Подключение светодиода к сети 220в: все схемы и расчеты

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.

Напряжение питания светодиодов

Несмотря на то что электрический параметр №1 для светодиода – это номинальный ток, часто для расчётов необходимо знать напряжение на его выводах. Под понятием «напряжение светодиода» понимают разницу потенциалов на p-n-переходе в открытом состоянии.

Оно является справочным параметром и вместе с другими характеристиками указывается в паспорте к полупроводниковому прибору. 3, 9 или 12 вольт… Часто в руки попадают экземпляры, о которых ничего не известно. Так как узнать падение напряжения на светодиоде?

Прекрасной подсказкой в этом случае является цвет свечения, внешняя форма и размеры полупроводникового прибора. Если корпус светодиода выполнен из прозрачного компаунда, то цвет его остаётся загадкой, разгадать которую поможет мультиметр.

Для этого переключатель цифрового тестера переводят в положение «проверка на обрыв» и щупами поочерёдно касаются выводов светодиода. У исправного элемента в прямом смещении будет наблюдаться небольшое свечение кристалла. Таким образом, можно сделать вывод не только о цвете свечения, но и о работоспособности полупроводникового прибора.

Светоизлучающие диоды разных цветов изготавливают из различных полупроводниковых материалов. Именно химический состав полупроводника во многом определяет напряжение питания светодиодов, точнее, падение напряжение на p-n-переходе.

В связи с тем, что в производстве кристаллов используют десятки химических соединений, точного напряжения для всех светодиодов одного цвета не существует. Однако есть определённый диапазон значений, которых зачастую достаточно для проведения предварительных расчетов элементов электронной цепи.

С одной стороны, размер и внешний вид корпуса не влияют на прямое напряжение светодиода. Но, с другой стороны. через линзу можно увидеть количество излучающих кристаллов, которые могут быть соединены последовательно. Слой люминофора в SMD светодиодах может скрывать целую цепочку из кристаллов.

Ярким примером является миниатюрные многокристальные светодиоды от компании Cree, падение напряжения на которых зачастую значительно превышает 3 вольта. В последние годы появились белые SMD светодиоды, в корпусе которых размещено 3 последовательно соединённых кристалла. Их часто можно встретить в китайских светодиодных лампах на 220 вольт.

Естественно убедиться в исправности LED-кристаллов в такой лампе при помощи мультиметра не удастся. Стандартная батарейка тестера выдаёт 9 В, а минимальное напряжение срабатывания трёхкристального белого светоизлучающего диода – 9,6 В. Также встречаются двухкристальная модификация с порогом срабатывания от 6 вольт.

Самые точные данные о прямом падении напряжения на светодиоде можно получить путём проведения практических измерений. Для этого понадобится регулируемый блок питания (БП) постоянного тока с напряжение от 0 до 12 вольт, вольтметр или мультиметр и резистор на 510 Ом (можно больше). Лабораторная схема для тестирования показана на рисунке.

Здесь всё просто: резистор ограничивает ток, а вольтметр отслеживает прямое напряжение светодиода. Плавно увеличивая напряжение от источника питания, наблюдают за ростом показаний на вольтметре. В момент достижения порога срабатывания светодиод начнёт излучать свет.

В какой-то момент яркость достигнет номинального значения, а показания вольтметра перестанут резко нарастать. Это означает, что p-n-переход открыт, и дальнейший прирост напряжения с выхода БП будет прикладываться только к резистору. Текущие показания на экране и будут номинальным прямым напряжением светодиода.

Если ещё продолжить наращивать питание схемы, то расти будет только ток через полупроводник, а разность потенциалов на нём изменится не более чем на 0,1-0,2 вольт. Чрезмерное превышение тока приведёт к перегреву кристалла и электрическому пробою p-n-перехода.

Если рабочее напряжение на светодиоде установилось около 1,9 вольт, но при этом свечение отсутствует, то возможно тестируется инфракрасный диод. Чтобы убедиться в этом, нужно направить поток излучения на включенную фотокамеру телефона. На экране должно появиться белое пятно.

