Схемы подключения светодиодов к сети 220 вольт: Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)
Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)
Главная > Схемы и чертежи > Почему так сложно сделать питание светодиодов от 220В своими руками?
Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:
- Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
- Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.
Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.
В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.
Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:
Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.
Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:
R = (Uвх — ULED) / I
А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:
P = (Uвх — ULED)2 / R
где Uвх = 220 В,
ULED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=Uвх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.
Пример расчета балластного резистора
Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:
R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)
P = (220В)2/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)
Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.
Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.
| Сопротивление резистора, кОм | Амплитудное значение тока через светодиод, мА | Средний ток светодиода, мА | Средний ток резистора, мА | Мощность резистора, Вт |
|---|---|---|---|---|
| 43 | 7.2 | 2.5 | 5 | 1.1 |
| 24 | 13 | 4.5 | 9 | 2 |
| 22 | 14 | 5 | 10 | 2.2 |
| 12 | 26 | 9 | 18 | 4 |
| 10 | 31 | 11 | 22 | 4.8 |
| 7.5 | 41 | 15 | 29 | 6.5 |
| 4.3 | 72 | 25 | 51 | 11.3 |
| 2.2 | 141 | 50 | 100 | 22 |
Другие варианты подключения
В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:
Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера.
В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.
Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).
Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.
Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!
Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:
Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.
018А. А это уже не так опасно.
Как быть с пульсациями?
В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.
К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.
Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):
Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток.
И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.
К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.
Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.
Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.
Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).
Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна.
Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)
А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.
Какие пульсации считаются допустимыми?
Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.
Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.
Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%).
Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.
На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).
В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (Кп).
Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:
Кп = (Еmax — Emin) / (Emax + Emin) ⋅ 100%,
где Емах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Емин — минимальное.
Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.
Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:
Как уменьшить пульсации?
Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:
Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.
Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:
А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.
Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.
Расчет емкости сглаживающего конденсатора
Допустим, мы хотим получить коэфф.
пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.
Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:
Кп = (Umax — Umin) / (Umax + Umin) ⋅ 100%
Подставляем исходные данные и вычисляем Umin:
2.5% = (2В — Umin) / (2В + Umin) ⋅ 100% => Umin = 1.9В
Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).
Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:
Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):
tзар = arccos(Umin/Umax) / 2πf = arccos(1.
9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с
Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:
tразр = Т — tзар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с
Осталось вычислить емкость:
C = ILED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)
На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.
Повышаем КПД
Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?
Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).
Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции.
А насчет конденсаторов можно подумать.
Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:
Rc = 1 / 2πfC
то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.
Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)
Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:
Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.
Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.
К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.
Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.
Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.
Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт.
Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.
Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:
И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.
А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.
Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы.
Он даже греться не будет.
Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:
Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.
Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):
C = I / (2πf√(U2вх — U2LED)) [Ф],
где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), Uвх — действующее значение напряжения сети (220В), ULED — напряжение на светодиоде.
Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U2вх — U2LED) приблизительно равно Uвх, следовательно формулу можно упростить:
C ≈ 3183 ⋅ ILED / Uвх [мкФ]
а, раз уж мы делаем расчеты под Uвх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ ILED [мкФ]
Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.
Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.
Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
| C1 | 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ILED | 1 mA | 4.5 mA | 6.7 mA | 10 mA | 22 mA | 45 mA | 67 mA |
Немного о самих конденсаторах
В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:
Если вкратце, то:
- X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
- X2 – самые распространенные.
Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ; - Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
- Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).
Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.
Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!
Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.
Как подключить светодиод к сети 220в : схема включения
На чтение 9 мин Просмотров 2к. Опубликовано Обновлено
Содержание
- Способы подключения
- Подключение с помощью резистора
- Последовательное подключение диода с высоким обратным напряжением (400 В и более)
- Шунтирование светодиода обычным диодом
- Встречно-параллельное подключение двух светодиодов
- С помощью конденсатора
- Пример включения светодиода в выключатель света
- Техника безопасности
Светодиоды в качестве источников света получили широкое распространение. Но они рассчитаны на низкое напряжение питания, а зачастую возникает необходимость включить светодиод в бытовую сеть 220 вольт. При небольших познаниях в электротехнике и умении выполнять несложные расчеты это возможно.
