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Come collegare il LED alla rete di illuminazione
Dopo aver letto questo titolo, qualcuno potrebbe chiedere: "Perché?" Sì, se ti attacchi diodi emettitori di luce anche se è collegato secondo un certo schema, non ha valore pratico, non porterà alcuna informazione utile. Ma se si collega lo stesso LED in parallelo con un elemento riscaldante controllato da un regolatore di temperatura, è possibile controllare visivamente il funzionamento dell'intero dispositivo. A volte questa indicazione consente di eliminare molti piccoli problemi e problemi.
Alla luce di ciò che è già stato detto sull'accensione dei LED negli articoli precedenti, l'attività sembra banale: basta impostare il resistore limitatore del valore desiderato e il problema è stato risolto. Ma tutto questo va bene, se si alimenta il LED con una tensione costante rettificata: quando hanno collegato il LED in avanti, è rimasto.
Quando si lavora su una tensione alternata, non tutto è così semplice. Il fatto è che, oltre alla tensione diretta, il LED sarà influenzato anche dalla tensione di polarità inversa, poiché ogni semiciclo della sinusoide cambia il segno al contrario. Questa tensione inversa non illumina il LED, ma può diventare inutilizzabile molto rapidamente. Pertanto, è necessario adottare misure per proteggere da questa tensione "dannosa".
Nel caso della tensione di rete, il calcolo della resistenza di tempra dovrebbe essere basato su una tensione di 310 V. Perché? Qui tutto è molto semplice: 220V lo è tensione di corrente, il valore dell'ampiezza è 220 * 1.41 = 310V. La tensione di ampiezza alla radice di due (1,41) volte maggiore della corrente, e questo non dovrebbe essere dimenticato. Ecco la tensione diretta e inversa applicata al LED. È dal valore di 310 V che deve essere calcolata la resistenza della resistenza di tempra, ed è da questa tensione, solo di polarità inversa, che il LED è protetto.
Come proteggere il LED dalla tensione inversa
Per quasi tutti i LED, la tensione inversa non supera i 20 V, perché nessuno avrebbe fatto un raddrizzatore ad alta tensione su di essi. Come sbarazzarsi di tale sventura, come proteggere il LED da questa tensione inversa?
Si scopre che tutto è molto semplice. Il primo modo è accendere quello normale con il LED diodo raddrizzatore con alta tensione inversa (non inferiore a 400 V), ad esempio 1N4007 - tensione inversa 1000 V, corrente diretta 1A. È lui che non mancherà l'alta tensione di polarità negativa al LED. Lo schema di tale protezione è mostrato in Fig. 1a.
Il secondo metodo, non meno efficace, è semplicemente quello di deviare il LED con un altro diodo, acceso contro-parallelo, Fig. 1b. Con questo metodo, il diodo di protezione non deve nemmeno essere con una tensione inversa elevata, qualsiasi diodo a bassa potenza, ad esempio KD521, è sufficiente.
Inoltre, puoi semplicemente accendere il contrario - in parallelo, due LED: aprendosi uno per uno, si proteggeranno a vicenda e persino entrambi emetteranno luce, come mostrato nella Figura 1c. Questo risulta già il terzo metodo di protezione. Tutti e tre gli schemi di protezione sono mostrati nella Figura 1.
Figura 1. LED di protezione del circuito contro la tensione inversa
La resistenza di limitazione in questi circuiti ha una resistenza di 24 KΩ, che fornisce una corrente di circa 220/24 = 9,16 mA con una tensione attiva di 220 V, che può essere arrotondata a 9. Quindi, la potenza della resistenza di spegnimento sarà 9 * 9 * 24 = 1944 mW, quasi due watt. Questo nonostante il fatto che la corrente attraverso il LED sia limitata a 9mA. Ma l'uso prolungato della resistenza alla massima potenza non porterà a nulla di buono: prima diventerà nero e poi si brucerà completamente. Per evitare ciò, si consiglia di installare in serie due resistori da 12Kohm con una potenza di 2W ciascuno.
Se si imposta il livello corrente su 20 mA, quindi resistenza di potenza sarà ancora di più - 20 * 20 * 12 = 4800mW, quasi 5W! Naturalmente, nessuno può permettersi una stufa di tale potenza per il riscaldamento degli ambienti. Questo si basa su un LED, ma se ci fosse un intero Ghirlanda a LED?
