Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Как подключить светодиод к 220в: схемы, ошибки, нюансы, видео

Обычно светодиоды подключаются к 220В при помощи драйвера, рассчитанного под их характеристики. Но если требуется подключить только один маломощный светодиод, например, в качестве индикатора, то применение драйвера становится нецелесообразным. В таких случаях возникает вопрос — как подключить светодиод к 220 В без дополнительного блока питания.

Основы подключения к 220 В

В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:

То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.

В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.

Способы подключения светодиода к сети 220 В

Самый простой способ (читайте про все возможные способы подключения led) – подключение при помощи гасящего резистора, включенного последовательно со светодиодом. При этом нужно учесть, что 220 В – это среднеквадратичное значение U в сети. Амплитудное значение составляет 310 В, и его нужно учитывать при расчете сопротивления резистора.

Кроме того, необходимо обеспечить защиту светоизлучающего диода от обратного напряжения той же величины. Это можно сделать несколькими способами.

Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более).

Рассмотрим схему подключения более подробно.

 

В схеме используется выпрямительный диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. При изменении полярности все напряжение будет приложено именно к нему, и led оказывается защищенным от пробоя.

Такой вариант подключения наглядно показан в этом ролике:

Также здесь описывается, как определить расположение анода и катода у стандартного маломощного светодиода и рассчитать сопротивление гасящего резистора.

Шунтирование светодиода обычным диодом.

Здесь подойдет любой маломощный диод, включенный встречно-параллельно с led. Обратное напряжение при этом будет приложено к гасящему резистору, т.к. диод оказывается включенным в прямом направлении.

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов:

Схема подключения выглядит следующим образом:

Принцип аналогичен предыдущему, только здесь светоизлучающие диоды горят каждый на своем участке синусоиды, защищая друг друга от пробоя.

Обратите внимание, что подключение светодиода к питанию 220В без защиты ведет к быстрому выходу его из строя.

Схемы подключения к 220В при помощи гасящего резистора обладают одним серьезным недостатком: на резисторе выделяется большая мощность.

Например, в рассмотренных случаях используется резистор сопротивлением 24 Ком, что при напряжении 220 В обеспечивает ток около 9 мА. Таким образом, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:

9 * 9 * 24 = 1944 мВт, приблизительно 2 Вт.

То есть для оптимального режима работы потребуется резистор мощностью не менее 3 Вт.

Если же светодиодов будет несколько, и они будут потреблять больший ток, то мощность будет расти пропорционально квадрату тока, что сделает применение резистора нецелесообразным.

Применение резистора недостаточной мощности ведет к его быстрому перегреву и выходу из строя, что может вызвать короткое замыкание в сети.

В таких случаях в качестве токоограничивающего элемента можно использовать конденсатор. Преимущество этого способа в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, поскольку его сопротивление носит реактивный характер.

Здесь показана типовая схема подключения светоизлучающего диода в сеть 220В при помощи конденсатора. Поскольку конденсатор после отключения питания может хранить в себе остаточный заряд, представляющий опасность для человека, его необходимо разряжать при помощи резистора R1. R2 защищает всю схему от бросков тока через конденсатор при включении питания. VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности.

Конденсатор должен быть неполярным, рассчитанным на напряжение не менее 400 В.

Применение полярных конденсаторов (электролит, тантал) в сети переменного тока недопустимо, т.к. ток, проходящий через них в обратном направлении, разрушает их конструкцию.

Емкость конденсатора рассчитывается по эмпирической формуле:

 

где U – амплитудное напряжение сети (310 В),

I – ток, проходящий через светодиод (в миллиамперах),

Uд – падение напряжения на led в прямом направлении.

Допустим, нужно подключить светодиод с падением напряжения 2 В при токе 9 мА. Исходя из этого, рассчитаем емкость конденсатора при подключении одного такого led к сети:

Данная формула действительна только для частоты колебаний напряжения в сети 50 Гц. На других частотах потребуется пересчет коэффициента 4,45.

Нюансы подключения к сети 220 В

При подключении led к сети 220В существуют некоторые особенности, связанные с величиной проходящего тока. Например, в распространенных выключателях освещения с подсветкой, светодиод включается по схеме, изображенной ниже:

Как видно, здесь отсутствуют защитные диоды, а сопротивление резистора выбрано таким образом, чтобы ограничить прямой ток led на уровне около 1 мА. Нагрузка в виде лампы также служит ограничителем тока. При такой схеме подключения светодиод будет светиться тускло, но достаточно для того, чтобы разглядеть выключатель в комнате в ночное время. Кроме того, обратное напряжение будет приложено в основном к резистору при разомкнутом ключе, и светоизлучающий диод оказывается защищенным от пробоя.

Если требуется подключить к 220В несколько светодиодов, можно включить их последовательно на основе схемы с гасящим конденсатором:

При этом все led должны быть рассчитаны на одинаковый ток для равномерного свечения.

Можно заменить шунтирующий диод встречно-параллельным подключением светодиодов:

В обоих случаях нужно будет пересчитать величину емкости конденсатора, т.к. возрастет напряжение на светодиодах.

Параллельное (не встречно-параллельное) подключение led в сеть недопустимо, поскольку при выходе одной цепи из строя через другую потечет удвоенный ток, что вызовет перегорание светодиодов и последующее короткое замыкание.

Еще несколько вариантов недопустимого подключения светоизлучающих диодов в сеть 220В описаны в этом видео:

Здесь показано, почему нельзя:

  • включать светодиод напрямую;
  • последовательно соединять светодиоды, рассчитанные на разный ток;
  • включать led без защиты от обратного напряжения.

Безопасность при подключении

При подключении к 220В следует учитывать, что выключатель освещения обычно размыкает фазный провод. Ноль при этом проводится общим по всему помещению. Кроме того, электросеть зачастую не имеет защитного заземления, поэтому даже на нулевом проводе присутствует некоторое напряжение относительно земли. Также следует иметь в виду, что в некоторых случаях провод заземления подключается к батареям отопления или водопроводным трубам. Поэтому при одновременном контакте человека с фазой и батареей, особенно при монтажных работах в ванной комнате, есть риск попасть под напряжение между фазой и землей.

В связи с этим, при подключении в сеть лучше отключать и ноль, и фазу при помощи пакетного автомата во избежание поражения током при прикосновении к токоведущим проводам сети.

Заключение

Описанные здесь способы подключения светодиодов в сеть 220В целесообразно применять только при использовании маломощных светоизлучающих диодов в целях подсветки или индикации. Мощные led так подключать нельзя, поскольку нестабильность сетевого напряжения приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. В таких случаях нужно применять специализированные блоки питания светодиодов – драйверы.

Как подключить диоды в автомобиле?

Инструкция о том, как правильно подобрать сопротивление в цепи, чтобы диоды не перегорали Просмотров: 21738

Очень часто мы видим на дорогах автомобили с полусгоревшими ангельскими глазками или ДХО, часть диодов на которых не светится, а другая часть неприятно моргает. Наверняка эти водители очень расстроены «качеством» диодов и лично для себя поставили точку в их использовании. Но если бы они знали – как мало нужно было сделать чтобы светодиоды не перегорали и не моргали. А именно, нужно было провести элементарный расчёт тока в сети и подключить всё правильным образом.

Расчет и подключение светодиодов.

Светодиод - это полупроводниковый прибор. Поэтому, при его включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод ("минус"), а другой - анод ("плюс"). Светодиод будет "гореть" только при прямом включении. При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения.

Зависимости тока от напряжения при прямом (синяя кривая) и обратном (красная кривая) включениях показаны на следующем рисунке. Нетрудно определить, что каждому значению напряжения соответствует своя величина тока, протекающего через диод. Чем выше напряжение, тем выше значение тока (и тем выше яркость). Для каждого светодиода существуют допустимые значения напряжения питания Umax и Umaxобр (соответственно для прямого и обратного включений). При подаче напряжений свыше этих значений наступает электрический пробой, в результате которого светодиод выходит из строя. Существует и минимальное значение напряжения питания Umin, при котором наблюдается свечение светодиода. Диапазон питающих напряжений между Umin и Umax называется "рабочей" зоной, так как именно здесь обеспечивается работа светодиода.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода и формулу расчета резистора (резистор может быть припаян к любому из контактов):

где Uпит – напряжение источника питания, Uпр – прямое максимальное напряжение светодиода, Iпр – прямой максимальный ток.
Для примера, рассмотрим каталог светодиодов:
Возьмем произвольный светодиод. Напряжение питания 13,6 В (Так как при работе автомобиля за счёт генератора напряжение немного выше стандартных 12 В ). Рассмотрим параметры обычного среднего светодиода. Прямой ток 5мА (0,005А). Максимальное прямое напряжение - 2,8 В. Подставим данные в формулу:

Однако нельзя забывать, что производители резисторов изготавливают их с определёнными номиналами, так что ровно на 2160 Ом возможно не удастся найти, но ближайший к этому значению будет 2200 Ом. Кроме расчета сопротивления нужно вычислить рассеиваемую на нем мощность по формуле:

Исходя из этого, при подключении светодиода АЛ102АМ к источнику питания с напряжением 13,6 В. нам потребуется резистор с сопротивлением 2,2 кОм на 0,125 Вт.
Теперь рассмотрим последовательное соединение нескольких светодиодов по формуле, которая имеет следующий вид:


где N –число подключенных светодиодов. Чтобы схема работала, необходимо соблюдение условия Uист > N•Uпр . Вследствие этого неравенства можно определить максимальное количество светодиодов при последовательном подключении:

Пример 1
Вновь используем светодиод c Uпр = 2,8 В. Вычислим максимальное количество светодиодов, которое можно последовательно подключить в цепь с источником питания 13,6 В. Воспользуемся формулой Nmax = INT(Uист/Uпр) = INT(13,6 / 2,8) = INT(4,85) = 4. В итоге получаем целое число 4 и остаток 0,85, который отбрасываем. Теперь рассчитаем резистор при максимальном количестве светодиодов. Используем формулу:

Процесс расчета резистора при параллельном подключении светодиодов ничем не отличается от первой схемы! Та же самая школьная физика

Но справедливости ради стоит отметить, что правильное сопротивление это ещё пол беды. Есть вторая проблема – микроперепады напряжения в сети. Если машина уже имеет небольшой износ, то есть вероятность, что штатный стабилизатор напряжения допускает небольшие перепады, которые могут с лёгкостью «погубить» вашу подсветку. В этом случае рекомендуем воспользоваться стабилизатором напряжения. Более подробную информацию о нём можно почитать здесь.

Полный каталог светодиодов с техническими характеристиками(сила тока, напряжение и т.д.) можно посмотреть здесь

Пример 2

Имеется светодиод с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Необходимо подключить его к источнику с напряжением 5 вольт.

Рассчитаем сопротивление токоограничивающего резистора

R = Uгасящее / Iсветодиода
Uгасящее = Uпитания – Uсветодиода
Uпитания = 5 В
Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R =(5-3)/0.02= 100 Ом = 0.1 кОм

То есть, надо взять резистор сопротивлением 100 Ом

Пример 3

Имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 3 светодиода к источнику 15 вольт.

Производим расчет: 3 светодиода на 3 вольта = 9 вольт , то есть 15 вольтового источника достаточно для последовательного включения светодиодов.