Способы подключения
Стандартные условия работы большинства светодиодов – напряжение 1,5-3,5 В и ток 10-30 мА. При пряом включении прибора в бытовую электросеть время его жизни составит десятые доли секунды. Все проблемы подключения светодиодов в сеть повышенного, по сравнению со штатным рабочим, напряжения, сводятся к тому, чтобы погасить излишек напряжения и ограничить ток, протекающий через светоизлучающий элемент. С этой задачей справляются драйверы – электронные схемы, но они достаточно сложны и состоят из большого числа компонентов. Их применение имеет смысл при питании светодиодной матрицы со множеством светодиодов. Для подключения одного элемента есть более простые пути.
Подключение с помощью резистора
Самый очевидный способ – подключить последовательно со светодиодом резистор. На нем упадет лишнее напряжение, и он ограничит ток.
Схема включения светодиода с балластным резистором. Расчет этого резистора ведется в такой последовательности:- Пусть имеется светодиод с номинальным током 20 мА и падением напряжения 3 В (фактические параметры надо посмотреть в справочнике).
За рабочий ток лучше принять 80% от номинала – LED в облегченных условиях проживет дольше. Iраб=0,8 Iном=16 мА. - На добавочном сопротивлении упадет напряжение питающей сети за вычетом падения напряжения на светодиоде. Uраб=310-3=307 В. Очевидно, что практически все напряжение будет на резисторе.
- Значение добавочного сопротивления находится по закону Ома: R=Uраб/ Iраб. Так как ток выбран в миллиамперах, то сопротивление будет в килоомах: R=307/16= 19,1875. Ближайшее значение из стандартного ряда – 20 кОм.
- Чтобы найти мощность резистора по формуле P=UI, надо рабочий ток умножить на падение напряжения на гасящем сопротивлении. При номинале в 20 кОм средний ток будет составлять 220 В/20 кОм=11 мА (здесь можно учитывать действующее напряжение!), и мощность составит 220В*11мА=2420 мВт или 2,42 Вт. Из стандартного ряда можно выбрать резистор мощностью 3 Вт.
Резистор мощностью 3 Вт.
Так можно подключать цепочку из последовательно соединенных светодиодов.
При расчетах надо умножить падение напряжения на одном элементе на их общее количество.
Последовательное подключение диода с высоким обратным напряжением (400 В и более)
У описанного способа есть существенный недостаток. Светодиод, как любой прибор на основе p-n перехода, пропускает ток (и светится) при прямой полуволне переменного тока. При обратной полуволне он заперт. Его сопротивление велико, намного выше балластного сопротивления. И сетевое напряжение амплитудой 310 В, приложенное к цепочке, упадет большей частью на светодиоде. А он не рассчитан на работу в качестве высоковольтного выпрямителя, и может довольно скоро выйти из строя. Для борьбы с этим явлением часто рекомендуют последовательно включать дополнительный диод, выдерживающий обратное напряжение.
Схема включения с дополнительным диодом.На самом деле при таком включении приложенное обратное напряжение разделится примерно пополам между диодами, и LED будет чуть легче при падении на нем около 150 В или немного меньше, но судьба его будет все равно печальной.
Шунтирование светодиода обычным диодом
Намного более эффективна такая схема включения:
Схема с дополнительным диодом.Здесь светоизлучающий элемент включен встречно и параллельно дополнительному диоду. При отрицательной полуволне дополнительный диод откроется, и все напряжение окажется приложенным к резистору. Если расчет, проведенный ранее, был верным, то сопротивление не будет перегреваться.