В отсутствии регулируемого блока питания можно запитать светодиод «кроной» на 9 В. Также можно задействовать в измерениях сетевой адаптер на 3 или 9 вольт, который выдаёт выпрямленное стабилизированное напряжение, и пересчитать номинал сопротивления резистора.

Замена люминесцентных ламп Т8 на светодиодные

Часто, при ремонте помещений, выбрасываются совершенно нормальные по внешнему виду, но не работающие настенно-потолочные светильники с люминесцентными лампами.

Хозяин зачастую говорит: «Все старье выбросить, потому что купим новые — светодиодные!» Человек просто не в теме и не знает, что нужно всего-то немного модернизировать схему, установить светодиодные лампы Т8 с цоколем G-13 и спокойно пользоваться не покупая новые светильники, которые вместе с выброшенными обойдутся значительно дороже.

Основные моменты выбора любых светодиодных ламп смотри здесь.

Конструктивные особенности

Для начала следует понять, что представляют собой такие лампы.

С виду, полностью повторяют форму обычных люминесцентных ламп, которые годами использовались в большинстве общественных и административных зданий.

Естественно внутри у них, как и у других светодиодных ламп, имеется драйвер (блок питания), а форма корпуса (трубка) обусловлена сферой применения, в данном случае — прямая замена устаревших люминесцентных ламп.

Корпус светодиодной лампы Т8 бывает двух видов:

Цельная матовая или прозрачная поликарбонатная трубка Ø 26 мм;
Тыльная половина трубки сделана из алюминиевого круглого профиля и выполняет роль радиатора, лицевая — это рассеиватель из поликарбоната.

Рассеиватели для светодиодной лампы Т8 выпускаются как прозрачными, так и матовыми.

Здесь надо отметить что, по личным ощущениям, не высоко расположенные растровые светильники со светодиодными лампами Т8, имеющими прозрачный отражатель, немного слепят и такие лампы я лично ставил бы в закрытые светильники. С другой стороны, матовый рассеиватель «съедает» часть светового потока и при покупке это надо учесть.

В качестве излучателя света применяется светодиодная линейка.

Важно! Некоторые лампы имеют поворотный, с храповым механизмом, цоколь, видимо для возможности лучшей ориентации направления светового потока и при установке светодиодной лампы Т8 нужно будет проследить правильное расположение контактов лампы в патроне. ИМХО продуманная штука, удобно.

Длина трубок светодиодных ламп Т8 с цоколем G-13 соответствует стандартным размерам: 600, 900, 1200, 1500 мм

Длина трубок светодиодных ламп Т8 с цоколем G-13 соответствует стандартным размерам: 600, 900, 1200, 1500 мм.

Световой поток светодиодных ламп Т8 несколько ниже чем у люминесцентных ламп, но у вторых этот показатель падает в течение срока эксплуатации чего практически нельзя сказать о светодиодных лампах. Например, известная фирма Osram заявляет, что при сроке службы 30000 ч. спад светового потока составит 0,7.

Преимущества

Как всегда срок службы светодиодных ламп заявляется производителями 30000 часов и более, но все зависит от производителей драйверов и светодиодов. В целом, замена люминесцентных ламп на светодиодные лампы Т8 имеет под собой целый ряд положительных моментов:

Безопасная и быстрая замена люминесцентных ламп на светодиодные. Не требуется обслуживание, кроме периодической протирки от пыли или грязи. Экономия электроэнергии до 65% по сравнению с люминесцентными лампами на стандартных ПРА; Длительный заявленный срок службы до 50000 ч. (обычно 30000 ч.); Отсутствие мерцания. Можно использовать в детских дошкольных учреждениях; Высокий индекс цветопередачи Ra>80%

Важно для фото- и видеосъемки; Не содержат ртути и соответствуют стандарту RoHS; Как у всех светодиодных ламп широкий диапазон рабочего напряжения 110-240В / 50-60Гц

Недостатки

Практически нет, но некоторые премиум модели ламп дороговаты. Погнавшись за дешевизной, можно нарваться на некачественный продукт.