Расчет аналогичен предыдущему примеру

R = Uгасящее / Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uпитания = 15 В

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (15-3*3)/0.02 = 300 Ом = 0.3 кОм

Пример 4

Пусть имеются светодиоды с рабочим напряжением 3 вольта и рабочим током 20 мА. Надо подключить 4 светодиода к источнику 7 вольт

Производим расчет: 4 светодиода на 3 вольта = 12 вольт, значит нам не хватит напряжения для последовательного подключения светодиодов, поэтому будем подключать их последовательно-параллельно. Разделим их на две группы по 2 светодиода. Теперь надо сделать расчет токоограничивающих резисторов. Аналогично предыдущим пунктам делаем расчет токоограничительных резисторов для каждой ветви.


R = Uгасящее/Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – N * Uсветодиода

Uпитания= 7 В

Uсветодиода = 3 В

Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А

R = (7-2*3)/0. 02 = 50 Ом = 0.05 кОм

Так как светодиоды в ветвях имеют одинаковые параметры, то сопротивления в ветвях одинаковые.

Пример 5

Если имеются светодиоды разных марок то комбинируем их таким образом, чтобы в каждой ветви были светодиоды только ОДНОГО типа (либо с одинаковым рабочим током). При этом необязательно соблюдать одинаковость напряжений, потому что мы для каждой ветви рассчитываем свое собственное сопротивление

Например имеются 5 разных светодиодов:
1-ый красный напряжение 3 Вольта 20 мА
2-ой зеленый напряжение 2.5 Вольта 20 мА
3-ий синий напряжение 3 Вольта 50 мА
4-ый белый напряжение 2.7 Вольта 50 мА
5-ый желтый напряжение 3.5 Вольта 30 мА

Разделяем светодиоды по группам по току
1) 1-ый и 2-ой
2) 3-ий и 4-ый
3) 5-ый


рассчитываем для каждой ветви резисторы:

R = Uгасящее/Iсветодиода

Uгасящее = Uпитания – (UсветодиодаY + UсветодиодаX + …)
Uпитания = 7 В
Uсветодиода1 = 3 В
Uсветодиода2 = 2. 5 В
Iсветодиода = 20 мА = 0.02 А
R1 = (7-(3+2.5))/0.02 = 75 Ом = 0.075 кОм

Аналогично
R2 = 26 Ом
R3 = 117 Ом

Аналогично можно расположить любое количество светодиодов

Важно! Если в расчёте получилось сопротивление с дробным значением, для котрого нет подходящего резистора - возьмите резистор с запасом (сопротивлением чуть больше)!

Как правильно подключать светодиоды в цепь?

Как подключить светодиоды в сети автомобиля "для чайников". Подробное описание как рассчитывается сопротивление, как компонуется цепь. Просмотров: 51831

Любитель тюнинга потратил несколько часов на то, чтобы снять и разобрать фару. Сверлил в отражателе дырки под диоды, устанавливал их, обильно заливая герметиком, паял, собирал фару обратно, ставил на место и....отъездив трое суток увидел, что половина диодов сгорела! Эта драматичная история знакома многим автомобилистам.

Именно из за таких моментов появляются рассказы «знающих людей» о том, что диоды делают некачественными о том, что существуют прекрасные диоды из США с ценой в 10-15 раз дороже, но зато очень надёжные.

Это не так! При правильном подключении даже самый простые светодиоды будут служить долгие годы или даже десятилетия. В действительности – в некоторых иномарках производства ранних 90х годов в приборной панели, дверных ручках и других местах стоят малоэффективные устаревшие индикаторные диоды, ни один из которых так и не перегорел за время эксплуатации. Причина – правильное подключение!

Именно об этом пойдёт речь в нашей статье.

У светодиодов и светодиодной ленты есть 2 «врага»:
1) Неправильно рассчитанное сопротивление.
2) Перепады напряжения в цепи

Начнем с первого. На всякий случай постараемся упрощённо рассказать о том, что такое сопротивление и как его рассчитать. Дело в том, что каждый элемент электрической цепи(в том числе и светодиоды) рассчитан на некоторые параметры тока. Если ток меньше нужного – элемент может работать хуже, если больше, то может повредиться. Это напоминает ситуацию, когда большой поток воды сносит и ломает мост через реку. Что нужно сделать, чтобы уменьшить поток? Поставить плотину! В случае с электрической цепью роль плотины как раз выполняет сопротивление, а именно – резисторы. Если подобрать их правильно, то они доведут параметры тока в цепи до нужных нам.

Теперь рассмотрим самый простой способ расчета конфигурации цепи.

Предположим реальный случай. Вы захотели выполнить светодиодный тюнинг фары и для этих целей приобрели 40 диодов на каждую фару, чтобы сделать красивую контурную обводку по краю отражателя. Будем считать что мы пользуемся вот такими диодами-это самый не дорогой и самый популярный вариант для таких целей.
Рассчитаем – как должна выглядеть цепь.

Открываем эту ссылку. Эта программа в режиме онлайн строит цепи из диодов исходя из наших задач.

Заполняем данные.
В поле Source voltage нужно ввести вольтаж вашей сети. Внимание – тут главный подвох! Не известно почему абсолютное большинство людей считает что в сети автомобиля напряжение 12 вольт. Но это не так!
Оно практически всегда 13,2-14,2 вольт! Поэтому рассчитывать лучше всего исходя из напряжения 13,7 вольт.

Далее заполняем поле diode forward voltage. Сюда вписываем значение которое указано в описании к диодам(вот здесь). Среднее значение там 3,5 вольт.

Затем приступаем к полю diode forward current (mA). Данные берём там же где и вольтаж. 30mA

Количество диодов 40.

Жмём Design my array
И получаем нашу схему!

Как видите нужно включать диоды в цепь по три штуки и добавлять резисторы. Необходимая величина сопротивления резисторов подписана. Если конкретно такого у вас нет, можно взять резистор с чуть большим сопротивлением.
Также видно, что последний диод попадает в цепь один, если это кажется вам не удобным, то просто добавьте 2 диода и пересчитайте.

С первой проблемой разобрались. Теперь ко второй!
Как известно, напряжение в сети автомобиля испытывает скачки. Не у всех моделей и марок авто, но у многих! Лучше перестраховаться и поставить в цепь такой стабилизатор напряжения. Он отсекает все скачки, удерживая напряжение на уровне 12 вольт. Соответственно, если вы используете такой элемент, то и цепь нужно рассчитывать исходя из такого вольтажа(указывать в программе не 3,7 а 12 вольт.).

Кстати у программы есть вариант для расчета сопротивления к одиночному диоду.

Как подключить диоды к 220в

Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:

  1. Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
  2. 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:

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.

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:

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:

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) / (23.141550) = 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.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):

C = I / (2πf√(U 2 вх – U 2 LED)) [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 √(U 2 вх – U 2 LED) 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. 5 мкФ (1500 нФ) емкости.

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.

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.

Обычно светодиоды подключаются к 220В при помощи драйвера, рассчитанного под их характеристики. Но если требуется подключить только один маломощный светодиод, например, в качестве индикатора, то применение драйвера становится нецелесообразным. В таких случаях возникает вопрос — как подключить светодиод к 220 В без дополнительного блока питания.

Основы подключения к 220 В

В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:

То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.

В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.

Способы подключения светодиода к сети 220 В

Самый простой способ (читайте про все возможные способы подключения led) – подключение при помощи гасящего резистора, включенного последовательно со светодиодом. При этом нужно учесть, что 220 В – это среднеквадратичное значение U в сети. Амплитудное значение составляет 310 В, и его нужно учитывать при расчете сопротивления резистора.

Кроме того, необходимо обеспечить защиту светоизлучающего диода от обратного напряжения той же величины. Это можно сделать несколькими способами.

Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более).

Рассмотрим схему подключения более подробно.

В схеме используется выпрямительный диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. При изменении полярности все напряжение будет приложено именно к нему, и led оказывается защищенным от пробоя.

Такой вариант подключения наглядно показан в этом ролике:

Также здесь описывается, как определить расположение анода и катода у стандартного маломощного светодиода и рассчитать сопротивление гасящего резистора.

Шунтирование светодиода обычным диодом.

Здесь подойдет любой маломощный диод, включенный встречно-параллельно с led. Обратное напряжение при этом будет приложено к гасящему резистору, т.к. диод оказывается включенным в прямом направлении.

Встречно-параллельное подключение двух светодиодов:

Схема подключения выглядит следующим образом:

Принцип аналогичен предыдущему, только здесь светоизлучающие диоды горят каждый на своем участке синусоиды, защищая друг друга от пробоя.

Обратите внимание, что подключение светодиода к питанию 220В без защиты ведет к быстрому выходу его из строя.

Схемы подключения к 220В при помощи гасящего резистора обладают одним серьезным недостатком: на резисторе выделяется большая мощность.

Например, в рассмотренных случаях используется резистор сопротивлением 24 Ком, что при напряжении 220 В обеспечивает ток около 9 мА. Таким образом, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:

9 * 9 * 24 = 1944 мВт, приблизительно 2 Вт.

То есть для оптимального режима работы потребуется резистор мощностью не менее 3 Вт.

Если же светодиодов будет несколько, и они будут потреблять больший ток, то мощность будет расти пропорционально квадрату тока, что сделает применение резистора нецелесообразным.

Применение резистора недостаточной мощности ведет к его быстрому перегреву и выходу из строя, что может вызвать короткое замыкание в сети.

В таких случаях в качестве токоограничивающего элемента можно использовать конденсатор. Преимущество этого способа в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, поскольку его сопротивление носит реактивный характер.

Здесь показана типовая схема подключения светоизлучающего диода в сеть 220В при помощи конденсатора. Поскольку конденсатор после отключения питания может хранить в себе остаточный заряд, представляющий опасность для человека, его необходимо разряжать при помощи резистора R1. R2 защищает всю схему от бросков тока через конденсатор при включении питания. VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности.

Конденсатор должен быть неполярным, рассчитанным на напряжение не менее 400 В.

Применение полярных конденсаторов (электролит, тантал) в сети переменного тока недопустимо, т.к. ток, проходящий через них в обратном направлении, разрушает их конструкцию.

Емкость конденсатора рассчитывается по эмпирической формуле:

где U – амплитудное напряжение сети (310 В),

I – ток, проходящий через светодиод (в миллиамперах),

Uд – падение напряжения на led в прямом направлении.

Допустим, нужно подключить светодиод с падением напряжения 2 В при токе 9 мА. Исходя из этого, рассчитаем емкость конденсатора при подключении одного такого led к сети:

Данная формула действительна только для частоты колебаний напряжения в сети 50 Гц. На других частотах потребуется пересчет коэффициента 4,45.

Нюансы подключения к сети 220 В

При подключении led к сети 220В существуют некоторые особенности, связанные с величиной проходящего тока. Например, в распространенных выключателях освещения с подсветкой, светодиод включается по схеме, изображенной ниже:

Как видно, здесь отсутствуют защитные диоды, а сопротивление резистора выбрано таким образом, чтобы ограничить прямой ток led на уровне около 1 мА. Нагрузка в виде лампы также служит ограничителем тока. При такой схеме подключения светодиод будет светиться тускло, но достаточно для того, чтобы разглядеть выключатель в комнате в ночное время. Кроме того, обратное напряжение будет приложено в основном к резистору при разомкнутом ключе, и светоизлучающий диод оказывается защищенным от пробоя.

Если требуется подключить к 220В несколько светодиодов, можно включить их последовательно на основе схемы с гасящим конденсатором:

При этом все led должны быть рассчитаны на одинаковый ток для равномерного свечения.

