Elektroonikaseadmete projekteerimisel, samuti säästlike valgustusseadmete valmistamisel on LED-ideta raske hakkama saada. Nende töökindlus, paigaldamise lihtsus ja suhteliselt madal hind meelitavad majapidamis- ja tööstuslampide arendajate tähelepanu. Seetõttu on paljud kasutajad huvitatud LED-i sisselülitamise ahelalahendustest, mis hõlmavad faasipinge otsest varustamist sellele. Elektroonika ja elektrotehnika valdkonna mittespetsialistidele on kasulik õppida LED-i ühendamist 220 V pingega.
Dioodi tehnilised omadused
Definitsiooni järgi on LED, mille vooluahel sarnaneb tavalise dioodiga, sama pooljuht, mis juhib voolu ühes suunas ja kiirgab valgust. Selle tööristmik pole mõeldud kõrgepinge jaoks, seega piisab LED-elemendi süttimiseks vaid mõnest voldist. Selle seadme teine omadus on vajadus varustada seda pideva pingega, kuna vahelduva 220 V pinge korral vilgub LED võrgusagedusel (50 Hertz).Arvatakse, et inimese silm sellistele pilgutustele ei reageeri ja need ei kahjusta teda. Kuid siiski tuleb praeguste standardite kohaselt selle tööks kasutada pidevat potentsiaali. Vastasel juhul tuleb ohtlike pöördpingete eest kaitsmiseks võtta erimeetmeid.
Enamik valgustusseadmete näidiseid, milles valgustuselementidena kasutatakse dioode, on võrguga ühendatud spetsiaalsete muundurite - draiverite kaudu. Need seadmed on vajalikud konstantse 12, 24, 36 või 48 V voolu saamiseks algsest võrgupingest. Vaatamata nende laialdasele kasutamisele igapäevaelus, tuleb sageli ette olukordi, kus asjaolud sunnivad ilma juhita hakkama saama. Sel juhul on oluline, et LED-id oleks võimalik sisse lülitada 220 V pingel.
LED postid
Dioodielemendi ühendusahelate ja juhtmestikuga tutvumiseks peate välja selgitama, kuidas LED-i pistikupesa välja näeb. Selle graafiline tähis on kolmnurk, mille üks nurkadest külgneb lühikese vertikaalse triibuga - diagrammil nimetatakse seda katoodiks. Seda peetakse tagaküljelt sissevoolava alalisvoolu väljundiks. Positiivne potentsiaal antakse sinna toiteallikast ja seetõttu nimetatakse sisendkontakti anoodiks (analoogselt vaakumtorudega).
Tööstuslikult toodetud LED-idel on ainult kaks terminali (harvemini kolm või isegi neli). Nende polaarsuse määramiseks on teada kolm viisi:
- visuaalne meetod, mis võimaldab tuvastada elemendi anoodi ühe jala iseloomuliku eendi järgi;
- multimeetri kasutamine režiimis "Dioodi test";
- konstantse väljundpingega toiteallika kaudu.
Polaarsuse määramiseks teisel viisil ühendatakse testeri punase isolatsiooniga mõõtejuhtme positiivne ots dioodi ühe kontaktklemmiga ja must negatiivne ots teisega. Kui seade näitab päripinget suurusjärgus pool volti, asub anood positiivses otsas. Kui ekraanipaneelile ilmub lõpmatuse märk või "0L", asub katood selles otsas.
12-voldise toiteallika testimisel tuleks selle pluss ühendada LED-i ühte otsa läbi 1 kOhm piirava takisti. Kui diood süttib, asub selle anood toiteallika plusspoolel ja kui mitte, siis teisel pool.
Ühendusmeetodid
Lihtsaim viis dioodi jaoks vastuvõetamatu pöördpinge probleemi lahendamiseks on paigaldada sellega järjestikku täiendav takisti, mis võib piirata 220 volti. Seda elementi nimetatakse summutuselemendiks, kuna see "hajutab" liigse võimsuse enda peale, jättes LED-ile selle tööks vajaliku 12-24 volti.