Condensatore - resistenza senza watt
Nel circuito mostrato in Figura 1a, il diodo di protezione D1 "interrompe" il semiciclo negativo della tensione alternata, quindi la potenza del resistore di spegnimento viene dimezzata. Tuttavia, il potere rimane molto significativo. Pertanto, spesso come resistenza limitante condensatore di zavorra: limiterà la corrente non peggio di una resistenza, ma non emetterà calore. Dopotutto, non è per niente che un condensatore viene spesso chiamato resistenza libera. Questo metodo di commutazione è mostrato nella Figura 2.
Figura 2. Schema per l'accensione del LED attraverso il condensatore di zavorra
Qui tutto sembra andare bene, anche se esiste un diodo protettivo VD1. Ma non vengono forniti due dettagli. In primo luogo, il condensatore C1 dopo aver spento il circuito può rimanere in uno stato carico e conservare la carica fino a quando qualcuno lo scarica con la propria mano. E questo, credimi, succederà sicuramente un giorno. La scossa elettrica non è ovviamente fatale, ma piuttosto sensibile, inaspettata e spiacevole.
Pertanto, al fine di evitare tale fastidio, questi condensatori di tempra vengono deviati da un resistore con una resistenza di 200 ... 1000 K. La stessa protezione è installata in alimentatori senza trasformatore con condensatore di spegnimento, accoppiatori ottici e altri circuiti. Nella Figura 3, questo resistore è designato come R1.
Figura 3. Schema di collegamento del LED alla rete di illuminazione
Oltre alla resistenza R1, anche la resistenza R2 appare sul circuito. Il suo scopo è limitare l'afflusso di corrente attraverso il condensatore quando viene applicata la tensione, il che aiuta a proteggere non solo i diodi, ma il condensatore stesso. È noto dalla pratica che in assenza di un tale resistore, a volte il condensatore si rompe, la sua capacità diventa molto inferiore a quella nominale. Inutile dire che il condensatore deve essere in ceramica per una tensione di funzionamento di almeno 400 V o speciale per il funzionamento in circuiti CA per una tensione di 250 V.
Un altro ruolo importante è assegnato al resistore R2: in caso di guasto del condensatore, funziona come un fusibile. Naturalmente, anche i LED dovranno essere sostituiti, ma almeno i fili di collegamento rimarranno intatti. In effetti, ecco come funziona una miccia in qualsiasi alimentazione di commutazione, - i transistor si sono bruciati e il circuito è rimasto quasi intatto.
Nel diagramma mostrato in Figura 3, è mostrato solo un LED, sebbene in realtà molti di essi possano essere accesi in sequenza. Il diodo di protezione si occuperà completamente del suo compito da solo, ma la capacità del condensatore di zavorra dovrà essere calcolata, almeno approssimativamente, ma comunque.
Come calcolare la capacità di un condensatore di spegnimento
Per calcolare la resistenza del resistore di spegnimento, è necessario sottrarre la caduta di tensione sul LED dalla tensione di alimentazione. Se più LED sono collegati in serie, è sufficiente sommare le loro tensioni e sottrarre anche dalla tensione di alimentazione. Conoscendo questa tensione residua e la corrente richiesta, secondo la legge di Ohm, è molto semplice calcolare la resistenza di una resistenza: R = (U-Uд) / I * 0.75.
Qui U è la tensione di alimentazione, Ud è la caduta di tensione attraverso i LED (se i LED sono collegati in serie, quindi Ud è la somma delle cadute di tensione su tutti i LED), I è la corrente attraverso i LED, R è la resistenza del resistore di spegnimento. Qui, come sempre, è la tensione in Volt, la corrente in Ampere, il risultato in Ohm, 0,75 è un coefficiente per aumentare l'affidabilità. Questa formula è già stata fornita nell'articolo. "Sull'uso dei LED".
L'entità della caduta di tensione diretta per LED di diversi colori è diversa. Con una corrente di 20 mA, i LED rossi sono 1,6 ... 2,03 V, giallo 2,1 ... 2,2 V, verde 2,2 ... 3,5 V, blu 2,5 ... 3,7 V. I LED bianchi hanno la caduta di tensione più elevata, con un ampio spettro di emissione di 3,0 ... 3,7 V.È facile vedere che la dispersione di questo parametro è abbastanza ampia.
Ecco le cadute di tensione di alcuni tipi di LED, solo per colore. In effetti, ci sono molti più di questi colori e il valore esatto può essere trovato solo nella documentazione tecnica per un LED specifico. Ma spesso questo non è necessario: per ottenere un risultato accettabile per la pratica, è sufficiente sostituire un valore medio (di solito 2V) nella formula, ovviamente, se questa non è una ghirlanda di centinaia di LED.