Можно заменить шунтирующий диод встречно-параллельным подключением светодиодов:

В обоих случаях нужно будет пересчитать величину емкости конденсатора, т.к. возрастет напряжение на светодиодах.

Параллельное (не встречно-параллельное) подключение led в сеть недопустимо, поскольку при выходе одной цепи из строя через другую потечет удвоенный ток, что вызовет перегорание светодиодов и последующее короткое замыкание.

Еще несколько вариантов недопустимого подключения светоизлучающих диодов в сеть 220В описаны в этом видео:

Здесь показано, почему нельзя:

  • включать светодиод напрямую;
  • последовательно соединять светодиоды, рассчитанные на разный ток;
  • включать led без защиты от обратного напряжения.

Безопасность при подключении

При подключении к 220В следует учитывать, что выключатель освещения обычно размыкает фазный провод. Ноль при этом проводится общим по всему помещению. Кроме того, электросеть зачастую не имеет защитного заземления, поэтому даже на нулевом проводе присутствует некоторое напряжение относительно земли. Также следует иметь в виду, что в некоторых случаях провод заземления подключается к батареям отопления или водопроводным трубам. Поэтому при одновременном контакте человека с фазой и батареей, особенно при монтажных работах в ванной комнате, есть риск попасть под напряжение между фазой и землей.

В связи с этим, при подключении в сеть лучше отключать и ноль, и фазу при помощи пакетного автомата во избежание поражения током при прикосновении к токоведущим проводам сети.

Заключение

Описанные здесь способы подключения светодиодов в сеть 220В целесообразно применять только при использовании маломощных светоизлучающих диодов в целях подсветки или индикации. Мощные led так подключать нельзя, поскольку нестабильность сетевого напряжения приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. В таких случаях нужно применять специализированные блоки питания светодиодов – драйверы.

Без светодиодов трудно обойтись при проектировании электронной аппаратуры, а также при изготовлении экономичных осветительных приборов. Их надежность, простота монтажа и относительная дешевизна привлекают внимание разработчиков бытовых и промышленных светильников. Поэтому многих пользователей интересуют схемные решения по включению светодиода, предполагающие прямую подачу на него фазного напряжения. Неспециалистам в области электроники и электрики полезно будет узнать, как подключить светодиод к 220В.

Технические особенности диода

По определению светодиод, схема которого схожа с обычным диодом, – это тот же полупроводник, пропускающий ток в одном направлении и излучающий свет при его протекании. Его рабочий переход не рассчитан на высокие напряжения, поэтому для загорания светодиодного элемента вполне достаточно всего нескольких вольт. Другой особенностью этого прибора является необходимость подачи на него постоянного напряжения, так как при переменных 220 Вольт светодиод будет мигать с частотой сети (50Герц). Считается, что глаз человека не реагирует на такие мигания и что они не причиняют ему вреда. Но все же согласно действующим стандартам для его работы нужно использовать постоянный потенциал. В противном случае приходится применять особые меры защиты от опасных обратных напряжений.

Большинство образцов осветительной техники, в которых диоды используются в качестве элементов освещения, включаются в сеть через специальные преобразователи – драйверы. Эти устройства необходимы для получения из исходного сетевого напряжения постоянных 12, 24, 36 или 48 Вольт. Несмотря на их широкое распространение в быту нередки ситуации, когда обстоятельства вынуждают обходиться без драйвера. В этом случае важно уметь включать светодиоды в 220 В.

Полюса светодиода

Чтобы ознакомиться со схемами включения и распайкой диодного элемента, нужно узнать, как выглядит распиновка светодиода. В качестве его графического обозначения используется треугольник, к одному из углов которого примыкает короткая вертикальная полоса – на схеме она называется катодом. Он считается выходным для постоянного тока, втекающего с обратной стороны. Туда подается положительный потенциал от источника питания и поэтому входной контакт называется анодом (по аналогии с электронными лампами).

Выпускаемые промышленностью светодиоды имеют всего два вывода (реже – три или даже четыре). Известны три способа определения их полярности:

  • визуальный метод, позволяющий определить анод элемента по характерному выступу на одной из ножек;
  • с помощью мультиметра в режиме «Проверка диодов»;
  • посредством блока питания с постоянным выходным напряжением.

Для определения полярности вторым способом плюсовой конец измерительного шнура тестера в красной изоляции подсоединяется к одному контактному выводу диода, а черный минусовой – к другому. Если прибор показывает прямое напряжение порядка полвольта, со стороны плюсового конца расположен анод. Если на табло индикации появляется знак бесконечности или «0L», с этого конца располагается катод.

При проверке от источника питания на 12 Вольт его плюс следует соединить с одним концом светодиода через ограничивающий резистор 1 кОм. Если диод загорается, его анод находится со стороны плюса блока питания, а если нет – с другого конца.

Способы подключения

Простейший подход к решению проблемы недопустимого для диода обратного напряжения – установка последовательно с ним дополнительного резистора, который способен ограничить 220 Вольт. Этот элемент получил название гасящего, так как он «рассеивает» на себе излишки мощности, оставляя светодиоду необходимые для его работы 12-24 Вольта.

Последовательная установка ограничивающего резистора также решает проблему обратного напряжения на переходе диода, которое снижается до тех же величин. В качестве модификации последовательного включения с ограничением напряжения рассматривается смешанная или комбинированная схема подключения светодиодов в 220 В. В ней на один резистор последовательный резистор приходится несколько параллельно соединенных диодов.

Подключение светодиода можно организовать по схеме, в которой вместо резистора используется обычный диод, имеющий высокое напряжение обратного пробоя (желательно – до 400 Вольт и более). Для этих целей удобнее всего взять типовое изделие марки 1N4007 с заявленным в характеристиках показателем до 1000 Вольт. При его установке в последовательную цепочку (при изготовлении гирлянды, например), обратная часть волны выпрямляется полупроводниковым диодом. Он в этом случае выполняет функцию шунта, защищающего чип светового элемента от пробоя.

Шунтирование светодиода обычным диодом (встречно-параллельное подключение)

Другой распространенный вариант «нейтрализации» обратной полуволны состоит в использовании совместно с гасящим резистором еще одного светодиода, включаемого параллельно и навстречу первому элементу. В этой схеме обратное напряжение «замыкается» через параллельно подключенный диод и ограничивается дополнительным сопротивлением, включенным последовательно.

Такое соединение двух светодиодов напоминает предыдущий вариант, но с одним отличием. Каждый из них работает со «своей» частью синусоиды, обеспечивая другому элементу защиту от пробоя.

Существенный недостаток схемы подключения через гасящий резистор – значительная величина непроизводительно расходуемой мощности, выделяемой на нем вхолостую.

Подтверждением этому является следующий пример. Пусть используется гасящий резистор номиналом 24 кОм и светодиод с рабочим током 9 мА. Рассеиваемая на сопротивлении мощность будет равна 9х9х24=1944 мВт (после округления – порядка 2-х Ватт). Чтобы резистор работал в оптимальном режиме, он выбирается со значением P не менее 3 Вт. На самом светодиоде расходуется совсем ничтожная часть энергии.

С другой стороны, при использовании нескольких последовательно подключенных LED элементов ставить гасящий резистор из соображений оптимального режима их свечения нецелесообразно. Если выбрать очень маленькое по номиналу сопротивление, оно быстро сгорит из-за большого тока и значительной рассеиваемой мощности. Поэтому функцию токоограничивающего элемента в цепи переменного тока естественнее выполнять конденсатору, на котором энергия не теряется.

Ограничение с помощью конденсатора

Простейшая схема подключения светодиодов через ограничительный конденсатор C характеризуется следующими особенностями:

  • предусматриваются цепочки заряда и разряда, обеспечивающие режимы работы реактивного элемента;
  • потребуется еще один светодиод, необходимый для защиты основного от обратного напряжения;
  • для расчета емкости конденсатора используется полученная опытным путем формула, в которую подставляются конкретные цифры.

Для вычисления значения номинала C нужно умножить силу тока в цепи на выведенный эмпирически путем коэффициент 4,45. После этого следует разделить полученное произведение на разницу между предельным напряжением (310 Вольт) и его падением на светодиоде.

В качестве примера рассмотрим подключение конденсатора к RGB или обычному LED-диоду с падением напряжения на его переходе, равным 3 Вольта и током через него в 9 мА. Согласно рассмотренной формуле его емкость составит 0,13 мкФ. Для введения поправки на ее точное значение следует учитывать, что на величину этого параметра в большей мере влияет токовая составляющая.

Выеденная опытным путем эмпирическая формула действительна лишь для расчета емкостей и параметров светодиодов на 220 В., установленных в сетях частотой 50 Гц. В других частотных диапазонах питающих напряжений (в преобразователях, например), коэффициент 4,45 нуждается в перерасчете.

Нюансы подключения к сети 220 Вольт

При использовании различных схем подключения светодиода к сети 220 В возможны некоторые нюансы, учет которых поможет избежать элементарных ошибок в коммутации электрических цепей. Они в основном связаны с величиной тока, протекающего через цепочку при подаче на нее питания. Для их понимания потребуется рассмотреть простейший прибор типа подсветки для декорирования, состоящий из целого набора светодиодных элементов или обычный светильник на их основе.

Значительное внимание обращается на особенности процессов, протекающих в выключателе в момент подачи питания. Для обеспечения «мягкого» режима включения к его контактам потребуется подпаять в параллель гасящий резистор и светодиод-индикатор, обозначающий включенное состояние.

Значение сопротивления подбирается по методикам, описанным ранее.

Только после выключателя с резистором в схеме располагается сама лента с чипами светодиодных элементов. В ней не предусмотрены защитные диоды, так что величина гасящего резистора подбирается из расчета протекающего по цепи тока, он не должен превышать значения порядка 1 мА.

Светодиодный индикатор-лампочка в этой схеме выполняет функцию нагрузки, еще больше ограничивающей ток. Из-за небольшой величины он будет светиться очень тускло, но этого вполне хватает для ночного режима. При действии обратной полуволны напряжение частично гасится на резисторе, что защищает диод от нежелательного пробоя.

Схема лед драйвера на 220 вольт

Более надежный способ, позволяющий запитать светодиоды от сети, – применение специального преобразователя или драйвера, понижающего напряжение до безопасного уровня. Основное назначение драйвера под светодиод 220 вольт – ограничить ток через него в рамках допустимого значения (согласно паспорту). В его состав входят формирователь напряжения, выпрямительный мостик и микросхема токового стабилизатора.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

При желании собрать устройство питания светодиодов от 220 В своими руками потребуется знать следующее:

  • при использовании выходного стабилизатора амплитуда пульсаций существенно снижается;
  • в этом случае на самой микросхеме теряется часть мощности, что сказывается на яркости свечения излучающих приборов;
  • при использовании вместо фирменного стабилизатора фильтрующего электролита большой емкости пульсации не полностью сглаживаются, но остаются в допустимых пределах.

При самостоятельном изготовлении драйвера схему можно упростить, поставив на место выходной микросхемы электролит.

Безопасность при подключении

При работе со схемой включения диодов в сеть 220 Вольт основную опасность представляет соединенный последовательно с ними ограничивающий конденсатор. Под воздействием сетевого напряжения он заряжается до опасного для человека потенциала. Чтобы избежать неприятностей в этой ситуации рекомендуется:

  • предусмотреть в схеме специальную разрядную резисторную цепочку, управляемую отдельной кнопкой;
  • если сделать это невозможно, перед началом настойки после отключения от сети следует разряжать конденсатор с помощью жала отвертки;
  • не устанавливать в цепь питания диодов полярные конденсаторы, обратный ток которых достигает значений, способных «выжечь» схему.