Встречно-параллельное подключение двух светодиодов
При изучении предыдущей схемы не может не прийти мысль – зачем использовать бесполезный диод, когда его можно заменить таким же светоизлучателем? Это верное рассуждение. И логически схема перерождается в следующий вариант:
Схема с дополнительным светодиодом.Здесь в качестве защитного элемента использован такой же светодиод. Он защищает первый элемент при обратной полуволне и при этом излучает. При прямой полуволне синусоиды светодиоды меняются ролями. Плюсом схемы является полное использование возможностей источника питания.
Вместо одиночных элементов можно включать цепочки светодиодов в прямом и обратном направлениях. Для расчета можно использовать тот же принцип, но падение напряжения на светодиодах умножается на их количество, установленное в одном направлении.
С помощью конденсатора
Вместо резистора можно применить конденсатор. В цепи переменного тока он ведет себя в определенной мере как резистор. Его сопротивление зависит от частоты, но в бытовой сети этот параметр неизменен. Для расчета можно взять формулу Х=1/(2*3,14*f*C), где:
- X – реактивное сопротивление конденсатора;
- f – частота в герцах, в рассматриваемом случае равна 50;
- С – емкость конденсатора в фарадах, для пересчета в мкФ использовать коэффициент 10 -6.
На практике используют формулу:
С=4,45*Iраб/(U-Uд), где:
- С – необходимая емкость в мкФ;
- Iраб — рабочий ток светодиода;
- U-Uд — разница между напряжением питания и падением напряжения на светоизлучающем элементе – имеет практическое значение при применении цепочки светодиодов.
При использовании одного светодиода можно с достаточной точностью принять значение U равным 310 В.
Применять конденсаторы можно с рабочим напряжением не менее 400 В. Расчетные значения для токов, характерных для подобных схем, приведены в таблице:
| Рабочий ток, мА | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Емкость балластного конденсатора, мкФ | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Получившиеся значения достаточно далеки от стандартного ряда емкостей. Так, для тока 20 мА отклонение от номинала 0,25 мкФ составит 13%, а от 0,33 мкФ – 14%. Резистор можно подобрать гораздо точнее. Это является первым недостатком схемы. Второй уже упоминался – конденсаторы на 400 и выше В имеют довольно крупные размеры. И это еще не все. При использовании балластной емкости схема обрастает дополнительными элементами:
Сопротивление R1 устанавливается в целях безопасности.
Если схему запитать от 220 В, а потом отключить от сети, то конденсатор не разрядится – без этого резистора цепь разрядного тока будет отсутствовать. При случайном касании выводов емкости легко получить поражение электрическим током. Сопротивление этого резистора можно выбрать в несколько сотен килоом, в рабочем состоянии он зашунтирован емкостью и на работу схемы не влияет.
Резистор R2 нужен для ограничения броска зарядного тока конденсатора. Пока емкость не заряжена, она не будет служить ограничителем тока, и за это время светодиод может успеть выйти из строя. Здесь надо выбрать номинал в несколько десятков Ом, на работу схемы он также не будет иметь влияния, хотя его можно учесть при расчете.
Пример включения светодиода в выключатель света
Один из распространенных примеров практического использования светодиода в цепи 220 В – индикация выключенного состояния бытового выключателя и облегчения поиска его местоположения в темноте. Светодиод здесь работает при токе около 1 мА – свечение будет неярким, но заметным в темноте.
Здесь лампа служит дополнительным ограничителем тока при разомкнутом положении выключателя, и возьмет на себя небольшую долю обратного напряжения. Но основная часть обратного напряжения приложена к резистору, поэтому светодиод здесь относительно защищен.
Техника безопасности
Технику безопасности при работе в действующих установках регламентируют Правила охраны труда при эксплуатации электроустановок. На домашнюю мастерскую они не распространяются, но их основные принципы при подключении светодиода к сети 220 В надо учесть. Главное правило безопасности при работе с любой электроустановкой – все работы надо выполнять при снятом напряжении, исключив ошибочное или непроизвольное, несанкционированное включение.
