Включение светодиода в сеть переменного тока

Принцип работы светодиодного светильника заметно отличается от всех остальных приборов такого рода устройств. Свет в данном случае генерирует полупроводниковый кристалл. Тело накаливания, как в других лампах, здесь попросту отсутствует, так как в полупроводнике электрический ток непосредственно преображается в световое излучение. Такое устройство не нагревается, генерирует световое излучение точно указанной световой температуры и отличается долговечностью.

Однако светодиод 220 Вольт или другой мощности работает только при пропускании тока в прямом направлении. То есть для такого светильника требуется постоянный ток с напряжением в 4–12 Вольт. Соответственно, непосредственно в бытовую электрическую сеть включить светодиод в 220В нельзя.

Принципы работы светодиодов

Исследуя принцип работы светодиода, нужно рассмотреть его основные особенности. Данное устройство обладает единственным электронно-дырочным переходом.

Такое строение необходимо из-за определенных особенностей проводимости компонентов осветлителя. Один полупроводник обладает лишними электронами, а второй – лишними отверстиями.

В результате процесса легирования второй полупроводник наполняется электронами. Когда в точку обогащения полупроводников противоположными зарядами поступает электричество, образовывается прямое смещение.

В устройстве происходит сплавление носителей зарядов с различным электрическим статусом. Отверстия и электроны врезаются друг в друга и выделяют определенное количество энергии – фотон.

Блок питания компьютера — это замечательный источник питания для светодиода или линейки из светодиодов, поскольку он вырабатывает стабилизированное напряжение +5 вольт (В) и +12 В.

Итак, разъем имеет четыре контакта, к которым подходят четыре же провода: два из них черные — это «ноль», один красный выдает напряжение +5 вольт, и один желтый выдает +12 вольт.

Рассмотрим схему подключения одного светодиода.

	При питании от 5 В последовательно со светодиодом необходимо включить ограничительный резистор номиналом от 100 до 200 Ом.
	При питании от 12 В последовательно со светодиодом требуется включить ограничительный резистор номиналом от 400 до 900 Ом.

Рассмотрим схему подключения двух светодиодов.

	При питании двух светодиодов от 5 вольт, в схему надо включить резистор до 100 Ом. Некоторые светодиоды в такой схеме будут светиться слишком тускло (даже без резистора).
	При питании двух светодиодов от 12 В, в схему надо включить резистор от 250 до 600 Ом.

Рассмотрим схему подключения трех и четырех светодиодов.

	При питании трех светодиодов от 12 В, следует использовать резистор номиналом от 100 до 250 Ом.
	Некоторые светодиоды в такой схеме включения будут светиться слишком тускло (даже без резистора).

Универсальный принцип расчета ограничительного резистора описан в статье «Методика расчета питания светодиода».

Выше приведены схемы последовательного включения светодиодов. Существуют также способы параллельного включения светодиодов. Обратите внимание, что под параллельным включением подразумевается схема в которой, когда аноды и катоды всех светодиодов непосредственно сходятся в две точки (два пучка).

Такие схемы, как правило, не экономичны и небезопасны, как для блока питания, так и для светодиодов. Кроме того, схемы параллельного включения более сложны в расчетах, требовательны к источнику питания, поэтому мы будем пользоваться ими только в особых случаях. Просто посмотрим как выглядит такая схема.

При паралельном включении светодиодов следует использовать только одинаковые светодиоды, с минимальным разбросом характеристик. Сопротивление ограничительного резистора должно быть рассчитано и подобрано с высокой степенью точности. В случае выхода из строя одного из светодиодов — остальные могут выгореть по очереди друг за другом в считанные минуты.

Рекомендую никогда не использовать эту схему включения светодиодов. Но если все же условия требуют параллельного включения то советую использовать следующий вариант.

Такая схема параллельного включения светодиодов практически избавлена от опасности последовательного выгорания светодиодов. В данном случае вместо ограничиельного резистора включено несколько обычных выпрямительных диодов разных марок (НЕ светодиодов).

Благодаря падению напряжения на этих диодах, до светодиодов доходит напряжение уже не 5 Вольт, а значительно меньше. Ограничительные диоды подбираются так, чтобы до светодиодов доходило напряжение равное их падению напряжения в открытом состоянии.

Эта схема используется используется автором для круглосуточного светодиодного освещения квартиры.