Подключить светодиодные элементы на 220 Вольт удается лишь с помощью специальных элементов, вводимых в схему дополнительно. В этом случае можно обойтись без понижающего трансформатора и блока питания, традиционно используемых для подключения низковольтных осветителей. Основная задача добавочных элементов в схеме подключения светодиода в 220В – ограничить и выпрямить ток через него, а также защитить полупроводниковый переход от обратной полуволны.

Как подключить светодиод | ТК «ZANAMI»

СВЕТОДИОДЫ. ВИДЫ, ТИПЫ СВЕТОДИОДОВ. ПОДКЛЮЧЕНИЕ И РАСЧЕТЫ.

Вот так светодиод выглядит в жизни :   
А так обозначается на схеме :  

ДЛЯ ЧЕГО СЛУЖИТ СВЕТОДИОД?

Светодиоды излучают свет, когда через них проходит электрический ток.

Были изобретены в 70-е года прошлого века для смены электрических лампочек, которые часто перегорали и потребляли много энергии.

ПОДКЛЮЧЕНИЕ И ПАЙКА

Светодиоды должны быть подключены правильным образом, учитывая их полярность + для анода и к для катода Катод имеет короткий вывод, более короткую ножку.  Если вы видите внутри светодиода его внутренности — катод имеет электрод большего размера (но это не официальные метод).


Светодиоды могут быть испорчены в результате воздействия тепла при пайке, но риск невелик, если вы паяете быстро.  Никаких специальных мер предосторожности применять не надо для пайки большинства светодиодов, однако бывает полезно ухватиться за ножку светодиода пинцетом – для теплоотвода.

ПРОВЕРКА СВЕТОДИОДОВ

Никогда не подключайте светодиодов непосредственно батарее или источнику питания!
Светодиод перегорит практически моментально, поскольку слишком большой ток сожжет его.  Светодиоды должны иметь ограничительный резистор.Для быстрого тестирования 1кОм резистор подходит большинству светодиодов если напряжение 12V или менее. Не забывайте подключать светодиоды правильно, соблюдая полярность!

ЦВЕТА СВЕТОДИОДОВ

Светодиоды бывают почти всех цветов: красный, оранжевый, желтый, желтый, зеленый, синий и белый.  Синего и белого светодиода немного дороже, чем другие цвета.
Цвет светодиодов определяется типом полупроводникового материала, из которого он сделан, а не цветом пластика его корпуса.  Светодиоды любых цветов бывают в бесцветном корпусе, в таком случае цвет можно узнать только включив его…

МНОГОЦВЕТНЫЕ СВЕТОДИОДЫ

Устроен многоцветный светодиод просто, как правило это красный и зеленый объединенные в один корпус с тремя ножками.  Путём изменения яркости или количества импульсов на каждом из кристаллов можно добиваться разных цветов свечения.

РАСЧЕТ СВЕТОДИОДНОГО РЕЗИСТОРА

Светодиод должен иметь резистор последовательно соединенный в его цепи, для ограничения тока, проходящего через светодиод, иначе он сгорит практически мгновенно…
Резистор R определяется по формуле :
R = (V S — V L) / I

V S = напряжение питания
V L= прямое напряжение, расчётное для каждого типа диодов (как правилоот 2 до 4волт)
I = ток светодиода (например 20мA), это должно быть меньше максимально допустимого для Вашего диода
Если размер сопротивления не получается подобрать точно, тогда возьмите резистор большего номинала.  На самом деле вы вряд-ли заметите разницу… совсем яркость свечения уменьшится совсем незначительно.
Например:  Если напряжение питания V S = 9 В, и есть красный светодиод (V = 2V), требующие I = 20мA = 0.020A,
R = (- 9 В) / 0.02A = 350 Ом. При этом можно выбрать 390 Ом (ближайшее стандартное значение, которые больше).

ВЫЧИСЛЕНИЕ СВЕТОДИОДНОГО РЕЗИСТОРА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЗАКОНА ОМА

Закон Ома гласит, что сопротивление резистора R = V / I, где : 
V = напряжение через резистор (V = S — V L в данном случае), 
I = ток через резистор.
Итак R = (V S — V L) / I

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ

Если вы хотите подключить несколько светодиодов сразу – это можно сделать последовательно. Это сокращает потребление энергии и позволяет подключать большое количество диодов одновременно, например в качестве какой-то гирлянды.

Все светодиоды, которые соединены последовательно, долдны быть одного типа.  Блок питания должен иметь достаточную мощность и  обеспечить соответствующее напряжение.


Пример расчета :
Красный, желтый и зеленый диоды — при последовательном соединении необходимо напряжение питания — не менее  8V, так 9-вольтовая батарея будет практически идеальным источником.
V L = 2V +  2V + 2V = 6V (три диода, их напряжения суммируются).
Если напряжение питания V S 9 В и ток диода = 0.015A,
Резистором R = (V S — V L) / I = (9 — 6) /0,015 = 200 Ом
Берём резистор 220 Ом (ближайшего стандартного значения, которое больше).

ИЗБЕГАЙТЕ ПОДКЛЮЧЕНИЕ СВЕТОДИОДОВ В ПАРАЛЛЕЛИ!

Подключение несколько светодиодов в параллели с помощью одного резистора не очень хорошая идея…


Как правило, светодиоды имеют разброс параметров, требуют несколько различные напряжения каждый.., что делает такое подключение практически нерабочим. Один из диодов будет светиться ярче и брать на себя тока больше, пока не выйдет из строя. Такое подключение многократно ускоряет естественную деградацию кристалла светодиода.  Если светодиоды соединяются параллельно, каждый из них должен иметь свой собственный ограничительный резистор.

МИГАЮЩИЕ СВЕТОДИОДЫ

Мигающие светодиоды выглядят как обычные светодиоды, они могут мигать самостоятельно потому, что содержат встроенную интегральную схему.  Светодиод мигает на низких частотах, как правило 2-3 вспышки в секунду.  Такие безделушки делают для автомобильных сигнализаций, разнообразных индикаторов или детских игрушек.

ЦИФРОБУКВЕННЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ ИНДИКАТОРЫ

Светодиодные цифробуквенные индикаторы сейчас применяются очень редко, они сложнее и дороже жидкокристаллических. Раньше, это было практически единственным и самым продвинутым средством индикации, их ставили даже на сотовые телефоны 🙂

СМОТРИТЕ ТАКЖЕ:
  1. Светодиоды GNL повышенной яркости диаметром 5 мм
  2. Блоки питания для светодиодов 12 V
  3. Программируемый контроллер класса Dominator

распиновка и схема подключения диода в цепь постоянного и переменного тока через резистор и без своими руками > Свет и светильники

Двухцветный светодиод: характеристики диодов с двумя и тремя выводами, схема подключения

Читайте, что такое двухцветный светодиод, какая у него конструкция и принцип работы. Узнайте. Где эти элементы используются и как подключаются. Какие системы управления создаются на основе диодов с током до 1 А и таймером 555. Что можно сделать из двухцветных светодиодов в домашних условиях. Какие недостатки у самодельных приборов на основе этого типа радиоэлементов....

08 02 2021 4:31:54

Лазерный диод: подключение светодиодного лазера

Узнайте, что такое лазерный диод, как он устроен, принцип действия и разновидности. Читайте, какими особенностями обладают элементы с разной длиной волны и цветом луча. Уточните для себя специфику подключения и необходимость использования дополнительных устройств....

06 02 2021 23:18:58

Энергосберегающая лампа - что это, какие бывают эконом лампочки, виды и типы энергосберегательных осветительных приборов для дома

Узнайте, что такое энергосберегающие лампы, какие виды предлагаются в магазинах, чем они отличаются друг от друга. Читайте, как выбрать лампочку по мощности, размерам, цоколю, мощности потока света, производителю. Почему компактные люминесцентные и светодиодные лампы лучше, чем лампочки накаливания....

17 01 2021 20:56:34

Схема энергосберегающей лампы: принцип работы и устройство

Читайте здесь, как устроена и работает схема энергосберегающей лампы, какие виды таких приборов освещения существуют, какие у них главные эксплуатационные характеристики, каковы принципы и устройство их работы, какие компоненты составляют их схему и как происходит зажигание....

12 01 2021 19:54:56

Галогенные лампы: что это такое, типы, срок службы, температура, мощность и чем отличается от лампочек накаливания

Читайте здесь, что такое галогеновые лампы, чем они отличаются от обычных лампочек накаливания, какое у них устройство, принцип работы, плюсы и минусы, а также какие их виды существуют для домашнего применения и каковы их главные особенности....

04 01 2021 5:57:23

из бутылки: как сделать настольную лампу, люстру и бра своими руками

Читайте здесь, как своими руками изготовить светильник из бутылки, какие его виды бывают и где они используются, как своими руками сделать ночник, лампу и настенное бра из бутылки, какие материалы и инструменты для этого потребуются и как выглядят этапы их сборки....

02 01 2021 18:19:54

Диммируемые светодиодные лампы: что такое диммирование, потолочные светильники и лампы с диммером, бывают ли регулируемые лампочки e14, e27, g4

Смотрите здесь, что такое диммер и каковы особенности его работы, как выбрать диммируемые светодиодные лампы. Узнайте, что такое мерцание светодиодов, уровни диммирования и какие существуют цоколи ламп. Читайте, что такое цветовая температура, световой поток и индекс цветопередачи....

13 12 2020 2:34:54

Подсветка для унитаза с датчиком движения

Узнайте, что такое подсветка для унитаза, как она работает и устанавливается. Читайте, чем полезен датчик движения, какими возможностями он обладает. Запомните, как выбирать подходящий прибор и в каких странах их чаще всего производят....

08 12 2020 16:21:25

Замена лампы ближнего света Рено Логан: как поменять лампочку на новую в фаре

Читайте, какие виды и конструкции ламп используются в головном освещении автомобилей Рено Логан первого и второго поколения. Узнайте, как выбрать оптимальный вид светильника, какие производители и модели наиболее популярны и востребованы. Запомните порядок действий для замены ламп ближнего света....

20 11 2020 19:52:14

Цветы светильники из изолона: как сделать ростовой торшер в виде большой розы

Читайте здесь, как сделать цветы светильники из изолона своими руками, какие инструменты и материалы для этого потребуются, из каких основных этапов состоит процесс изготовления цветка, стеблей и листьев, и как правильно подсоединить шнур с выключателем и патрон для лампочки в собранный светильник....

19 11 2020 18:16:11

Контурная подсветка и архитектурное освещение зданий

Читайте здесь, что такое контурная подсветка зданий, каковы ее общие задачи, какие требования, нормы и правила существуют для этого типа освещения, какие главные виды контурной подсветки фасадов бывают, чем они отличаются, а также какие виды светильников в них применяются....

18 11 2020 13:28:40

Прибор для проверки светодиодов своими руками: схема супер тестера Led

Читайте, как сделать прибор для проверки светодиодов своими руками. Узнайте, вы каких ситуациях самоделка лучше приобретенного в магазине прибора. Почему выходят из строя светодиодные элементы в лампах, лентах, телевизорах. Почему не стоит заниматься ремонтом телевизора самостоятельно....

07 11 2020 1:54:25

КПД светодиода: эффективность светодиодной лампы и светильника

Читайте здесь, что такое К П Д светодиода, как его измерить и улучшить, как с помощью домашнего колориметра провести опыт по его подсчету для любого светодиода, как соотносится яркость и мощность, почему может ухудшиться К П Д и какими образом можно его повысить....