После отключения выключателя отсутствие напряжения надо проверить тестером. Все остальное – применение диэлектрических перчаток, ковриков, наложение временных заземлений и т.п. трудновыполнимо в домашних условиях, но надо помнить, что мер безопасности мало не бывает.
можно ли без блока питания
1. Особенности ленты на 220В
2. Лента низковольтная
3. Блок питания
4. С балластом
5. Типичные ошибки подключения
Осветительные приборы в питание в большинстве случаев осуществляется от бытовой электросети 220 В. Из альтернатив можно назвать разве что осветительные приборы, подключаемые к бортовой сети автомобилей или мотоциклов. В остальных случаях в начале цепи питания светодиодной ленты всегда находится источник переменного напряжения 220 вольт, будь то бытовая розетка или распределительный щит. На практике существуют разные варианты подключения светодиодных светильников, которые зависят от параметров осветительного прибора.
Особенности ленты на 220 вольт
Самый банальный вариант — использование ленты, рассчитанной на полное напряжение сети.
Однако напрямую подключать светильник к бытовой сети крайне нежелательно. Хотя светоизлучающие элементы имеют одностороннюю проводимость и светятся во время положительной полуволны синусоиды, во время отрицательной к ним прикладывается напряжение обратной полярности. Светодиоды не предназначены для работы в качестве высоковольтных выпрямителей, поэтому обратное напряжение для них будет слишком велико и срок службы элементов будет коротким. Светодиодную ленту следует включать через выпрямитель — желательно мост (двухполупериодная схема).
Подключение LED-ленты через диодный мост. Фазировка при таком подключении не важна, фазу и ноль можно подключить к любому входному выводу выпрямителя.
Недостатком использования высокого напряжения при равной мощности является пониженный ток, поэтому участки ленты можно соединять последовательно до 100 м общей длины (низковольтные светильники — до 5 м). Также плюсом является возможность использования проводников с уменьшенным сечением, но не в ущерб механической прочности.
Важно! Основным недостатком этого варианта является крайняя нежелательность использования высоковольтной ленты внутри помещений.
Для регулировки яркости можно использовать диммер — Включается перед выпрямителем. Диммер может быть как ручным с поворотной кнопкой, так и с дистанционным управлением.
Низковольтная полоса
Если местные условия не позволяют использовать 220 вольт, необходимо использовать полосы на 5/12/24/36 вольт. Здесь тоже есть множество… вариантов подключения… к бытовой электросети.
Правильное подключение двух и более потребителей.
Блок питания
Самый очевидный вариант – эксплуатация светильника вместе с блоком питания на соответствующее напряжение. Громоздкие и неэкономичные источники, построенные по классической схеме с понижающим трансформатором, давно вытеснены из области LED-освещения легкими и мощными импульсными блоками. Поэтому выбор БП производится в основном по двум параметрам:
- выходное напряжение;
- Максимально допустимая мощность нагрузки.
Первая характеристика выбирается просто: напряжение должно соответствовать напряжению полосы. Второй зависит от нагрузки и рассчитывается по формуле Пбп=Руд*Л*К где:
- Руда — мощность, потребляемая одним метром ленты;
- L — общая длина секций ремня;
- К — коэффициент запаса, равный 1,2…1,4.
Результат округляется до ближайшего стандартного значения. Если в блоке питания указана не мощность, а максимально допустимый ток, его можно пересчитать в мощность по формуле Pbp=Imax*Uv.
Читайте также
Расчет блока питания светодиодной ленты 12 В
С балластом
Подключение светодиодной ленты к сети 220 В без блока питания возможно, но нежелательно по соображениям безопасности. Каждая точка цепи будет находиться под полным линейным напряжением, поэтому все манипуляции необходимо производить при полном отключении полосы.