Piiratava takisti paigaldamine järjestikku lahendab ka dioodi ristmiku pöördpinge probleemi, mis on vähendatud samadele väärtustele. Pingepiiranguga jadaühenduse modifikatsioonina käsitletakse sega- või kombineeritud vooluahelat 220 V LED-ide ühendamiseks. Selles on mitu paralleelselt ühendatud dioodi jadatakisti kohta.
LED-i saab ühendada vastavalt vooluringile, milles takisti asemel kasutatakse tavalist dioodi, millel on kõrge tagasilöögipinge (soovitavalt kuni 400 volti või rohkem).Nendel eesmärkidel on kõige mugavam võtta 1N4007 kaubamärgi standardtoode, mille omadustes on märgitud kuni 1000 volti. Jadaketti paigaldamisel (näiteks vaniku tegemisel) alaldatakse laine pöördosa pooljuhtdioodiga. Sellisel juhul toimib see šundina, mis kaitseb valguselemendi kiipi purunemise eest.
LED-i möödaminek tavalise dioodiga (tagasi ühendus)
Teine levinud võimalus vastupidise poollaine neutraliseerimiseks on kasutada koos summutustakistiga teist LED-i, mis on ühendatud paralleelselt ja esimese elemendi vastas. Selles vooluringis on pöördpinge "lühiseks" läbi paralleelselt ühendatud dioodi ja piiratud järjestikku ühendatud täiendava takistusega.
See kahe LED-i ühendus meenutab eelmist versiooni, kuid ühe erinevusega. Igaüks neist töötab sinusoidi "oma" osaga, pakkudes teisele elemendile kaitset rikke eest.
Kustutustakisti kaudu ühendusahela oluliseks puuduseks on tühikäigul vabanev märkimisväärne kogus ebaproduktiivselt tarbitud võimsust.
Järgmine näide kinnitab seda. Kasutame summutustakistit nimiväärtusega 24 kOhm ja LED-i töövooluga 9 mA. Takistuse poolt hajutatud võimsus võrdub 9x9x24=1944 mW (pärast ümardamist umbes 2 vatti). Takisti optimaalseks tööks valitakse see P väärtusega vähemalt 3 W. LED ise tarbib väga vähe energiat.
Seevastu mitme järjestikku ühendatud LED-elemendi kasutamisel ei ole optimaalse valgustusrežiimi huvides soovitav paigaldada kustutustakistit. Kui valite väga väikese väärtusega takistuse, põleb see suure voolu ja olulise võimsuse hajumise tõttu kiiresti läbi. Seetõttu on loomulikum täita voolu piirava elemendi funktsiooni vahelduvvooluahelas kondensaatoriga, millel energia ei lähe kaduma.
Kondensaatori piirang
Lihtsaimat vooluringi LED-ide ühendamiseks piirava kondensaatori C kaudu iseloomustavad järgmised omadused:
- reaktiivelemendi töörežiimide tagamiseks on ette nähtud laadimis- ja tühjendusahelad;
- vajate teist LED-i, et kaitsta peamist pöördpinge eest;
- Kondensaatori mahtuvuse arvutamiseks kasutatakse eksperimentaalselt saadud valemit, millesse asendatakse kindlad arvud.
C-reitingu väärtuse arvutamiseks peate vooluahela voolu korrutama empiiriliselt tuletatud koefitsiendiga 4,45. Pärast seda peaksite saadud toote jagama maksimaalse pinge (310 volti) ja selle LED-i languse vahega.
Näiteks kaaluge kondensaatori ühendamist RGB või tavalise LED-dioodiga, mille ristmikul on pingelangus 3 volti ja vool läbi 9 mA. Vaatlusaluse valemi kohaselt on selle mahtuvus 0,13 μF. Selle täpse väärtuse korrigeerimiseks tuleb arvestada, et selle parameetri väärtust mõjutab suuresti praegune komponent.
Empiiriliselt kehtestatud empiiriline valem kehtib ainult sagedusega 50 Hz võrkudesse paigaldatud 220 V LED-ide võimsuste ja parameetrite arvutamiseks. Teistes toitepinge sagedusvahemikes (näiteks muundurites) tuleb koefitsient 4,45 ümber arvutada.