06 11 2020 20:55:45

Мощные светодиоды: какая яркость у самых мощных диодов

Читайте здесь, что такое мощные светодиоды, какие производители и с какими особенностями их изготавливают, какие главные параметры наиболее полно их характеризуют, в каких областях они чаще всего применяются и какие входят в Т О П популярных на сегодня моделей....

04 11 2020 19:12:33

Лампа ближнего света Лансер: какой цоколь подходит и как поменять

Узнайте, какие лампы используются для ближнего света в фарах Мицубиси Лансер 10. Сохраните для себя списки популярных и эффективных моделей подобных светильников. Читайте, как производится замена ближнего света на Лансере 10, какие предохранители отвечают за эти лампы, и где их можно найти....

30 10 2020 2:26:28

Подсветка WLED: что это, отличия, лучше LED или WLED

Узнайте, что такое подсветка WLED, каковы ее преимущества и чем она отличается от альтернативных видов конструкции. Выясните, какие изменения такая технология вносит в цветопередачу, уточните остальные преимущества, возможности и особенности....

12 10 2020 1:58:17

Подсветка витрин: освещение для прилавков и витрин лентой со светодиодами

Узнайте, какое значение имеет подсветка витрин, ее возможности, способность привлекать покупателей и создавать эксклюзивный вид для обычной стандартной витрины. Выясните, какие существуют требования и нормы для осветительных приборов на витринах. Ознакомьтесь с порядком монтажа светодиодной ленты....

11 10 2020 5:55:34

Замена лампы ближнего света Рено Меган 2

Читайте здесь, как происходит замена лампы ближнего света Рено Меган 2 своими руками, какие лампы для этого подойдут, каковы главные особенности процедуры, как выполнить ее через отверстия в подкрылках и моторный отсек....

03 10 2020 6:28:58

Как подключить светодиоды к 220 В используя простые схемы

Достаточно часто нам приходится сталкиваться с таким вопросом - как подключить светодиоды к 220 В, или попросту к электрической сети переменного напряжения. Как таковое, прямое подключение диода напрямую к сети не несет никакой смысловой нагрузки. Даже при использовании определенных схем мы не получим необходимого эффекта.

Если нам необходимо подключить светодиод к сети постоянного напряжения, то такая задача решается очень просто - ставим ограничительный резистор и забываем. Светодиод как работал "в прямом направлении" так и будет работать. Резисторы любого номинала, а также наборами можно купить в этом магазине буквально за копейки и с бесплатной доставкой!

Если же нам необходимо использовать сеть 220 В для подключения LED, то на него будет уже воздействовать обратная полярность. Это хорошо видно, взглянув на график синусоиды, где каждый полупериод синусоида имеет свойство менять свой знак на противоположный.

В данном случае мы не получим свечение в этом полупериоде. В принципе, ничего страшного))), но светодиод выйдет из строя очень быстро.

Вообще гасящий резистор стоит выбирать из условия расчетного напряжения в 310 В. Объяснять почему так - муторное занятие, но стоит просто это запомнить, т.к. действующее значение напряжения составляет 220 В, а амплитудное уже увеличивается на корень из двух от действующего. Т.е. таким образом мы получаем приложенное прямое и обратное напряжение к светодиоду. Резистор подбирается на 310В обратной полярности, дабы защитить светодиод. Каким образом можно произвести защиту мы посмотрим ниже. На нашем сайте есть уже подготовленный калькулятор расчета резистора для светодиода.

к оглавлению ↑

Как подключить светодиоды к 220 В по простой схеме, используя резисторы и диод - вариант 1


Первая схема работает по принципу гашения обратного полупериода. Подавляющее большинство полупроводников отрицательно относятся к обратному напряжение. Для блокировки его нам нужен диод. Как правило, в большинстве случаев используют диоды типа IN4004, рассчитанный на напряжение больше 300 В.

к оглавлению ↑

Подключение LED по простой схеме с резистором и диодом - вариант 2


Другая простая схема показывает, как подключить светодиоды к 220 В переменного напряжения не намного сложнее и ее также можно отнести к простым схемам.

Рассмотрим принцип работы. При положительной полуволне ток идет сквозь резисторы 1 и 2, а также сам светодиод. В данном случае стоит помнить, что падение напряжения на светодиоде будет обратным для обычного диода - VD1. Как только в схему "попадает" отрицательная полуволна 220 В, ток пойдет через обычный диод и резисторы. В этом случае уже прямое падение напряжение на VD1 будет обратным по отношению к светодиоду. Все просто.

При положительной полуволне сетевого напряжения ток протекает через резисторы R1, R2 и светодиод LED1 (при этом прямое падение напряжения на светодиоде LED1 является обратным напряжением для диода VD1). При отрицательной полуволне сетевого напряжения ток протекает через диод VD1 и резисторы R1, R2 (при этом прямое падение напряжения на диоде VD1 является обратным напряжением для светодиода LED1).

к оглавлению ↑

Расчетная часть схемы


Номинальное напряжение сети:

UС.НОМ = 220 В

Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):

UС.МИН = 170 В
UС.МАКС = 250 В

Принимается к установке светодиод LED1, имеющий максимально допустимый ток:

ILED1.ДОП = 20 мА

Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода LED1:

ILED1.АМПЛ.МАКС = 0,7*ILED1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА

Падение напряжения на светодиоде LED1(опытные данные):

ULED1 = 2 В

Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:

UR.ДЕЙСТВ.МИН = UС.МИН = 170 В
UR.ДЕЙСТВ.МАКС = UС.МАКС = 250 В

Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

RЭКВ.РАСЧ = UR.АМПЛ.МАКС/ILED1.АМПЛ.МАКС = 350/14 = 25 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ.РАСЧ = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт

Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.РАСЧ = PR.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт

Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:

PR.ДОП = 2·2 = 4 Вт

Расчетное сопротивление каждого резистора:

RРАСЧ = 2*RЭКВ.РАСЧ = 2*25 = 50 кОм

Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:

R1 = R2 = 51 кОм

Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

RЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт

Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:

ILED1.АМПЛ.МИН = IVD1.АМПЛ.МИН = UR.АМПЛ.МИН/RЭКВ = 240/26 = 9,2 мА
ILED1.АМПЛ.МАКС = IVD1.АМПЛ.МАКС = UR.АМПЛ.МАКС/RЭКВ = 350/26 = 13 мА

Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:

ILED1.СР.МИН = IVD1.СР.МИН = ILED1.ДЕЙСТВ.МИНФ = 3,3/1,1 = 3,0 мА
ILED1.СР.МАКС = IVD1.СР.МАКС = ILED1.ДЕЙСТВ.МАКСФ = 4,8/1,1 = 4,4 мА

Обратное напряжение диода VD1:

UVD1.ОБР = ULED1.ПР = 2 В

Расчетные параметры диода VD1:

UVD1.РАСЧ = UVD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В
IVD1.РАСЧ = UVD1.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА

Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:

UVD1.ДОП = 30 В
IVD1.ДОП = 20 мА
I0.МАКС = 250 мкА

к оглавлению ↑

Минусы использования схемы подключения светодиодов к 220 В по варианту 2


Главные недостатки подключения светодиодов по этой схеме - малая яркость светодиодов, за счет малого тока. ILED1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: PR.МАКС = 2,4 Вт.

к оглавлению ↑

Вариант 3 подключения LEDs к электрической сети переменного напряжения 220 В


При положительном полупериоде ток протекает через резистор R1, диод и светодиод. При отрицательном ток не протекает, т.к. диод в этом случае включается в обратное направление.

Расчет параметров схемы аналогичен второму варианту. Кому надо - посчитает и сравнит. Разница небольшая.

к оглавлению ↑

Минусы подключения по 3 варианту


Если самые "пытливые умы" уже посчитали, то могут сравнить данные со вторым вариантом. Кому лень - придется поверить на слово. Минус такого подключения - также низкая яркость светодиода, т.к. ток протекающий через полупроводник составляет всего ILED1.СР = (2,8-4,2) мА.

Зато при такой схеме мы получаем заметное снижение мощности резистора: РR1.МАКС = 1,2 Вт вместо 2,4 Вт полученных ранее.

к оглавлению ↑

Подключение светодиода на 220 В с использованием диодного моста - 4 вариант


Как видно на графической картинке, в данном случае для подключения на 220 мы используем резисторы и диодный мост.

В данном случае ток через 2 резистора и светодиод ток будет протекать как при положительной, так и при отрицательной полуволне синусоиды за счет использования выпрямительного моста на диодах VD1-VD4.

UVD.РАСЧ = UVD.ОБР/0,7 = 2,6/0,7 = 3,7 В
IVD.РАСЧ = UVD.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА

Принимаются диоды VD1-VD4 типа Д9В, имеющие следующие основные параметры:

UVD.ДОП = 30 В
IVD.ДОП = 20 мА
I0.МАКС = 250 мкА

к оглавлению ↑

Недостатки схемы подключения по 4 варианту


Если все рассчитать по приведенным выше формулам, то можно провести аналогию со 2 вариантом подключения. Минусом будет большая мощность на резисторах: PR.МАКС = 2,4 Вт.

Однако при такой схеме мы получим заметное увеличение яркости светодиода: LED1: ILED1.СР = (5,9-8,7) мА вместо (2,8-4,2) мА

В принципе, это самые распространенные схемы, которые нам показывают как подключить светодиоды к 220 В с применением обычного диода и резисторов. Для простоты понимания были приведены расчеты. Не для всех, может быть понятные, но кому надо, тот найдет, прочитает и разберется. Ну а если нет, то достаточно будет простой графической части.

к оглавлению ↑

Как подключить светодиод к 220 В используя конденсатор


Выше мы посмотрели, как легко, используя только диоды и резисторы, подключить к сети 220 В любой светодиод. Это были простые схемы. Сейчас посмотрим на более сложные, но лучшие в плане реализации и долговечности. Для этого нам понадобится уже конденсатор.

Токоограничивающий элемент - конденсатор. На схеме - C1. Конденсатор должен быть рассчитан на работу с напряжением не менее 400 В. После зарядки последнего ток через него будет ограничивать резистор.

к оглавлению ↑

 Подключение светодиода к сети 220 В на примере выключателя с подсветкой


Сейчас уже никого не удивишь выключателем с интегрированной подсветкой в виде светодиода. Разобрав его и разобравшись мы получим еще один способ, благодаря которому можем подключить любой светодиод к сети 220 В.

Во всех выключателях с подсветкой используется резистор с номиналом не менее 20 кОм. Ток в этом случае ограничивается порядка 1А. При включении в сеть такой светодиод будет светиться. Ночью его легко можно различить на стене. Обратный же ток в этом случае будет очень маленьким и не сможет повредить полупроводник. В принципе, такая схема также имеет право на существование, но свет от такого диода будет все-таки ничтожно маленьким. И стоит ли овчинка выделки - не понятно.

к оглавлению ↑

Видео на тему подключения светодиода к сети 220 В


Ну и в конце всего длинного поста посмотрим видео на тему : "как подключить светодиоды к 220 В". Для тех, кому лень все читать было.

Как подключить диоды | Sciencing

Обновлено 27 декабря 2020 г.

Автор S. Hussain Ather

Вы можете задаться вопросом, что позволяет электронным устройствам в вашем доме использовать электричество по-своему. Электрики, которые создают эти приборы, а также другие инструменты, используемые в промышленности, должны знать, как подключать диоды для этих целей.