Но если более безопасных вариантов нет, можно подключиться к сети через резистор, который погасит избыточное напряжение. Его номинал выбирают так, чтобы при рабочем токе (определяемом мощностью лампы) на него приходилась разница между напряжением сети и номинальным напряжением полосы:
Rb=(сеть-Uном)/(Iном) где:
- Rb — значение балластного сопротивления;
- U сеть — напряжение сети;
- Uном — номинальное напряжение ленты;
- Iном — номинальный ток ремня, рассчитываемый по формуле Руд*L /Uном.
Важно! В данном расчете необходимо использовать амплитудное значение сетевого напряжения 310 В.
При задании номинального напряжения ленты 5 вольт мощность 1 метра ленты 10 Вт и общая длина 5 м , можно рассчитать значение Rb:
Rб=(310-5)/((10*5)/5)=305/10=30,5 Ом. Можно взять ближайший стандартный номинал 33 Ом.
На первый взгляд такое подключение гораздо дешевле и проще, чем с блоком питания.
Подключение шлейфа через гасящий резистор.
На самом деле все не так радужно. Во-первых, необходимо рассчитать мощность, рассеиваемую балластом, как ток, умноженный на напряжение (здесь мы берем действующее значение напряжения 220 В):
Pb=Iном*220В = 10А*220В=2200Вт. Резистор такой мощности найти сложно, да и размеры у него будут соответствующие. А по мере увеличения мощности полотна расчетное сопротивление будет падать, а рассеиваемая (затрачиваемая!) мощность будет расти, поэтому этот способ подходит только для маломощных светильников. Эту проблему можно обойти, используя конденсатор вместо резистора в качестве балласта. Его емкость рассчитывается по приведенной выше формуле:
С=4,45 (U-сеть-Uном)/(Iном), где С — емкость в мкФ.
Использование конденсатора в качестве балласта.
Конденсатор должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В, а в цепь необходимо добавить два резистора:
- R1 — сопротивлением несколько сотен кОм для разряда конденсатора после его отключения;
- R2 — для ограничения зарядного тока в момент включения его номинальное значение может составлять несколько десятков Ом.
Но это не единственная проблема:
- Уже упоминались вопросы электробезопасности при эксплуатации лент с таким подключением. Поэтому соединять таким образом можно только ленту с силиконовой капсулой, а места соединения необходимо тщательно изолировать. И не рекомендуется использовать такое соединение во влажных помещениях (бассейны, бани, аквариумы).
Версии с силиконовой оболочкой не боятся воды, но сильно нагреваются.
- Расчет верен только для определенной ленты заданной длины. Балласт необходимо пересчитывать при любой замене или изменении длины стропы.
- Напряжение сети при нормальной работе может отклоняться в пределах 5 %, максимально допустимое значение составляет 10 %. Наиболее распространенные резисторы также имеют точность в пределах 10%. С учетом разброса параметров ленты относительно заявленных, напряжение ленты (и ток через светодиоды) могут существенно отличаться от расчетных, даже если расчеты уточнять реальными измерениями — просто из-за флуктуаций напряжения напряжение сети.
Результатом может быть, с одной стороны, снижение яркости свечения, а с другой — выход светильника из строя из-за перегрузки по току. Эта проблема проявляется тем отчетливее, чем ниже напряжение питания полосы. Если вы используете конденсатор, проблема только усугубляется, потому что число номиналов емкости встречается реже, чем число сопротивлений, и реальная точность ниже. - При использовании диммера для управления яркостью или контроллера для управления цветом RGB лент изменится ток через светодиоды, при этом изменится падение напряжения на балласте, что также усугубит нестабильность падения напряжения по полосе синхронно с изменением тока. Поэтому использование приборов для регулирования интенсивности излучения исключено .
Из-за совокупности проблем такое подключение следует использовать только в случае полной невозможности использования блока питания на соответствующее напряжение.
