Výpočet a schéma zapojení LED do sítě 220 V | Pikabu

Připojení LED k síti 220 V AC je úkol, který vyžaduje kompetentní přístup. Nesprávné připojení může poškodit LED nebo jiné prvky obvodu.

V článku budeme analyzovat několik možností připojení: s vyhlazovacím kondenzátorem a bez něj.

Pojďme si spočítat parametry omezovacího rezistoru, určit jeho výkon a zjistit klady a zápory každého obvodu.

Některé možnosti připojení LED k síti 220 V jsou znázorněny na obrázku.

Každý z nich používá ochrannou diodu. Z půlvlny obrácené polarity. A také odpor omezující proud

Princip činnosti

Mnoho LED je dimenzováno na nízké napětí (obvykle 2-3V) a proud do 20mA. Chcete-li jej připojit k síti 220 V, musíte:

1. Pro napájení LED snižte napětí na bezpečnou úroveň.
2. Omezte proud procházející LED na maximální přípustnou hodnotu.
3. Chraňte LED před půlvlnnou sinusovou vlnou opačné polarity.

K tomu diagramy používají:

• Usměrňovací dioda (například 1N4007), který chrání LED před zpětným napětím.
• Omezovací odpor k omezení proudu.
• Vyhlazovací kondenzátor (v jednom z okruhů), což snižuje blikání.

Výpočet parametrů obvodu

1. Omezovací rezistor

2. Vyhlazovací kondenzátor

Kondenzátor se volí s kapacitou 0.22–0.47 μF s provozním napětím minimálně 400 V. Snižuje zvlnění napětí, čímž je záře rovnoměrnější.

Schémata zapojení

1. Bez vyhlazovacího kondenzátoru
   Je použita usměrňovací dioda, rezistor a LED. Obvod je jednoduchý, ale LED bliká s frekvencí 50 Hz, což může být patrné.
2. S vyhlazovacím kondenzátorem
   Přidání kondenzátoru paralelně k LED snižuje blikání, díky čemuž je LED záře stabilnější. Zvyšuje se však složitost obvodu.

Výhody a nevýhody schémat

Obvod bez kondenzátoru

• Jednoduchost a levnost.
• Minimální počet součástí.

• Blikání LED.

Obvod s kondenzátorem

• Jednotná LED záře.
• Vhodné pro estetické účely.

• Složitější schéma.
• Je vyžadována další součást – kondenzátor.

Schéma připojení LED k síti 220 V se zhášecím kondenzátorem

Vzorec pro výpočet kapacity (ve Faradech):

C = I / (2πf√(U2in – U2LED)) [Ф],

kde I je proud procházející LED, f je aktuální frekvence (50 Hz), Uin je efektivní hodnota síťového napětí (220 V), ULED je napětí na LED.

Tabulka 2. Závislost proudu procházejícího LED na kapacitě předřadného kondenzátoru.

Něco málo o samotných kondenzátorech

Jako tlumicí kondenzátory se doporučuje použít odrušovací kondenzátory třídy Y1, Y2, X1 nebo X2 pro napětí minimálně 250 V. Mají obdélníkové pouzdro s četnými certifikačními značkami.

Ve zkratce tedy:

X1 – používá se v průmyslových zařízeních připojených k třífázové síti. Tyto kondenzátory zaručeně odolávají napěťovým rázům 4 kV;
X2 – nejběžnější. Používá se v domácích spotřebičích se jmenovitým síťovým napětím do 250 V, odolávají rázům až 2.5 kV;
Y1 – pracují při jmenovitém síťovém napětí do 250 V a vydrží pulzní napětí do 8 kV;
Y2 je poměrně běžný typ, lze jej použít při síťovém napětí do 250 V a snese pulsy 5 kV.
Je přípustné používat domácí filmové kondenzátory K73-17 při 400 V (nebo lépe – při 630

přihláška

• Indikace provozu zařízení.
• Osvětlení při nízké zátěži.
• Experimenty a vzdělávací projekty.

Rozdíl mezi amplitudou a efektivní hodnotou napětí

Kdy použít jakou hodnotu?

• Hodnota amplitudy používá se ve výpočtech pro součásti, které reagují na špičkové napětí. Například: Usměrňovací dioda musí odolat �ampuUamp, protože je ovlivněna maximální hodnotou napětí.
  Kondenzátory ve vyhlazovacích obvodech musí být navrženy pro �ampUzesilovač, aby nedošlo k poruše.
• Efektivní hodnota používá se k výpočtu tepelné zátěže, výkonu a proudu přes odpory, protože tato hodnota odpovídá skutečně spotřebované energii.