Установка диода

При подключении диода в электрическую цепь убедитесь, что анод и катод соединены в цепи так, что заряд течет от положительно заряженного анода к отрицательно заряженному катоду.

Вы можете запомнить это, вспомнив, что на принципиальной схеме диода вертикальная линия рядом с треугольником выглядит как отрицательный знак, указывая на то, что конец диода заряжен отрицательно. Вы можете представить, что это означает, что заряды перетекают с положительного конца на отрицательный. Это позволяет вспомнить, как электроны текут в переходе диода.

Помните о потенциале и токе цепи и о том, как они влияют на размещение диода. Вы можете представить диод как переключатель, который размыкается или замыкается, замыкая цепь.Если есть достаточно потенциала, чтобы позволить заряду проходить через диод, переключатель замыкается, и ток течет через него. Это означает, что диод смещен в прямом направлении.

Затем вы можете использовать закон Ома

V = IR

для расчета напряжения В , тока I и сопротивления R для измерения разницы в напряжении между напряжениями. источник и сам диод.

Если вы подключите диод в другом направлении, это приведет к обратному смещению диода, поскольку ток будет течь от катода к аноду.В этом сценарии вы увеличиваете обедненную область диода, область на одной стороне диодного перехода, в которой нет ни электронов, ни дырок (области без электронов).

Движение электронов в отрицательно заряженной области заполнит дырки в положительно заряженной области. При подключении диодов обратите внимание на то, как диод будет меняться в зависимости от направления, в котором он подключен.

Схема диодов

При использовании в электрических цепях диоды обеспечивают протекание тока в одном направлении.Они построены с использованием двух электродов, анода и катода, разделенных материалом.

Электроны текут от анода, где происходит окисление или потеря электронов, к катоду, где происходит восстановление или усиление электронов. Обычно диоды изготавливаются из полупроводников, которые пропускают заряд в присутствии электрического тока или контролируют их сопротивление с помощью процесса, известного как легирование.

Легирование - это метод добавления примесей в полупроводник для создания дырок и превращения полупроводника в либо n-типа (как «отрицательный заряд»), либо p-типа (как в "положительный заряд").

Полупроводник n-типа содержит избыток электронов, расположенных так, что заряд может свободно проходить через него, оставаясь управляемым. Обычно они производятся из мышьяка, фосфора, сурьмы, висмута и других элементов, которые имеют пять валентных электронов. Полупроводник p-типа, с другой стороны, имеет положительный заряд из-за дырок и состоит из галлия, бора, индия и других элементов.

Распределение электронов и дырок позволяет заряду течь между полупроводниками p-типа и n-типа, и, когда они соединены вместе, они создают P-N переход .Электроны из полупроводника n-типа устремляются к полупроводнику p-типа в диодах, которые пропускают ток в одном направлении.

Диоды обычно изготавливают из кремния, германия или селена. Инженеры, создающие диоды, могут использовать металлические электроды в камере без какого-либо другого газа или с газом под низким давлением.

Характеристики диодов

Эти особенности диодов, транспортирующих электроны в одном направлении, делают их идеальными для выпрямителей, ограничителей сигналов, регуляторов напряжения, переключателей, модуляторов сигналов, смесителей сигналов и генераторов. Выпрямители преобразуют переменный ток в постоянный. Пределы сигналов позволяют передавать сигналы определенной мощности.

Регуляторы напряжения поддерживают постоянное напряжение в цепях. Модуляторы сигналов изменяют фазовый угол входного сигнала. Смесители сигналов изменяют проходящую частоту, и генераторы сами генерируют сигнал.

Установка диодов для защиты

Вы также можете использовать диоды для защиты чувствительных или важных компонентов электронных устройств.Вы можете использовать диод, который не проводит ток в нормальных условиях, когда возникает внезапный всплеск напряжения, известный как переходное напряжение, или какое-либо другое резкое изменение сигнала, которое может причинить вред, диод будет подавлять напряжение, не повреждая остальная часть схемы. В противном случае эти удары электрическим током из-за всплесков повредили бы цепь из-за приложения слишком большого напряжения, не позволяя цепи соответствующим образом адаптироваться к нему.

Эти диоды представляют собой диоды , ограничивающие переходное напряжение (TVS), и вы можете использовать их либо для уменьшения переходного напряжения, либо для его направления в другое место вдали от схемы.Кремниевый переход P-N может выдерживать переходное напряжение и после этого вернуться в нормальное состояние после прохождения скачка напряжения. В некоторых ТВС используются радиаторы, которые могут выдерживать скачки напряжения в течение длительных периодов времени.

Типы диодных цепей

В цепях, которые преобразуют мощность от переменного тока (AC) до постоянного тока (DC) могут использовать либо один диод, либо группу из четырех диодов. В то время как устройства постоянного тока используют заряд, который течет в одном направлении, мощность переменного тока переключается между прямым и обратным направлениями через равные промежутки времени.

Это важно для преобразования электроэнергии постоянного тока от электростанций в мощность переменного тока, которая принимает форму синусоидальной волны, используемой в большинстве бытовых приборов. Выпрямители, которые делают это, используют либо один диод, который пропускает только половину волны, либо используют подход двухполупериодного выпрямителя, который использует обе половины формы волны переменного тока.

Схема диода демонстрирует, как происходит такое поведение. Когда демодулятор удаляет половину сигнала переменного тока от источника питания, он использует два основных компонента.Первый - это сам диод или выпрямитель, который увеличивает сигнал на половину цикла переменного тока.

Второй - фильтр нижних частот, который избавляется от высокочастотных составляющих источника питания. Он использует резистор и конденсатор, устройство, которое накапливает электрический заряд с течением времени, и использует частотную характеристику самой схемы, чтобы определить, какие частоты пропускать.

Эти диодные схемы обычно удаляют отрицательную составляющую сигнала переменного тока. Он применяется в радиоприемниках, в которых используется система фильтрации для обнаружения определенных радиосигналов от обычных несущих волн.

Другие типы применения диодов

Диоды также используются для зарядки электронных устройств, таких как сотовые телефоны или ноутбуки, путем переключения с питания, подаваемого батареей электронного устройства, на питание от внешнего источника питания. Эти методы отводят ток от источника, а также гарантируют, что в случае разрядки аккумулятора устройства вы сможете предпринять другие меры для зарядки устройств.

Этот метод применим и к автомобилям. Если аккумулятор вашего автомобиля должен был выйти из строя, вы можете использовать соединительные кабели, чтобы изменить распределение красного и черного кабелей, чтобы использовать диоды, чтобы предотвратить протекание тока в неправильном направлении.

Компьютеры, использующие двоичную информацию в виде нулей и единиц, также используют диоды для работы с деревьями двоичных решений. Они принимают форму логических вентилей , основных блоков цифровых схем, которые пропускают информацию на основе сравнения двух разных значений. Они построены с использованием диодов любого типа, которые намного мельче, чем диоды в других приложениях.

Практическое руководство. Диоды: 6 ступеней (с изображениями)

Если вы в прошлом занимались электронными проектами, есть большая вероятность, что вы уже сталкивались с этим общим компонентом и без раздумий встраивали его в свою схему.Диоды ценны в электронике и служат для множества целей, которые будут рассмотрены в следующих шагах.

Во-первых, что такое диод?

Диод - это полупроводниковое устройство, которое позволяет току течь в одном направлении, но не в другом.

Полупроводник - это вид материала, в данном случае кремний или германий, электрические свойства которого находятся между проводниками (металлами) и изоляторами (стекло, резина). Рассмотрим проводимость: это мера относительной легкости, с которой электроны движутся через материал.Например, электроны легко перемещаются через кусок металлической проволоки. Вы можете изменить поведение чистого материала, такого как кремний, и превратить его в полупроводник, легируя . При легировании вы добавляете небольшое количество примеси в чистую кристаллическую структуру.

Типы примесей, добавляемые к чистому кремнию, можно разделить на N-тип и P-тип.

  • N-тип: при легировании N-типа фосфор или мышьяк добавляются в кремний в небольших количествах в частях на миллиард.И фосфор, и мышьяк имеют по пять внешних электронов, поэтому они смещаются, когда попадают в решетку кремния. Пятому электрону не с чем связываться, поэтому он может свободно перемещаться. Требуется лишь очень небольшое количество примеси, чтобы создать достаточно свободных электронов, чтобы электрический ток мог протекать через кремний. Электроны имеют отрицательный заряд, отсюда и название N-типа.
  • P-тип - При легировании P-типа к чистому кремнию добавляется бор или галлий. Каждый из этих элементов имеет по три внешних электрона.При смешивании с кремниевой структурой они образуют «дыры» в решетке, где электрону кремния не с чем связываться. Отсутствие электрона создает эффект положительного заряда, отсюда и название P-типа. Отверстия могут проводить ток. Дыра с радостью принимает электрон от соседа, перемещая дырку в пространстве.

Диоды изготовлены из двух слоев полупроводникового материала с различными легировками, которые образуют соединение PN . Материал P-типа имеет избыток положительных носителей заряда (дырок), а материал N-типа - избыток электронов.Между этими слоями, где встречаются материалы P-типа и N-типа, дырки и электроны объединяются, причем сверхэлектроны объединяются с избыточными дырками для компенсации друг друга, поэтому создается тонкий слой, в котором нет ни положительных, ни отрицательных носителей заряда. Это называется истощенным слоем .

В этом обедненном слое нет носителей заряда, и ток не может течь через него. Но когда к переходу прикладывается напряжение, так что анод P-типа становится положительным, а катод N-типа - отрицательным, положительные дырки притягиваются через обедненный слой к отрицательному катоду, также отрицательные электроны притягиваются к отрицательному катоду. положительный анод и ток.

Думайте о диоде как об улице с односторонним движением электричества. Когда диод находится в прямом смещении, диод позволяет трафику или току течь от анода к катодной ножке. В обратном токе смещения блокируется, поэтому нет электрического тока через цепь. Когда через диод протекает ток, напряжение на положительном плече выше, чем на отрицательном, это называется прямым падением напряжения на диоде . Сила падения напряжения зависит от материала полупроводника, из которого изготовлен диод.Когда напряжение на диоде положительное, может протекать большой ток, когда напряжение становится достаточно большим. Когда напряжение на диоде отрицательное, ток практически не течет.

Подключение светодиодов

Полярность светодиода

Светодиоды - это диоды, которые представляют собой электронные устройства, которые пропускают ток только в одном направлении. Это означает, что светодиоды (и другие диоды) имеют положительную (+) и отрицательную (-) стороны. Для работы светодиода его необходимо подключить к источнику напряжения правильной стороной.Сторона подачи напряжения диода является положительной (+) стороной, она называется анодом . Отрицательная сторона называется катодом .

Поскольку диоды изготовлены из полупроводникового материала, они имеют очень определенное напряжение, при котором они будут включаться. Если напряжение питания, которое вы используете, больше, чем напряжение включения, вам понадобится резистор между одним из выводов светодиода и подключением к GND или к напряжению питания.

Светодиод резистор

Чтобы убедиться, что светодиод не повреждается слишком большим током, для соединения между ним и источником напряжения требуется резистор.Величина необходимого сопротивления зависит от того, какой ток будет использоваться светодиодом, чтобы он был достаточно ярким, чтобы видеть, но не настолько, чтобы он перегорел. Обычно это около 20 мА для большинства одноцветных светодиодов. Чтобы выбрать правильное значение сопротивления для светодиода, вам также необходимо знать, какое у него напряжение включения (Vf). Красный светодиод потребляет наименьшее количество напряжения для включения, около 1,8 В, в то время как некоторые синие светодиоды требуют более 3,0 В.