Подключение

Первым делом при модернизации, нужно отключить подачу электропитания на светильник, а в идеале вообще снять его. Вторым важным моментом является ознакомление с инструкцией и схемой подключения, которая находится либо внутри упаковки, либо нарисована на ней.

Подключение без модернизации светильника. Некоторые светодиодные лампы Т8 предназначены для подключения с электромагнитными ПРА (выкручивается только стартер), причем работа с электронными ПРА чаще всего не допускается, но уже есть и такие.
Другие подключаются напрямую к сети 220 В. В этом случае из схемы светильника исключаются как ПРА, так и стартер, а к лампам просто подводится 220 В. Здесь возможно понадобятся дополнительные провода или как-то срастить старые (смотря какая ситуация).

Вот типичная схема подключения светодиодных ламп Т8 в светильнике. Количество ламп большого значения не имеет.

И в конце как всегда нашел в сети короткое видео, в котором довольно просто и наглядно, очень по-дилетантски показано устройство и подключение светодиодной лампы Т8.

Подключение мигающих и многоцветных светодиодов

Внешне мигающие светодиоды ничем не отличаются от обычных аналогов и могут мигать одним, двумя или тремя цветами по заданному производителем алгоритму. Внутреннее отличие состоит в наличии под корпусом ещё одной подложки, на которой расположен интегральный генератор импульсов. Номинальный рабочий ток, как правило, не превышает 20 мА, а падение напряжения может варьироваться от 3 до 14 В. Поэтому перед подключением мигающего светодиода нужно ознакомиться с его характеристиками. Если их нет, то узнать параметры можно экспериментальным путём, подключившись к регулируемому БП на 5–15 В через резистор сопротивлением 51-100 Ом.

В корпусе многоцветного RGB-светодиода расположены 3 независимых кристалла зелёного, красного и синего цвета. Поэтому при расчёте номиналов резисторов нужно помнить, что каждому цвету свечения соответствует своё падение напряжения.

Самодельные устройства

Индикатор напряжения является обязательным атрибутом в работе электрика. А что делать, когда в наличии не оказалось заводского тестера и необходимо проверить наличие напряжения в сети? Можно сделать пробник своими руками. Перед тем, как сделать индикатор напряжения, нужно еще раз повторить его схему. Контактное жало индикатора подключено к резистору, он нужен чтобы ограничивать ток, протекающий через тело человека, до безопасной величины, тот, в свою очередь, к неоновой лампочке, а она подключена к контактной пластине, которую замыкают пальцем во время работы.

В качестве элемента сопротивления для большей безопасности (чтобы избежать электрического удара при работе с высоким напряжением) рекомендуется применить или один резистор на 1 МОм или если такого нет, два резистора с номинальной величиной для каждого не менее 500 кОм, которые соединяются последовательно. В качестве светового элемента можно использовать любую газоразрядную индикаторную лампу, допускается даже использование неоновой лампы от стартера, который работает в комплекте с люминесцентными лампами-трубками.

Жалом может служить кусочек тонкой стальной проволоки или спицы. Для замыкающего контакта на рукоятке подойдет любая тонкая металлическая пластинка. Все эти элементы соединяются (спаиваются) в последовательности, описанной выше. Например, прозрачная авторучка или фломастер с тонкими стенками (можно прорезать отверстие в корпусе под лампу, если он непрозрачный). Зная, как работает индикаторная отвертка, вполне возможно сделать ее самому.

Если же проверить электрическую цепь на наличие напряжения нужно срочно, и нет времени возиться с паяльником и сложной конструкцией, можно применить еще более простой способ. Для него понадобится только лампочка от стартера и достаточно высокоомный резистор. К одному из контактов лампы прикручивается резистор и самодельный индикатор напряжения готов!

Достаточно лишь взяться за контакт резистора (другим контактом он прикручен к лампе), а свободный контакт лампы выступит в качестве жала данной самоделки. Им нужно дотронуться до проверяемого кабеля. Если провод находится под напряжением, лампочка загорится. Данный пробник подойдет в качестве временного средства, когда под рукой не окажется магазинного тестера.

Особые случаи

В зависимости от вида устройства способы установки и подключения будут иметь особенности.