Per calcolare la capacità di un condensatore di spegnimento, viene applicata la formula empirica C = (4.45 * I) / (U-Uд)
dove C è la capacità del condensatore in microfarad, I è la corrente in milliampere, U è la tensione di rete in ampiezza in volt. Quando si utilizza una catena di tre LED bianchi collegati in serie, Ud è di circa 12 V circa, U è l'ampiezza della tensione di rete di 310 V, è necessario un condensatore con una capacità di 20 mA per limitare la corrente
C = (4.45 * I) / (U-Uд) = C = (4.45 * 20) / (310-12) = 0,29865 μF, quasi 0,3 μF.
Il valore del condensatore standard più vicino è 0,15 μF, pertanto, per l'uso in questo circuito, dovranno essere utilizzati due condensatori collegati in parallelo. Qui è necessario fare un'osservazione: la formula è valida solo per una frequenza di tensione alternata di 50 Hz. Per altre frequenze, i risultati non saranno corretti.
Il condensatore deve essere prima verificato
Prima di utilizzare un condensatore, è necessario verificarlo. Per i principianti, basta collegare 220V, è meglio attraverso un fusibile 3 ... 5A e dopo 15 minuti verificare il contatto, ma si nota un riscaldamento? Se il condensatore è freddo, è possibile utilizzarlo. Altrimenti, assicurati di prenderne un altro e pre-controllare. Dopotutto, 220V non è più 12, qui tutto è leggermente diverso!
Se il test ha esito positivo, il condensatore non si è riscaldato, quindi è possibile verificare se si è verificato un errore nei calcoli, se il condensatore ha la stessa capacità. Per fare ciò, è necessario accendere il condensatore come nel caso precedente nella rete, solo attraverso un amperometro. Naturalmente, l'amperometro dovrebbe essere AC.
Questo ricorda che non tutti i moderni multimetri digitali sono in grado di misurare la corrente alternata: dispositivi semplici ed economici, ad esempio molto popolari tra i radioamatori Serie DT838sono in grado di misurare solo la corrente continua, che un tale amperometro mostrerà quando si misura la corrente AC che nessuno conosce. Molto probabilmente sarà il prezzo della legna da ardere o la temperatura sulla luna, ma non la corrente alternata attraverso il condensatore.
Se la corrente misurata sarà approssimativamente la stessa risultante nel calcolo secondo la formula, è possibile collegare in sicurezza i LED. Se invece del previsto 20 ... 30 mA si è scoperto 2 ... 3A, allora qui, o un errore nei calcoli o la marcatura del condensatore viene letta in modo errato.
Interruttori illuminati
Qui puoi concentrarti su un altro modo per accendere il LED nella rete di illuminazione utilizzata in interruttori retroilluminati. Se un tale interruttore viene smontato, allora puoi scoprire che non ci sono diodi protettivi lì. Quindi, tutto ciò che è scritto un po 'più in alto non ha senso? Niente affatto, devi solo guardare attentamente l'interruttore smontato, più precisamente il valore della resistenza. Di norma, il suo valore nominale non è inferiore a 200 K, forse anche un po 'di più. Allo stesso tempo, è ovvio che la corrente attraverso il LED sarà limitata a circa 1 mA. Uno schema circuitale retroilluminato è mostrato nella Figura 4.
Figura 4. Schema di collegamento LED in un interruttore retroilluminato
Qui, con un resistore, vengono uccisi contemporaneamente "uccelli con una fava". Naturalmente, la corrente attraverso il LED sarà piccola, si illuminerà debolmente, ma abbastanza intensamente, per vedere questo bagliore in una notte buia nella stanza. Ma nel pomeriggio questo bagliore non è affatto necessario! Quindi lasciati brillare impercettibilmente.
In questo caso, la corrente inversa sarà debole, così debole che il LED non può bruciare. Da qui i risparmi su esattamente un diodo protettivo, che è stato descritto sopra. Con il rilascio di milioni, o forse addirittura miliardi, di interruttori automatici all'anno, i risparmi sono considerevoli.
Sembrerebbe che dopo aver letto gli articoli sui LED, tutte le domande sulla loro applicazione siano chiare e comprensibili. Ma ci sono ancora molte sfumature e sfumature quando si includono i LED in vari circuiti. Ad esempio, connessione parallela e seriale o, in un altro modo, circuiti buoni e cattivi.
A volte vuoi raccogliere una ghirlanda di diverse dozzine di LED, ma come calcolarla? Quanti LED possono essere collegati in serie se è presente un alimentatore con una tensione di 12 o 24 V? Questi e altri problemi verranno considerati nel prossimo articolo, che chiameremo "circuiti di commutazione LED buoni e cattivi".
Boris Aladyshkin
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