Чтобы решить, какое сопротивление вам нужно, вам нужно использовать закон Ома для тока через резистор.Этот ток равен той же величине, которая течет к светодиоду, но напряжение на резисторе другое, потому что светодиод имеет напряжение включения, которое вы вычитаете из напряжения питания:

Напряжение резистора = напряжение питания - напряжение включения светодиода (Vf)

Для расчета сопротивления, необходимого для тока 20 мА для красного светодиода с Vf 2,0 В:

R = (3,3 В - 2,0 В) / 0,02 А = 65 Ом

Вот небольшая таблица с несколькими вариантами резисторов для красных светодиодов с разными значениями Vf:

Поставка Vf R
3.3 v 1.8 v 75 Ом
3.3 v 2.0 v 65 Ом
3.3 v 2.2 v 55 Ом

Все о светодиодах

Диоды серии

Максимальная мощность, которой может управлять один диод, определяется его номинальным обратным напряжением и его номинальным прямым током. В приложениях с высокой мощностью один диод может не иметь достаточной мощности.Для увеличения мощности диоды включаются последовательно.

Подключение диодов серии

В приложениях с очень высоким напряжением номинального обратного напряжения одного диода может быть недостаточно. Затем используется последовательное соединение двух или более диодов (см. Рисунок 1 ниже) для увеличения номинального напряжения. Однако обратное напряжение не может быть равномерно разделено между двумя диодами, диод с меньшим током утечки может иметь чрезмерное обратное напряжение на нем. Даже если мы будем использовать диоды с одинаковыми номерами, их ВАХ могут не совпадать, как показано на рисунке 2.Номинальный ток последовательно соединенных диодов такой же, как номинальный ток одного из диодов. В обратном направлении оба последовательных диода имеют одинаковый обратный ток утечки, но, как показано, имеют разные значения для обратного напряжения. В таком случае диод D 1 может превышать номинальное обратное напряжение.

Рисунок 1: Последовательное соединение диодов Рисунок 2: Характеристики V-I

Принудительное разделение напряжения может быть получено путем подключения резисторов разделения напряжения соответствующего номинала к каждому последовательному диоду.На рис. 3 показан эффект размещения резисторов на диоде. Чтобы быть эффективными, резисторы должны пропускать ток, намного превышающий ток утечки диодов. Эти разделяющие резисторы будут потреблять мощность во время операции обратного смещения, поэтому важно использовать как можно большее сопротивление.

Кроме того, на диоде может быть чрезмерное обратное напряжение из-за разного времени обратного восстановления. Конденсатор, подключенный параллельно каждому диоду (см. Рисунок 4 ниже), защитит диод от скачков напряжения.

Значение резистора распределения напряжения может быть получено следующим образом:

Источник тока

I S = (V D1 / R) + I D1 = (V D2 / R) + I D2

Решение для R ,

R = (V D1 - V D2 ) / (I D2 - I D1 ) ----------------------- -------------------------- Уравнение 1

Мощность, рассеиваемая в R , составляет

P R = I 2 R1 x R + I 2 R2 x R

Рисунок 3: Последовательные диоды с добавленными резисторами Рисунок 4: Последовательная комбинация диодов с резистором и конденсатором Пример 1

Два диода с номинальным напряжением 800 В, и обратным током утечки 1 мА подключены последовательно через источник переменного тока, пиковое значение которого составляет В с (макс.) = 980 В.обратные характеристики показаны на рисунке 2. Определить

.
  1. Обратное напряжение на каждом диоде
  2. Значение резистора разделения напряжения, чтобы напряжение на любом диоде составляло не более 55% от В с (макс.)
  3. Суммарный ток источника и потери мощности в резисторах

Решение:

A. В отсутствие разделения сил ток через диоды является током утечки.Следовательно, при 1 мА, как показано на Рисунке 2

В D1 = 700 В

В D2 = 280 В

B. С принудительным разделением напряжения, например,

В D1 = 55% x 980 = 539 В

В D2 = 900 - 495 = 441 В

Получаем из графика

I D1 = 0,7 мА

I D2 = 1,4 мА

Используя уравнение 1

R = (V D1 - V D2 ) / (I D2 - I D1 )

R = (539 В - 280 В) / (1.4 мА - 0,7 мА)

R = 140 К

C. Ток через R составляет

I R1 = 539 / 140K = 3,85 мА

I R2 = 441 / 140K = 3,15 мА

Ток источника = 0,00385 + 0,0007 = 4,55 мА

или

Источник тока = 0,00315 + 0,0014 = 4,55 мА

Мощность, рассеиваемая в R, составляет

P R = I 2 R1 x R + I 2 R2 x R = 2.1 + 0,44 = 2,54 Вт

Как тестировать диоды с помощью цифрового мультиметра

Цифровые мультиметры могут тестировать диоды одним из двух методов:

  1. Режим тестирования диодов: почти всегда лучший подход.
  2. Режим сопротивления: обычно используется, только если мультиметр не оборудован режимом проверки диодов.
Примечание: В некоторых случаях может потребоваться удалить один конец диода из цепи, чтобы проверить диод.
Что нужно знать о режиме сопротивления при проверке диодов:
  • Не всегда показывает, хороший ли диод или плохой.
  • Не следует принимать, когда в цепь включен диод, поскольку он может давать ложные показания.
  • Может использоваться для проверки неисправности диода в конкретном приложении после того, как проверка диода показывает, что диод неисправен.

Диод лучше всего проверять путем измерения падения напряжения на диоде, когда он смещен в прямом направлении. Диод с прямым смещением действует как замкнутый переключатель, позволяя току течь.

В режиме проверки диодов мультиметра возникает небольшое напряжение между измерительными проводами.Затем мультиметр отображает падение напряжения, когда измерительные провода подключены к диоду при прямом смещении. Процедура тестирования диодов выполняется следующим образом:

  1. Убедитесь, что а) все питание цепи отключено и б) на диоде отсутствует напряжение. В цепи может присутствовать напряжение из-за заряженных конденсаторов. Если это так, необходимо разрядить конденсаторы. Настройте мультиметр на измерение постоянного или переменного напряжения.
  2. Переведите шкалу (поворотный переключатель) в режим проверки диодов.Он может делить место на циферблате с другой функцией.
  3. Подключите щупы к диоду. Запишите отображаемое измерение.
  4. Поменяйте местами измерительные провода. Запишите отображаемое измерение.

Анализ испытаний диодов

  • Хороший диод прямого действия показывает падение напряжения в диапазоне от 0,5 до 0,8 В для наиболее часто используемых кремниевых диодов. Некоторые германиевые диоды имеют падение напряжения от 0,2 до 0,3 В.
  • Мультиметр показывает OL, когда исправный диод имеет обратное смещение.Показание OL указывает на то, что диод работает как разомкнутый переключатель.
  • Неисправный (разомкнутый) диод не позволяет току течь ни в одном направлении. Мультиметр будет отображать OL в обоих направлениях, когда диод открыт.
  • Закороченный диод имеет одинаковое значение падения напряжения (приблизительно 0,4 В) в обоих направлениях.

Мультиметр, установленный в режим сопротивления (Ом), может использоваться в качестве дополнительной проверки диодов или, как упоминалось ранее, если мультиметр не поддерживает режим проверки диодов.

Диод смещен в прямом направлении, когда положительный (красный) измерительный провод находится на аноде, а отрицательный (черный) измерительный провод - на катоде.

  • Сопротивление хорошего диода в прямом смещении должно находиться в пределах от 1000 Ом до 10 МОм.
  • Измерение сопротивления высокое, когда диод смещен в прямом направлении, потому что ток от мультиметра течет через диод, вызывая измерение высокого сопротивления, необходимое для тестирования.
Диод смещен в обратном направлении, когда положительный (красный) измерительный провод находится на катоде, а отрицательный (черный) измерительный провод - на аноде.
  • Обратно смещенное сопротивление исправного диода показывает OL на мультиметре. Диод плохой, если показания одинаковы в обоих направлениях.

Процедура режима сопротивления выполняется следующим образом:

  1. Убедитесь, что а) все питание схемы отключено и б) на диоде отсутствует напряжение. В цепи может присутствовать напряжение из-за заряженных конденсаторов. Если это так, необходимо разрядить конденсаторы. Настройте мультиметр на измерение постоянного или переменного напряжения.
  2. Поверните шкалу в режим сопротивления (Ω). Он может делить место на циферблате с другой функцией.
  3. Подключите щупы к диоду после того, как он был отключен от цепи. Запишите отображаемое измерение.
  4. Поменяйте местами измерительные провода. Запишите отображаемое измерение.
  5. Для получения наилучших результатов при использовании режима сопротивления для проверки диодов сравните показания, снятые с заведомо исправным диодом.
Ссылка: Принципы цифрового мультиметра от Glen A.Мазур, американское техническое издательство.

Связанные ресурсы

Описание диодов

- Инженерное мышление

Узнайте, как работают диоды, а также почему и где мы их используем.

Прокрутите вниз, чтобы посмотреть руководство YouTube.

Что такое диод

Пример диода

Диод выглядит примерно так, как на изображении выше, и бывает разных размеров. Обычно они имеют черный цилиндрический корпус с полосой на одном конце, а также несколько выводов, которые позволяют нам подключить его в цепь.Этот конец известен как анод, а этот конец - катод, и мы увидим, что это значит, позже в видео.

Вы также можете получить другие формы, такие как стабилитрон или даже светодиод, который представляет собой светоизлучающий диод, но мы не будем рассматривать их в этой статье.

Другие примеры диодов

Диод позволяет току течь только в одном направлении.

Представим себе водопровод с установленным поворотным клапаном. Когда вода течет по трубе, она толкает распашную заслонку и продолжает течь.Однако, если вода меняет направление, вода закроет заслонку и не сможет течь. Следовательно, вода может течь только в одном направлении.

Водопроводная труба

Это очень похоже на диод, мы используем их для управления направлением тока в цепи.

Теперь мы анимировали это с помощью потока электронов, в котором электроны перетекают от отрицательного к положительному. Однако в электронике традиционно используется обычный поток, который изменяется от положительного к отрицательному.Обычный ток, вероятно, легче понять, вы можете использовать любой, на самом деле это не имеет значения, просто помните о двух и о том, какой из них мы используем.

Пример светодиода

Итак, если мы подключим диод в простую светодиодную схему, подобную приведенной выше, необходимо отметить, что светодиод будет включаться только тогда, когда диод установлен правильно. Это позволяет току течь только в одном направлении. Таким образом, в зависимости от того, как он установлен, он может действовать как проводник или изолятор.

Полосатый конец подсоединяется к минусу, а черный конец подсоединяется к плюсу, чтобы он действовал как проводник.Это позволяет току течь, мы называем это прямым смещением. Если мы перевернем диод, он будет действовать как изолятор, и ток не будет течь. Мы называем это обратным смещением.

Прямое смещение и обратное смещение

Как работает диод?

Как вы знаете, электричество - это поток свободных электронов между атомами. Мы используем медные провода, потому что в меди много свободных электронов, что облегчает пропускание электричества. Мы используем резину, чтобы изолировать медные провода и обезопасить себя, потому что резина является изолятором, что означает, что ее электроны удерживаются очень плотно и, следовательно, не могут перемещаться между атомами.