Модели с галогенными лампами

Галогенные лампочки подключаются параллельно, поэтому при поломке одного компонента остальные будут светиться

При покупке галогеновых ламп важно правильно подобрать мощность. Установка ламп, на которые не рассчитан трансформатор, грозит перегрузкой и поломкой

Для качественного подключения нужно выполнять следующие требования:

Длина проводов от трансформатора до ламп должна быть не более 2 м, чтобы не снижалась яркость свечения из-за потерь.
Нельзя устанавливать галогеновую люстру около источников тепла или на горючем материале.
Запрещено использование диметров для управления галогенками.

Галогенные лампочки подключаются только в перчатках!

Подключение светодиодной люстры

Монтаж производится по стандартному алгоритму. Светодиодную люстру рекомендовано устанавливать в комнатах с подвесным потолком, так как он плохо переносит высокие температуры. При поломке одного светодиодного элемента требуется замена всей ленты. Устанавливая новые компоненты, требуется соблюдать полярности.

При наличии подсветки, гирлянд

Дополнительно в составе прибора могут быть гирлянды и осветители. Они снабжены собственными блоками, которые имеют индивидуальные алгоритмы работы. Для изменения режима подсветки используются более сложные контроллеры и ПДУ.

Китайские люстры

На современном рынке широко представлена и китайская продукция. Они пользуются большим спросом у населения из-за низкой стоимости и большого дизайнерского разнообразия. Китайские устройства имеют в своем составе дешевую электронику, поэтому перед подключением надо обязательно провести предварительные испытания. Следует визуально осмотреть соединения, целостность проводов, изоляционные слои. Каждый контакт требуется проверить отдельно, всю цепь нужно прозвонить. Сломанный элемент требуется заменить.

Схема подключения светодиода к напряжению 220 вольт (гасящий конденсатор)

Схема подключения светодиода к 220 вольтам на вид не сложная, принцип ее работы прост. Алгоритм следующий. При подаче напряжения начинает заряжаться конденсатор С1, при этом фактически с одной стороны он заряжается напрямую, а со второй через стабилитрон. Стабилитрон должен соответствовать напряжению свечения светодиода. Так в итоге полностью заряжается конденсатор. Далее приходит вторая полуволна, когда конденсатор начинает разряжаться. В этом случае напряжение также идет через стабилитрон, который теперь работает в своем штатном режиме и через светодиод. В итоге на светодиод в это время подается напряжение равное напряжению стабилизации стабилитрона

Здесь важно подобрать стабилитрон с тем же номиналом, что и светодиод

Здесь все вроде как просто и теоретически реализуется нормально. Однако точные расчеты не столь просты. Ведь по сути надо рассчитать емкость конденсатора, который будет являться в данном случае гасящим. Делается это по формуле.

Прикинем: 3200*0,02/√(220*220-3*3)=0,29 мКФ. Вот какой должен быть конденсатор при напряжении для светодиода 3 вольта, а токе 0,02 А. Вы же можете подставить свои значения и рассчитать свой вариант.

Радиодетали для подключения светодиода к 220 вольтам

Мощность резистора может быть минимальной вполне подойдет 0.25 Вт (номинал на схеме в омах). Конденсатор (емкость указана в микрофарадах) лучше подобрать с запасом, то есть с рабочим напряжением в 300 вольт. Светодиод может быть любой, например с напряжением свечения от 2 вольт АЛ307 БМ или АЛ 307Б и до 5.5 воль — это КЛ101А или КЛ101Б. Стабилитрон как мы уже упоминали должен соответствовать напряжению питания светодиода, так для 2 вольт это КС130Д1 или КС133А (напряжение стабилизации 3 и 3.3 вольта соответственно), а для 5.5 вольт КС156А или КС156Г

Такой способ имеет свои недостатки, так как при незначительном скачке напряжения или отклонении в работе конденсатора, можем получить напряжения куда более высокое нежели 3 вольта. Светодиод сгорит в один момент. Плюсом является экономичность схемы, так как она импульсная. Скажем так, не высокая надежность, но экономичность. Теперь о варианте комбинированном.