Схема подключения устройств к компьютеру

К компьютеру подключение светодиодов может осуществляться по-разному. Как правило, конденсаторы с этой целью применяются только фазового типа. В данном случае резисторы могут использоваться открытые, однако пороговое напряжение они обязаны выдерживать не ниже 5 В. Дополнительно следует обращать внимание на частотность светодиода.

Если рассматривать стандартные модели, то они соединяются с блоками питания через усилители. При этом резисторы обязаны располагаться в конце цепи. Если рассматривать мощные светодиоды, то для них потребуется интегральный усилитель. В данном случае драйвера приветствуются с высоким покрытием. Проводимость устройства зависит исключительно от мощности блока питания. Непосредственно соединения светодиода происходит в данном случае через сетевой фильтр.

Как подключить светодиод

Обеспечение работоспособности излучающих свет диодов, предполагает не только наличие источника питания, но и строгого соблюдения схемы подключения.

К 1,5 В

Показатели рабочего напряжения светоизлучающих диодов, как правило, превышают 1,5 В, поэтому сверх яркие светодиоды нуждаются в источнике питания не менее 3,2-3,4 В. При подключении применяется преобразователь напряжения в виде блокинг-генератора на резисторе, транзисторе и трансформаторе.

Запитываем светодиод к 1,5 ватт

Использование упрощенной схемы, лишенной стабилизатора, позволяет обеспечивать непрерывную работоспособность светоизлучающих диодов до снижения напряжения в элементе питания до показателей 0,8 В.

К 5 В

Подключение светодиода к элементу питания с номинальными токовыми показателями на уровне 5 В предполагает подсоединение резистора, имеющего сопротивление в пределах 100-200 Ом.

Параллельное подключение светодиодов

Если подключение в 5 вольт необходимо для установки пары диодов, то в электрическую цепь последовательным способом включается резистор ограничительного типа с сопротивлением не более 100 Ом.

К 9 В

Батарейка типа «Крона» обладает относительно небольшой емкостью, поэтому такой источник питания очень редко применяется для подключения достаточно мощных светодиодов. Согласно максимальному току, не превышающему 30-40 мА, чаще всего осуществляется последовательное подсоединение трёх светоизлучающих диодов, имеющих рабочий ток 20 мА.

К 12 В

Стандартный алгоритм подключения диодов к элементу питания на 12 В включает в себя определение типа блока, нахождение номинального тока, напряжения и потребляемой мощности, а также подсоединение к выводам с обязательным соблюдением полярности. В этом случае резистор размещается на любом участке электрической цепи.

К 220 В

При использовании источников питания 220 В, в обязательном порядке ограничивается ток, который будет протекать через световой диод, что предотвратит перегрев и выход светоизлучающего прибора из строя. Также необходимо понизить уровень обратного светодиодного напряжения с целью предупреждения пробоя.

Схема подключения светодиодов к 220 вольт

Ограничение уровня тока в условиях переменного напряжения осуществляется резисторами, конденсаторами или катушками индуктивности. Питание диода при постоянном напряжении предполагает использование исключительно резисторов.

• Лента со светодиодами.
• Блок питания.
• RGB-контроллер в комплекте с пультом управления (необязательно).
• RGB-усилитель (в некоторых случаях).

В первую очередь выбираем блок питания. Включение линии светодиодов напрямую в сеть 220в недопустимо, она сразу перегорит. Они рассчитаны на напряжение 12 и 24 вольта и постоянный ток. БП преобразует ток в сети (он, как правило, переменный) в постоянный и понижает напряжение. Характеристики ленты написаны на этикетке.

БП рекомендуем выбирать с запасом хотя бы 30%. Если характеристики с лентой будут совпадать, то блок станет работать на износ, и срок его службы сократится.

RGB-контроллер подключается в цепи между БП и светодиодами. Он регулирует яркость и цвет светодиодов.

Если контроллер не нужен, то можно подключить к питанию напрямую. Тогда нужно к «+» контакту блока (некоторые виды БП называют драйверами) присоединить «+» проводок ленты. А к «-» драйвера сразу три цветовых провода.

В некоторых случаях для того, чтобы правильно подключить rgb ленту, необходимо добавить в цепь усилитель. Об этом ниже.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

• С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.

Рис. 3. Понижение трансформатором с отводом от средней точки

• Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.

Рис. 4. Использование автотрансформатора

• Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

• Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
• Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
• Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
• Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

• величины напряжения;
• сопротивления нагрузки;
• мощности источника.

Если вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

• R – сопротивление резистора;
• R_Н – сопротивление прибора нагрузки;
• I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
• U_C – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.