Параллельное соединение полотен с индивидуальным балластом.
Если используется несколько отрезков ткани общей длиной более 1 метра, их необходимо соединить параллельно. В противном случае ленточные проводники не смогут справиться с полным током системы освещения. А еще лучше рассчитать балласт для каждой секции отдельно. Если замена необходима, пересчитывается только стропа, подлежащая замене. Диодный мост должен выдерживать суммарный ток всех участков полосы.
Типичные ошибки при подключении
Самая распространенная ошибка при подключении удлинителя к сети через блок питания заключается в неправильном расчете мощности. Идеально измерить реальный потребляемый ток амперметром, пересчитать его в мощность и сравнить с максимальной мощностью блока питания при первом подключении. Эту процедуру следует выполнять всегда, если блок питания начинает издавать посторонние шумы при включении, появляются признаки перегрева и т. д.
Схема измерения тока.
При использовании источника питания очень желательно предусмотреть переключающее устройство на стороне входа и на стороне выхода.
На высокой стороне отключение можно выполнить, просто вытащив вилку из розетки. В случае стационарного подключения должна быть предусмотрена возможность снятия напряжения со входа путем отключения автоматического выключателя (он должен быть всегда!).
Фазировку соблюдать не нужно (подключение нуля и фазы к соответствующим клеммам БП). На работоспособность не влияет — на входе ИИП стоит выпрямитель. Но при переключении необходимо одновременно отключать фазный провод или фазный и нулевой провод (при подключении через розетку это делается само собой). Проводник защитного заземления (PE) всегда должен быть подключен, если он имеется – только так можно обеспечить эксплуатационную безопасность. Соединение защитного заземления не должно прерываться.
Схема подключения коммутационных устройств.
При бестрансформаторном подключении измерение фактического тока становится еще более важным. Но вместо этого вы можете измерить фактическое напряжение на контактных площадках ленты при первом включении.
Если он сильно отклоняется от номинала, вы должны отрегулировать номинал балласта в соответствующую сторону. Если напряжение у потребителя ниже необходимого, необходимо уменьшить номинал резистора или увеличить емкость конденсатора. Если напряжение выше, то делаем наоборот. Измерение следует производить с осторожностью, не касаясь неизолированных частей щупов мультиметра.
Диаграмма измерения напряжения.
Также для низковольтных лент ошибочно использовать соединительные проводники с меньшим сечением, чем требуется для существующего тока. Во время работы следует обращать внимание на температуру проводов (в идеале, если у вас есть для этих целей пирометр, тепловизор или другое диагностическое оборудование). Если наблюдается повышенный нагрев, Нужно заменить проводники на более толстые. . Чтобы не ошибиться изначально, можно воспользоваться таблицей сечений.
| Cross-section of copper conductor, sq.mm | 0,5 | 0,75 | 1 | 1,5 | 2 |
| Maximum allowable current with open laying, A | 11 | 15 | 17 | 23 | 26 |
Смотрите точно: Светодиодная лента 220 вольт топ или барахло12 что лучше и хуже ленты12
Подключить светодиодную ленту к сети 220 В можно самыми разными способами.
Но лучше всего все же использовать импульсный блок питания . Все остальные методы являются альтернативой в безнадежных случаях.
Как подключить светодиод к 220в: схема подключения
1. Способы подключения
1.1. Соединение с резистором
1.2. Последовательное включение диодов с высоким обратным напряжением (400 В и более)
1.3. Шунтирование светодиода обычным диодом
1.4. Два светодиода параллельно
1.5. С конденсатором
2. Пример подключения светодиода в выключатель света
3. Техника безопасности
Светодиоды в качестве источников света широко используются. Но они рассчитаны на низковольтное питание, и часто возникает необходимость включения светодиода в бытовую сеть 220 вольт. Имея небольшие познания в электротехнике и умение выполнять несложные расчеты, это возможно.