Важные сведения о конденсаторах

Конденсаторы-накопители используются в сети 220 В:

в роли блока питания (если прибор маломощный);
для согласования нагрузок;
для сглаживания напряжения;
для сглаживания силы тока.

Любой из них состоит из 2-х токопроводящих пластин и разделяющего диэлектрика. Заряд копится на пластинах, но не перемещается между ними. Форма может быть цилиндрическая, плоская, сферическая. Диэлектриком служит промасленная бумага, пленка, стекло, слюда, оксиды тантала и алюминия, электролиты.

Конденсаторы с классом защиты X2 предназначены для работы при температуре -40-+110оС с напряжением 250-310 В. Емкость 0.001-2.2 мкФ, основное достоинство – способность выдерживать повышенные нагрузки, вызванные коммутативными процессами или молнией.

Схема плавного включения светодиодов

Схема плавного включения и выключения светодиодов — популярная среди других, ею интересуются автовладельцы, желающие тюнинговать свои машины. Данная схема применяется для подсветки салона автомобиля. Но это не единственное ее применение. Она используется и в других сферах.

Простая схема плавного включения светодиода должна состоять из транзистора, конденсатора, двух резисторов и светодиодов. Необходимо подобрать такие токоограничивающие резисторы, которые смогут пропускать ток в 20 мА через каждую цепочку светодиодов.

Схема плавного включения и выключения светодиодов не будет полноценной без наличия конденсатора. Именно он позволяет ее собрать. Транзистор должен быть p-n-p-структуры. А ток на коллекторе не должен быть меньше 100 мА. Если схема плавного включения светодиодов собрана правильно, то на примере салонного освещения автомобиля за 1 секунду будет проходить плавное включение светодиодов, а после закрытия дверей — плавное выключение.

Вольтамперная характеристика светодиода (ВАХ)

Светодиод – нелинейный элемент электрической цепи, его ВАХ по форме практически идентична обычному кремниевому диоду. На рисунке 1 приведена ВАХ мощного белого светодиода, одного из ведущих мировых производителей.

Рисунок 1

По графику видно, что при увеличении напряжения всего на 0,2 В (например, участок 2,9…3,1 В), сила тока увеличивается более чем в два раза (с 350 мА до 850 мА). Справедливо и обратное: при изменении тока в достаточно широких пределах, падение напряжения изменяется весьма незначительно

Это очень важно

Второй важный момент – падение напряжения от образца к образцу в одной партии может отличаться на несколько десятых долей вольта (технологический разброс). По этой причине источник питания светодиодов должен иметь стабилизацию по току, а не по напряжению. Световой поток, кстати, нормируется также в зависимости от прямого тока. Теперь посмотрим, как эта информация пригодится при выборе схемы подключения.

Последовательное соединение (рисунок 2).

Рисунок 2

На схеме показано последовательное включение трех светодиодов HL1…HL3 к источнику постоянного тока J. Для простоты возьмем идеальный источник тока, т.е. источник, обеспечивающий постоянный ток одинаковой величины, независимо от нагрузки. Поскольку сила тока в замкнутом контуре одинакова, через каждый элемент, последовательно включенный в этот контур, протекает ток одинаковой величины I₁=I₂=I₃=J. Соответственно обеспечивается одинаковая яркость свечения. Разница в падениях напряжения на отдельных светодиодах не имеет в этом случае никакого значения и отражается только на величине разности потенциалов между точками 1 и 2.

Рассмотрим конкретный пример расчета подобной схемы. Пусть требуется обеспечить питание трех последовательно включенных светодиодов током 350 мА. Падение напряжения при этом токе по данным производителя может составлять значение от 2,8 В до 3,2 В.

Рассчитаем требуемый диапазон выходного напряжения источника тока:

U_min=2,8×3=8,4 В;

U_max=3,2×3=9,6 В.

Максимальная мощность потребляемая светодиодами составит P=9,6×0,35=3,4 Вт.

Таким образом источник должен иметь следующие параметры:

Выходной стабильный ток – 350 мА;

Выходное напряжение – 9 В ±0,6В (или ±7%);

Выходная мощность – не менее 3,5 Вт.