Если мы посмотрим на базовую модель атома металлического проводника, у нас есть ядро ​​в центре, и оно окружено рядом орбитальных оболочек, удерживающих электроны. Каждая оболочка содержит максимальное количество электронов, и электрон должен иметь определенное количество энергии, чтобы попасть в каждую оболочку. Электроны, расположенные дальше всего от ядра, обладают наибольшей энергией. Самая внешняя оболочка известна как валентная оболочка, и проводник имеет от 1 до 3 электронов в своей валентной оболочке.

Атом меди

Электроны удерживаются на месте ядром. Но есть еще одна оболочка, известная как зона проводимости. Если электрон может достичь этого, он может вырваться из атома и перейти к другому. У атома металла, такого как медь, зона проводимости и валентная оболочка перекрываются, поэтому электрону очень легко двигаться.

Самая внешняя оболочка уплотнена изолятором. Электрону практически нет места для присоединения. Ядро плотно захватывает электроны, а зона проводимости находится далеко, поэтому электроны не могут добраться до нее, чтобы убежать.Следовательно, электричество не может проходить через этот материал.

Однако есть еще один материал, известный как полупроводник. Кремний - это пример полупроводника. В этом материале слишком много электронов во внешней оболочке, чтобы он мог быть проводником, поэтому он действует как изолятор. Однако следует отметить; что, поскольку зона проводимости довольно близка; если мы дадим некоторую внешнюю энергию, некоторые электроны получат достаточно энергии, чтобы совершить прыжок из баллона в зону проводимости и стать свободными.Поэтому этот материал может действовать как изолятор, так и как проводник.

Чистый кремний почти не имеет свободных электронов, поэтому инженеры добавляют в кремний небольшое количество других материалов, чтобы изменить его электрические свойства.

Изолятор, проводник, полупроводник. Пример

Мы называем это легированием P-типа и N-типа. Мы объединяем эти легированные материалы в диод.

Итак, внутри диода у нас есть два вывода, анод и катод, которые соединяются с некоторыми тонкими пластинами.Между этими пластинами имеется слой легированного кремния P-типа на анодной стороне и слой легированного кремния N-типа на катодной стороне. Все это покрыто смолой для изоляции и защиты материалов.

Пример диода

Давайте представим, что материал еще не легирован, так что внутри находится чистый кремний. Каждый атом кремния окружен 4 другими атомами кремния. Каждому атому требуется 8 электронов в его валентной оболочке, но атомы кремния имеют только 4 электрона в своей валентной оболочке, поэтому они тайком делят электрон со своим соседним атомом, чтобы получить 8 желаемых.Это известно как ковалентное связывание.

Ковалентное соединение

Когда мы добавляем материал N-типа, такой как фосфор, он займет положение некоторых атомов кремния. В валентной оболочке атома фосфора 5 электронов. Так как атомы кремния обмениваются электронами, чтобы получить желаемые 8, им не нужен этот дополнительный электрон, поэтому теперь в материале есть дополнительный электрон, и они могут свободно перемещаться.

Добавление фосфора

При легировании P-типа мы добавляем такой материал, как алюминий.У этого атома всего 3 электрона в валентной оболочке, поэтому он не может предоставить своим 4 соседям один электрон, поэтому одному из них придется обойтись без него. Таким образом, создается дыра, в которой электрон может сидеть и занимать ее.

Итак, у нас есть два легированных куска кремния, один со слишком большим количеством электронов, а другой с недостаточным количеством электронов.

Два материала соединяются, образуя соединение P-N. На этом стыке мы получаем так называемую область истощения. В этой области часть избыточных электронов со стороны N-типа переместится, чтобы занять дырки со стороны P-типа.Эта миграция образует барьер с скоплением электронов и дырок на противоположных сторонах. Электроны заряжены отрицательно, а дырки считаются положительно заряженными. Таким образом, накопление приводит к образованию слегка отрицательно заряженной области и слегка положительно заряженной области. Это создает электрическое поле и предотвращает перемещение большего количества электронов. В типичных диодах разность потенциалов в этой области составляет около 0,7 В.

Пример истощения

Когда мы подключаем источник напряжения через диод, с анодом (P-типа), подключенным к плюсу, а катод (N), соединенным с минусом, это создаст прямое смещение и позволит току течь.Источник напряжения должен быть выше барьера 0,7 В, иначе электроны не смогут сделать перемычку.

Источник напряжения должен быть больше, чем барьер

Когда мы меняем местами источник питания, положительный вывод подключается к катоду N-типа, а отрицательный - к аноду P-типа. Отверстия притягиваются к отрицательному полюсу, а электроны притягиваются к положительному положению, что вызывает расширение барьера, и поэтому диод действует как проводник, препятствуя протеканию тока.

Технические подробности

Пример символа

Диоды представлены на инженерных чертежах символом, подобным изображению выше. Полоса на корпусе обозначена вертикальной линией на символе, а стрелка указывает в направлении обычного тока.

Когда мы смотрим на диод, мы видим эти цифры и буквы на корпусе. Они идентифицируют диод, поэтому вы можете найти технические подробности в Интернете.

I-V Diagram

У диода будет I-V диаграмма, как показано выше.На этой диаграмме показаны характеристики тока и напряжения диода, которые построены в виде изогнутой линии. Эта сторона должна работать как проводник, а эта сторона - как изолятор.

Вы можете видеть, что диод может действовать как изолятор только до определенной разности напряжений на нем. Если вы превысите это значение, он станет проводником и позволит току течь. Это приведет к выходу из строя диода и, возможно, вашей схемы, поэтому вам необходимо убедиться, что размер диода соответствует вашему применению.

Точно так же диод может выдерживать только определенное напряжение или ток при прямом смещении. Значение разное для каждого диода, вам нужно будет просмотреть эти данные, чтобы узнать подробности.

Диод требует определенного уровня напряжения для открытия и пропуска тока в прямом смещении. Большинство из них около 0,6 В. Если мы подадим напряжение меньше этого, он не откроется, чтобы пропустить ток. Но по мере того, как мы увеличиваем это значение, величина тока, который может протекать, будет быстро увеличиваться.

Пример напряжения диода

Диоды также будут обеспечивать падение напряжения в цепи.Например, когда я добавил этот диод в простую светодиодную схему, установленную на макетной плате, я получил значение падения напряжения 0,71 В.

Почему мы их используем

Как уже упоминалось, мы используем диоды для управления направлением тока в цепи. Это полезно, например, для защиты нашей цепи, если источник питания был подключен сзади на переднюю. Диод может блокировать ток и обеспечивать безопасность наших компонентов.

Мы также можем использовать их для преобразования переменного тока в постоянный. Как вы, возможно, знаете, переменный или переменный ток перемещает электроны вперед и назад, создавая синусоидальную волну с положительной и отрицательной половинами, но постоянный или постоянный ток перемещает электроны только в одном направлении, что дает плоскую линию в положительной области.

Если мы подключим первичную сторону трансформатора к источнику переменного тока, а затем подключим вторичную сторону к одному диоду, диод пропустит только половину волны и заблокирует ток в противоположном направлении. Таким образом, цепь проходит только положительную половину цикла, поэтому теперь это очень грубая цепь постоянного тока, хотя ток пульсирует, но мы можем это улучшить.

Пример первичной обмотки

Один из способов сделать это - если мы подключим четыре диода к вторичной стороне, мы создадим двухполупериодный выпрямитель.Диоды контролируют, по какому пути может течь переменный ток, блокируя или позволяя ему проходить. Как мы только что видели, разрешена прохождение положительной половины синусоидальной волны, но на этот раз разрешено прохождение отрицательной половины, хотя это было инвертировано, чтобы превратить ее также в положительную половину. Это дает нам лучшую подачу постоянного тока, потому что пульсация значительно снижается. Но мы все еще можем улучшить это, мы просто добавляем несколько конденсаторов, чтобы сгладить пульсации и в конечном итоге получить плавную линию, чтобы точно имитировать постоянный ток.

Четыре подключенных диода

Мы подробно рассмотрели, как работают конденсаторы в нашей предыдущей статье, проверьте, что ЗДЕСЬ .

Как проверить диод

Для проверки диода нам понадобится мультиметр с настройкой проверки диодов, символ будет выглядеть так. Мы настоятельно рекомендуем вам иметь в своем наборе инструментов хороший мультиметр, который поможет вам как в обучении, так и в диагностике проблем.

Итак, берем наш диод и мультиметр. Подключаем черный провод к концу диода линией.Затем к противоположному концу подключаем красный провод. Когда мы это сделаем, мы должны получить показание на экране.

Например, диод модели 1N4001 дает показание 0,516 В. Это минимальное напряжение, необходимое для открытия диода и протекания тока.

Если теперь поменять местами выводы, подключенные к диодам, мы должны увидеть на экране OL, что означает выход за пределы. Это говорит нам о том, что он не может измерить, это хорошо, потому что он не может замкнуть цепь, поэтому диод выполняет свою работу.

Если мы получаем сообщение о подключении в обеих конфигурациях, значит, компонент неисправен и не должен использоваться.

Неисправный компонент

Чтобы проверить диод в цепи на падение напряжения, мы просто переводим мультиметр в функцию постоянного напряжения, а затем помещаем черный щуп к концу полосы, а красный щуп к черному концу. Это даст нам показание, например 0,71 В, что является падением напряжения.


Блокирующие и байпасные диоды, используемые в солнечных панелях

Это два разных типа диодов, которые могут играть важную роль в функционировании солнечных панелей (на самом деле сами диоды могут быть идентичными, это способ их использования имеет две возможности).Сначала давайте выясним, что такое диод и для чего он нужен -

Что такое диод

В диоде используется полупроводниковый материал, обычно кремний, с двумя присоединенными выводами. Его функция в простейшей форме - позволить электричеству проходить в одном направлении, но не в другом.

Блокирующие диоды

На схеме справа показана простая установка с двумя панелями, заряжающими аккумулятор (для простоты контроллер не показан) с блокирующим диодом, включенным последовательно с двумя панелями, которые также подключены последовательно.Когда светит солнце, пока напряжение, создаваемое двумя панелями, больше, чем напряжение аккумулятора, происходит зарядка.
Однако в темноте, когда панели не производят напряжение, напряжение батареи могло бы вызвать протекание тока в противоположном направлении через панели, разряжая батарею, если бы не блокирующий диод в схема.
Блокирующие диоды пригодятся в любой системе, использующей солнечные батареи для зарядки аккумулятора. Блокирующие диоды обычно входят в конструкцию солнечных панелей, поэтому дополнительные блокирующие диоды не требуются.

Байпасные диоды

Теперь давайте посмотрим, что произойдет, если одна из панелей на приведенной выше схеме будет затенена. Эта панель не только не будет производить значительную мощность, но также будет иметь высокое сопротивление, блокируя поток энергии, производимый незатененной панелью.

Здесь вступают в игру байпасные диоды, как показано на диаграмме справа. Теперь, если одна панель затенена, ток, создаваемый незатененной панелью, может протекать через обходной диод, чтобы избежать высокого сопротивления затененной панели.
Перепускные диоды не будут использоваться, если панели не будут подключены последовательно для получения более высокого напряжения. Скорее всего, они будут полезны, если в контроллере MPPT или инверторе строк используются панели, соединенные последовательно для создания напряжений, значительно превышающих минимальное входное напряжение.
Некоторые солнечные панели состоят из ячеек, разделенных на группы, каждая из которых имеет встроенный байпасный диод.
Затенение части панели может быть вызвано веткой дерева, мусором или снегом.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *