговорювалося вище. Світлодіод швидко виходить з ладу через погано контрольовану величину струму.
2. Підключення паралельно увімкнених світлодіодів до загального резистори. По-перше, через можливий розкид параметрів, світлодіоди горітимуть з різною яскравістю. По-друге, що більш суттєво, при виході з ладу одного зі світлодіодів, струм другого зросте вдвічі, і він може також згоріти. У разі використання одного резистора доцільніше підключати світлодіоди послідовно. Тоді при розрахунку резистора струм залишаємо колишнім (напр. 10 мА), а пряме падіння напруги світлодіодів складаємо (напр. 1,8 + 2,1 = 3,9 В).
3. Увімкнення послідовно світлодіодів, розрахованих на різний струм. В цьому випадку один із світлодіодів буде працювати на знос, або тьмяно світитися - залежно від налаштування струму обмежуючим резистором.
4. Встановлення резистора недостатнього опору. В результаті поточний через світлодіод струм виявляється занадто великим. Оскільки частина енергії через дефекти кристалічних ґратперетворюється на тепло, то при завищених струмах його стає дуже багато. Кристал перегрівається, у результаті значно знижується термін його служби. При ще більшому завищенні струму через розігрів області p-n-переходу знижується внутрішній квантовий вихід, яскравість світлодіода падає (це особливо помітно у червоних світлодіодів) і кристал починає катастрофічно руйнуватися.
5. Підключення світлодіода до мережі змінного струму (напр. 220 В) без вжиття заходів щодо обмеження зворотної напруги. У більшості світлодіодів гранично допустима зворотна напруга становить близько 2 вольт, тоді як напруга зворотного напівперіоду при замкненому світлодіоді створює на ньому падіння напруги, що дорівнює напруги живлення. Існує багато різних схем, що виключають руйнівну дію зворотного напруги. Найпростіша розглянута вище.
6. Встановлення резистора недостатньої потужності. В результаті резистор сильно нагрівається і починає плавити ізоляцію його проводів. Потім на ньому обгорає фарба, і врешті-решт він руйнується під впливом високої температури. Резистор може безболісно розсіяти трохи більше тієї потужності, яку він розрахований.
Миготливі світлодіоди
Миготливий сеєтодіод (МСД) є світлодіодом з вбудованим інтегральним генератором імпульсів з частотою спалахів 1,5 -3 Гц.
Незважаючи на компактність у миготливий світлодіод входить напівпровідниковий чіп генератора та деякі додаткові елементи. Миготливий світлодіод досить універсальний - напруга живлення такого світлодіода може лежати в межах від З до 14 вольт - для високовольтних, і від 1,8 до 5 вольт для низьковольтних екземплярів.
Відмінні якості миготливих сеєтодіодое:
Малі розміри
Компактний пристрій світлової сигналізації
Широкий діапазон напруги живлення (аж до 14 вольт)
Різний колірвипромінювання.
У деяких варіантах миготливих світлодіодів можуть бути вбудовані кілька (зазвичай - 3) різнокольорових світлодіодів з різною періодичністю спалахів.
Застосування миготливих світлодіодів виправдано в компактних пристроях, де висуваються високі вимоги до габаритів радіоелементів та електроживлення - світлодіоди, що миготять, дуже економічні, т.к. електронна схемаМСД виконано на МОП структурах. Миготливий світлодіод може легко замінити цілий функціональний вузол.
Умовне графічне позначеннямиготливий світлодіод на принципових схемахнічим не відрізняється від позначення звичайного світлодіода за винятком того, що лінії стрілок-пунктирні та символізують миготливі властивості світлодіода.
Якщо поглянути крізь прозорий корпус миготливого світлодіода, можна помітити, що конструктивно він складається з двох частин. На підставі катодного (негативного виведення) розміщений кристал світловипромінюючого діода.
Чіп генератора розміщений на підставі анодного виводу.
За допомогою трьох золотих дротяних перемичок з'єднуються всі частини цього комбінованого пристрою.
Відрізнити МСД від звичайного світлодіода легко зовнішньому вигляду, Розглядаючи його корпус на просвіт. Усередині МСД знаходяться дві підкладки приблизно однакового розміру. На першій з них розташовується кристалічний кубик світловипромінювача з рідкісноземельного сплаву.
Для збільшення світлового потоку, фокусування та формування діаграми спрямованості застосовується параболічний алюмінієвий відбивач (2).
У МСД він трохи менший за діаметром, ніж у звичайному світлодіоді, так як другу частину корпусу займає підкладка з інтегральною мікросхемою (3).
Електрично обидві підкладки пов'язані один з одним двома золотими дротяними перемичками (4). Корпус МСД (5) виконується з матової світлорозсіюючої пластмаси або прозорого пластику.
Випромінювач в МСД розташований не на осі симетрії корпусу, тому для забезпечення рівномірного засвітлення найчастіше застосовують монолітний кольоровий дифузний світловод. Прозорий корпус зустрічається лише у МСД великих діаметрів, що мають вузьку діаграму спрямованості.
Чіп генератора складається з високочастотного генератора, що задає - він працює постійно -частота його за різними оцінками коливається близько 100 кГц. Спільно з ВЧ-генератором працює дільник на логічних елементах, який ділить високу частоту значення 1,5- 3 Гц. Застосування високочастотного генератора спільно з дільником частоти пов'язане з тим, що для реалізації низькочастотного генератора потрібно використання конденсатора з великою ємністю для ланцюга, що задає час.
Для приведення високої частотидо значення 1-3 Гц використовуються дільники на логічних елементах, які легко розмістити на невеликої площінапівпровідникового кристала
Крім ВЧ-генератора, що задає, і дільника на напівпровідниковій підкладці виконаний електронний ключта захисний діод. У світлодіодів, що миготять, розрахованих на напругу живлення 3-12 вольт, також вбудовується обмежувальний резистор. У низьковольтних МСД обмежувальний резистор відсутній Захисний діод необхідний для запобігання виходу з ладу мікросхеми при переполюсуванні живлення.
Для надійної та довготривалої роботи високовольтних МСД напруга живлення бажано обмежити на рівні 9 вольт. При збільшенні напруги зростає потужність МСД, що розсіюється, а, отже, і нагрівання напівпровідникового кристала. Згодом надмірне нагрівання може призвести до швидкої деградації миготливого світлодіода.
Безпечно перевірити справність миготливого світлодіода можна за допомогою батарейки на 4,5 вольта і послідовно включеного разом зі світлодіодом резистора опором 51 Ом потужністю не менше 0,25 Вт.