Все предельно просто.

Серийно выпускающиеся источники питания для светодиодов (драйверы) обычно имеют более широкий диапазон выходного напряжения, чтобы разработчик светотехнического устройства не был привязан к конкретному количеству излучающих диодов, а имел некоторую свободу действий. В таком случае можно к одному и тому же источнику подключать последовательно, например, от 1-го до 8-ми светодиодов.

Тем не менее, последовательная схема включения имеет свои недостатки.

Во-первых, при выходе из строя одного из диодов в цепи – по понятным причинам гаснут и все остальные. Исключение – короткое замыкание светодиода – в этом случае цепь не обрывается.
Во-вторых, при большом количестве светодиодов, сложнее реализовать низковольтное питание.

Например, в случае если стоит задача запитать 10 светодиодов последовательно (это падение напряжения порядка 30 В) от автомобильного аккумулятора, то без повышающего преобразователя не обойтись. А это уже дополнительные затраты, габариты и снижение КПД.

Параллельное соединение (рисунок 3).

Рисунок 3

Рассмотрим теперь параллельное соединение тех же светоизлучающих диодов.

Согласно первому закону Кирхгофа:

J=I₁+I₂+I₃,

Чтобы обеспечить каждому светодиоду одноваттный режим (I=350мА), источник тока должен выдавать 1050 мА при выходном напряжении порядка 3 В.

Как уже говорилось выше, светодиоды имеют некоторый технологический разброс параметров, поэтому на самом деле токи поделятся не поровну, а пропорционально своим дифференциальным сопротивлениям.

К примеру, если прямое падение напряжения, измеренное на этих светодиодах при токе 350 мА, составляло 2,9 В, 3 В, 3,1 В для HL1, HL2 и HL3 соответственно. То при включении по представленной схеме токи распределятся следующим образом:

I₁≈360 мА;

I₂≈350 мА;

I₃≈340 мА.

Это значит, что и яркость свечения будет разная. Для выравнивания токов в такие цепи обычно последовательно светодиодам включают резисторы (рисунок 4).

Рисунок 4

Выравнивающие резисторы увеличивают потребляемую мощность общей схемы, а следовательно снижают эффективность.

Такой способ соединения чаще всего применяют с низковольтными источниками питания, например в портативных устройствах с электрохимическими источниками тока (аккумуляторами, батарейками). В других случаях рекомендуется соединить светодиоды последовательно.

С помощью техдокументации

Другие способы определения выводов можно поискать в техдокументации на элементы – в справочниках или онлайн-источниках. Для этого как минимум необходимо знать тип светодиода или его производителя. В документации может содержаться информация о габаритах и цоколевке прибора.

Но даже если данных сведений в спецификации не найдется, напрасно усилия не пропадут. Техдокументация может стать источником информации о предельных параметрах электронного прибора. Эти знания помогут правильно выбрать режим работы, а также не допустить выхода светодиода из строя при проверке расположения выводов.

Схемы с емкостными конденсаторами

Подключение мощных светодиодов с емкостными конденсаторами, на первый взгляд, осуществляется довольно простой. Однако в данной ситуации необходимо в первую очередь учитывать мощность резисторов

Также важно помнить, что по параметрам драйверы светодиодов могут довольно сильно отличаться. В связи с этим подбирать конденсаторы для устройства необходимо очень тщательно

В первую очередь оценивается непосредственно блок питания, к которому подсоединяется усилитель. Если рассматривать модификации с пороговым напряжением в 20 В, то емкостный конденсатор в данном случае можно использовать один.

В противном случае их устанавливается два для решения проблем с нелинейными искажениями. В свою очередь чувствительность устройства всегда можно настроить при помощи котроллера. Непосредственно драйвера чаще всего используются импульсного типа. В свою очередь модуляторы можно устанавливать разнообразные. Проблемы с полярностью в данном случае возникнуть не должны. В итоге при блоке питания в 20 В пороговый ток обязан поддерживаться на уровне 3 А. При этом частотность может колебаться в зависимости от скачков напряжения в сети.