Способы подключения
Стандартные условия эксплуатации большинства светодиодов — напряжение 1,5-3,5 В и ток 10-30 мА.
При прямом подключении устройства к бытовой электросети время его жизни составит десятую долю секунды. Все проблемы подключения светодиодов в сеть повышенного по сравнению с нормальным рабочим напряжением, сводятся к погашению избыточного напряжения и ограничению тока, протекающего через светоизлучающий элемент. Драйверы — электронные схемы — справляются с этой задачей, но они достаточно сложны и состоят из большого количества компонентов. Их использование имеет смысл при питании светодиодной матрицы с множеством светодиодов. Есть более простые способы соединения одного элемента.
Соединение с резистором
Самый очевидный способ — подключить резистор последовательно со светодиодом. Этот резистор будет нести дополнительное напряжение и ограничивать ток.
Схема соединения светодиода с балластным резистором.
Расчет этого резистора производится в такой последовательности:
- Предположим, имеется светодиод с номинальным током 20 мА и падением напряжения 3 В (фактические параметры следует посмотреть в справочнике).
По рабочему току лучше брать 80% от номинального — светодиод в освещенных условиях проживет дольше. Iраб=0,8 Iном=16 мА. - На дополнительном резисторе будет падение напряжения в питающей линии минус падение напряжения на светодиоде. Uраб=310-3=307 В. Понятно, что почти все напряжение будет на резисторе.
Важно! При расчете следует использовать не действующее напряжение сети (220 В), а пиковое напряжение 310 В.
- Величина добавочного сопротивления определяется по закону Ома: R=Uраб/Iраб. Поскольку ток выбран в миллиамперах, сопротивление будет в килоомах: R=307/16= 19.1875. Ближайшее значение из стандартного диапазона – 20 кОм.
- Чтобы найти мощность резистора по формуле P=UI, необходимо умножить рабочий ток на падение напряжения на гасящем резисторе. При номинале 20кОм средний ток будет 220В/20кОм=11мА (здесь можно учесть действующее напряжение!), а мощность будет 220В*11мА=2420мВт или 2,42Вт. Из стандартного ассортимента можно выбрать резистор на 3 Вт.
Важно! Этот расчет упрощен, он не учитывает падение напряжения на светодиоде и его сопротивление в открытом состоянии, но для практических целей точности достаточно.
Резистор мощностью 3 Вт.
Можно последовательно соединить цепочку светодиодов. При расчете умножьте падение напряжения одного элемента на общее количество элементов.
Последовательное соединение диода с высоким обратным напряжением (400 В и более)
Этот способ имеет существенный недостаток. Светодиод, как и любой прибор на p-n переходе, пропускает ток (и светится) на прямой полуволне переменного тока. В обратной полуволне он заперт. Его сопротивление высокое, намного выше балластного сопротивления. А приложенное к схеме сетевое напряжение амплитудой 310В будет приходиться большей частью на светодиод. И он не предназначен для работы в качестве высоковольтного выпрямителя и довольно скоро может выйти из строя. Для борьбы с этим явлением часто рекомендуют включать последовательно дополнительный диод, выдерживающий обратное напряжение.
Схема включения с дополнительным диодом.
На самом деле при таком включении подаваемое обратное напряжение будет делиться примерно пополам между диодами, и светодиод будет чуть светлее при падении порядка 150 В или чуть меньше, но судьба его все равно будет печальной.
Шунтирование светодиода обычным диодом
Эта схема намного эффективнее:
Схема с дополнительным диодом.
Здесь светоизлучающий элемент включен против и параллельно дополнительному диоду. На отрицательной полуволне дополнительный диод откроется и все напряжение будет подано на резистор. Если расчет, сделанный ранее, был правильным, то резистор не будет перегреваться.