Která možnost je správná?

Obě možnosti správné, ale platí v různých kontextech:

Proč je v tomto článku použita skutečná hodnota?

Článek se zaměřuje na výpočet rezistoru, který omezuje proud. Tepelný výkon na rezistoru je přesně vypočítán na základě efektivní hodnoty napětí, protože tato hodnota odpovídá skutečné spotřebě energie.

Výkon

• K výpočtu odporů používáme efektivní hodnotu.
• Pro výpočet prvků pracujících se špičkovými hodnotami (diody, kondenzátory) používáme hodnota amplitudy.

Pokud váš projekt zahrnuje oba prvky (odpor i kondenzátor), musíte použít oba přístupy.

Závěr

Připojení LED k síti 220 V vyžaduje dodržování bezpečnostních pravidel. Obvod s kondenzátorem je složitější, ale poskytuje stabilní záři. Obvod bez kondenzátoru je jednoduchou a dostupnou možností pro základní úkoly. Výběr závisí na vašich cílech a podmínkách aplikace.

Pokud máte úkol LED připojení, pak se vám v tomto článku pokusím pomoci. Při připojování LED musíte správně zapojit LED a dodržovat polaritu. Chcete-li zjistit, kde je LED plus (+) a kde je mínus (-), stačí se podívat na LED: jedna z nohou LED je delší než druhá, nejdelší noha bude plus (+ ), a krátký bude mínus (-). Začněme připojením jednotlivých konvenčních LED s provozním napětím 2-3V s provozním proudem 10-20mA, zpravidla je napětí LED 2 volty a pro připojení LED řekněme na 12 voltů konstantního napětí (schéma pro připojení LED na 12 voltů je znázorněna na obrázku 1) , musíme vybrat odpor.

Obrázek 1 – Schéma zapojení LED

Pro výběr rezistoru pro LED použijeme následující metodu: víme, že napětí LED je 2V, respektive při připojení LED na 12 voltů (např. použijeme LED v autě), potřeba omezit na 10V, v zásadě je v případě LED správnější říci omezit proud LED, ale při výběru rezistoru použijeme jednoduchou metodu, která je ověřena mnoha lety bez jakýchkoli matematických vzorců . Na každý volt je potřeba rezistor s odporem 100 Ohmů, tzn. má-li LED provozní napětí 2V a připojíme ji na 12V, potřebujeme rezistor 100 Ohm x 10V = 1000 Ohm nebo 1 kOhm je na schématech obvykle označen 1K, výkon rezistoru závisí na proudu LED, ale pokud použijeme běžnou nízkopříkonovou LED, její proud je zpravidla 10-20mA a v tomto případě stačí 0,25W rezistor nejmenšího odporu podle velikosti.

Rezistor s vyšším výkonem budeme potřebovat ve 2 případech: 1) pokud je proud LED vyšší a 2) pokud je napětí vyšší než 24V a podle toho v případech, kdy je LED připojena na napětí 36-48V a vyšší, budeme potřebovat rezistor s vyšším výkonem 0,5 – 2W a v případě zapojení LED do sítě 220V je lepší použít rezistor 2W, ale při zapojení LED do AC sítě budeme potřebují řadu dalších prvků, ale o tohle trochu později.

A pokud potřebujeme připojit LED na napětí 24V, tak bude potřeba rezistor 100 Ohm x 22V = 2,2 kOhm. Tito. Pomocí této metody můžete vypočítat odpor pro připojení 2-3 voltové LED a s proudem 5-20 mA pro libovolné stejnosměrné napětí. Pro větší pohodlí uvedu několik hodnot odporu (obrázek 2) pro různá stejnosměrná napětí:
5V – R1 = 300 Ohm; 9V – R1 = 750 Ohm; 12V – R1 = 1 kOhm; 15V – R1 = 1,3 kOhm; 18V – R1 = 1,6 kOhm; 24V – R1 =2,2 kOhm; 28V – 2,6kOhm

Obrázek 2 – Připojení LED k různým napětím

Pokud potřebujete připojit LED k baterii, řekněme 3V, můžete zapojit 100 Ohm rezistor do série, a pokud je baterie 1,5V baterie AA, můžete ji připojit bez odporu.
Při výpočtu můžeme vybírat odpory pouze ze standardních hodnot, takže se není čeho obávat, pokud je odpor rezistoru o něco větší nebo menší než vypočtená hodnota.

Pokud používáte velmi jasnou LED a LED se používá například pro indikaci v některých zařízeních, můžete zvýšit odpor rezistoru, a tím se jas LED sníží a LED nebude oslňovat . Ale nejlepší v takových případech, pokud nepotřebujete vysoký jas LED, pak při nákupu v obchodě nebo při objednávce v Číně si můžete vybrat matnou LED požadované barvy a proudu, obvykle 6-20 mA, pozorovací úhel těchto LEDek je obvykle 60 stupňů, výborně se zobrazují, neoslňují a neunavují oči, i když se na ně díváte delší dobu. Průhledné bílé LED diody obecně nejsou pro tyto účely vhodné.

Při připojení LED k mikrokontroléru nebo desce ARDUINO je zpravidla provozní napětí 5V, takže rezistor může být 300-470 Ohmů nebo i vyšší odpor. Hlavní věc, kterou je třeba vzít v úvahu, je, že proud nemůže překročit maximální výstupní proud mikrokontroléru, zpravidla ne více než 10 mA, takže odpor odporu 300-470 ohmů pro připojení LED je zlatým středem. Schéma připojení LED k mikrokontroléru nebo desce ARDUINO je na obrázku 3. Za zmínku stojí, že LED může být k mikrokontroléru připojena buď jako anoda, nebo katoda a na tom bude záviset softwarový způsob ovládání LED.

Obrázek 3 – Připojení LED k desce ARDUINO

3. Sériové zapojení několika LED
Při zapojování LED do série, aby se jejich jas nelišil, musí být LED navzájem stejného typu. Při zapojení LED do série bude odpor rezistoru menší, na rozdíl od případu, kdy zapojíme jednu LED. Pro výpočet rezistoru můžeme také použít dříve diskutovanou metodu.

Například potřebujeme zapojit čtyři LED do série na stejnosměrné napětí 12V, respektive provozní napětí 2V LED při zapojení do série bude 2V x 4ks. = 8V. Pak můžeme zvolit rezistor ze standardního rozsahu 470-510 Ohmů. Když jsou LED zapojeny do série, proud protékající všemi LED bude stejný.

Obrázek 5 – Sériové zapojení LED
Jednou z nevýhod zapojení LED do série je fakt, že pokud jedna z LED selže, všechny LED přestanou svítit. Níže je obvod se sériovým zapojením dvou, tří a čtyř LED.

4.Paralelní zapojení LED
Při paralelním zapojení LED vyberte odpor stejným způsobem jako v případě jedné LED. Každá LED musí mít svůj vlastní odpor, pokud se odpory liší odporem nebo jsou LED různých značek, pak bude nerovnoměrnost svitu jedné LED od druhé velmi patrná. Proud v paralelním zapojení se bude sčítat v závislosti na počtu LED.

Obrázek 6 – Paralelní zapojení LED

5. Připojení výkonných LED s vysokým provozním proudemobvykle se používá pro osvětlení. Při použití vysoce výkonných LED je nejlepší nepoužívat konvenční rezistory, ale použít speciální spínané napájecí zdroje pro LED, zpravidla jsou v nich instalovány proudové stabilizační obvody, které zajišťují rovnoměrné osvětlení LED a a delší životnost. LED diody používané pro osvětlení musí být instalovány na chladiči (radiátoru).

6. Připojení LED na střídavé napětí 220V.
(Pozor: Nebezpečné napětí; veškeré práce na připojení k síti 220V provádějte pouze při vypnutém a odpojeném napětí a zároveň se musíte ujistit, že tam není žádné napětí. Pozor. Nemělo by dojít k přímému přístup ke všem prvkům okruhu).
Při připojení LED na střídavé napětí 220V budeme potřebovat nejen rezistor, ale i diodu pro usměrnění napětí, jelikož LED pracuje na stejnosměrný proud. Bez diody na střídavé napětí jej raději nezapínejte. Schéma zapojení LED do sítě 220V je na obrázku 7. Vzhledem k tomu, že místo jednoho použijeme dva odpory, můžeme použít odpory 1W. Nejlepší je také nainstalovat kondenzátor, zvláště pokud LED znatelně bliká. Kondenzátor může být keramický nebo filmový, nemůžete však použít elektrolytický kondenzátor.

Obrázek 7 – Schéma zapojení LED do sítě 220V.

7. Zapojení dvoubarevných LED diod.
Pokud vezmeme dvoubarevnou LED, uvidíme, že tato LED nemá dva, ale tři kolíky, jeden kolík uprostřed je společný a dva kolíky po stranách jsou zodpovědné za svou vlastní barvu.

Trocha matematiky:
Výpočet omezovacího odporu rezistoru při 5V a proudu LED 20mA:
R = U / Imax = 5 / 0.020 = 250 Ohmů – podle toho musí být odpor rezistoru při 5V alespoň 250 Ohmů