220 V võrguga ühendamise nüansid
Erinevate skeemide kasutamisel LED-i ühendamiseks 220 V võrguga on võimalikud mõned nüansid, mis aitavad vältida põhilisi vigu elektriahelate lülitamisel. Need on peamiselt seotud vooluhulgaga, mis läbib vooluahelat, kui sellele toide on antud. Nende mõistmiseks peate kaaluma lihtsat seadet, näiteks kaunistuseks mõeldud valgustust, mis koosneb tervest LED-elementide komplektist või nendel põhinevast tavalisest lambist.
Märkimisväärset tähelepanu pööratakse lülitis toiteallika hetkel toimuvate protsesside iseärasustele. "Pehme" lülitusrežiimi tagamiseks tuleb selle kontaktidega paralleelselt joota karastustakisti ja sisselülitatud olekut näitav LED-indikaator.
Resistentsuse väärtus valitakse eelnevalt kirjeldatud meetodite abil.
Alles pärast ahelas takistiga lülitit asub riba ise koos LED-elementide kiipidega. See ei paku kaitsedioode, seega valitakse summutustakisti väärtus vooluahelat läbiva voolu järgi, mis ei tohiks ületada väärtust umbes 1 mA.
Selles vooluringis olev LED-pirn toimib koormusena, piirates voolu veelgi. Väikese suuruse tõttu helendab see väga hämaralt, kuid öörežiimi jaoks on see täiesti piisav.Vastupidise poollaine rakendamisel kustub pinge osaliselt üle takisti, mis kaitseb dioodi soovimatu rikke eest.
220 V jäädraiveri vooluahel
Usaldusväärsem viis LED-ide võrgust toiteks on kasutada spetsiaalset muundurit või draiverit, mis vähendab pinget ohutule tasemele. 220-voldise LED-i draiveri peamine eesmärk on piirata seda läbivat voolu lubatud väärtuse piires (vastavalt passile). See koosneb pinge draiverist, alaldisillast ja voolu stabilisaatori mikroskeemist.
Juhi võimalus ilma voolu stabilisaatorita
- väljundstabilisaatori kasutamisel väheneb pulsatsiooni amplituud oluliselt;
- sel juhul kaob osa võimsusest mikrolülitusel endal, mis mõjutab kiirgavate seadmete heledust;
- kui kasutada patenteeritud stabilisaatori asemel suure võimsusega filtrielektrolüüti, ei ole pulsatsioonid täielikult tasandatud, vaid jäävad vastuvõetavatesse piiridesse.
Kui teete oma draiveri, saab vooluahelat lihtsustada, asendades väljundi mikroskeemi elektrolüüdiga.
Ühenduse turvalisus
Dioodide 220-voldise võrguga ühendamise ahelaga töötamisel on peamiseks ohuks nendega järjestikku ühendatud piirav kondensaator. Võrgupinge mõjul laetakse see inimesele ohtliku potentsiaalini. Probleemide vältimiseks selles olukorras on soovitatav:
- pakkuma ahelasse spetsiaalne bititakisti kett, mida juhitakse eraldi nupuga;
- kui see pole võimalik, tuleks enne häälestamise alustamist pärast vooluvõrgust lahtiühendamist kondensaator kruvikeeraja otsaga tühjendada;
- Ärge paigaldage dioodi toiteahelasse polaarkondensaatoreid, mille pöördvool ulatub väärtusteni, mis võivad vooluahela "ära põletada".
220 V LED-elemente on võimalik ühendada ainult spetsiaalsete elementide abil, mis lisatakse vooluringi. Sel juhul saate hakkama ilma astmelise trafo ja toiteallikata, mida traditsiooniliselt kasutatakse madalpinge valgustite ühendamiseks. 220V LED-ühendusahela lisaelementide põhiülesanne on piirata ja alaldada seda läbivat voolu, samuti kaitsta pooljuhtide ristmikku vastupidise poollaine eest.