Параллельное соединение двух светодиодов
При изучении предыдущей схемы невольно думаешь — зачем использовать бесполезный диод, когда можно заменить его таким же излучателем света? Это правильное рассуждение. И логически схема перерождается в следующей версии:
Схема с дополнительным светодиодом.
Здесь в качестве защитного элемента используется тот же светодиод. Он защищает первый элемент во время обратной полуволны и при этом излучает. На правой полуволне синусоиды светодиоды меняются ролями. Положительной стороной схемы является полное использование источника питания. Вместо одиночных элементов могут быть включены цепочки светодиодов в прямом и обратном направлениях. Для расчета можно использовать тот же принцип, но падение напряжения на светодиодах умножается на количество светодиодов, установленных в одном направлении.
Использование конденсатора
Вместо резистора можно использовать конденсатор. В цепи переменного тока он ведет себя как резистор. Его сопротивление зависит от частоты, но в бытовой схеме этот параметр постоянен. Для расчета можно использовать формулу X=1/(2*3,14*f*C), где:
- X реактивное сопротивление конденсатора;
- f — частота в герцах, в нашем случае это 50;
- C — емкость конденсатора в фарадах, для перевода в мкФ использовать коэффициент 10 -6 .
На практике используется формула:
Кл=4,45*Iраб/(U-Uд), где:
- Кл — требуемая емкость в мкФ;
- Iраб — рабочий ток светодиода;
- U-Ud — разница между напряжением питания и падением напряжения на светоизлучающем элементе — имеет практическое значение при использовании цепочки из светодиодов. Если используется один светодиод, можно с достаточной точностью принять значение U равным 310 В.
Конденсаторы могут применяться с рабочим напряжением не менее 400 В. Расчетные значения токов, характерных для таких цепей, приведены в таблице:
| Operating current, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Capacitance of ballast capacitor, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
The resulting значения довольно далеки от стандартного ряда емкости. Так, для тока 20 мА отклонение от 0,25 мкФ составляет 13 %, а от 0,33 мкФ — 14 %.
Резистор можно подобрать гораздо точнее. Это первый недостаток схемы. О втором уже упоминалось — конденсаторы на 400 В и выше имеют довольно большие габариты. И это еще не все. При использовании балластного конденсатора схема обрастает дополнительными элементами:
Цепь с балластным конденсатором.
Сопротивление R1 установлено из соображений безопасности. Если схему запитать от сети 220 В, а затем отключить от сети, то конденсатор не разрядится — без этого резистора не будет цепи тока разряда. Если вы случайно коснетесь выводов конденсатора, легко получить удар током. Сопротивление этого резистора можно выбрать в несколько сотен кОм, в рабочем состоянии оно шунтируется емкостью и не влияет на работу схемы.
Резистор R2 нужен для ограничения броска зарядного тока конденсатора. Пока конденсатор не заряжен он не будет служить ограничителем тока и за это время светодиод может успеть выйти из строя. Здесь следует выбрать значение в несколько десятков Ом, оно также не окажет никакого влияния на работу схемы, хотя и может быть учтено при расчете.
Пример включения светодиода в выключатель освещения
Одним из распространенных примеров практического использования светодиода в цепи 220 В является индикация выключенного состояния бытового выключателя и облегчение поиска его местоположения в темноте. Светодиод здесь работает при токе около 1 мА — свечение будет не ярким, но в темноте будет заметно.
Цепь индикации состояния выключателя.
Здесь лампа служит дополнительным ограничителем тока при разомкнутом выключателе и будет принимать небольшую долю от обратного напряжения. Но основная часть обратного напряжения прикладывается к резистору, поэтому светодиод здесь относительно защищен.
Видео: ПОЧЕМУ НЕЛЬЗЯ устанавливать выключатель с подсветкой
Техника безопасности
Безопасность при работе на существующих установках регулируется правилами безопасности при эксплуатации электроустановок. Они не относятся к домашней мастерской, но их основные принципы следует учитывать при подключении светодиода к сети 220 В.