Как подключить светодиод к 220В: резистор, конденсатор, способы подключения

Без светодиодов сложно обойтись при проектировании электронной техники, а также при изготовлении недорогих осветительных приборов. Их надежность, простота установки и относительная дешевизна привлекают внимание разработчиков бытовых и промышленных светильников. Поэтому многих пользователей интересуют схемные решения для освещения светодиода, предполагающие прямую подачу на него фазного напряжения. Не специалистам в области электроники и электрических систем будет полезно узнать, как подключить светодиод 220В.

Технические особенности диода

По определению, светодиод, схема которого похожа на обычный диод, представляет собой тот же полупроводник, который пропускает ток в одном направлении и излучает свет по мере его прохождения. Его рабочий спай не рассчитан на высокое напряжение, поэтому для освещения светодиодного элемента требуется всего несколько вольт. Еще одна особенность этого устройства – необходимость обеспечения постоянного напряжения, так как при переменном 220 вольт светодиод будет мигать с частотой сети (50 Герц). Считается, что человеческий глаз на такие моргания не реагирует и не причиняет ему вреда. Однако, согласно действующим стандартам, для его работы необходимо использовать постоянный потенциал. В противном случае необходимо принять специальные меры защиты от опасного обратного напряжения.

Большинство образцов светотехники, в которой диоды используются в качестве элементов освещения, подключаются к сети через специальные преобразователи – драйверы. Эти устройства необходимы для получения постоянного напряжения 12, 24, 36 или 48 вольт от начального сетевого напряжения. Несмотря на их широкое использование в повседневной жизни, нередки ситуации, когда обстоятельства вынуждают нас обходиться без водителя. В этом случае важно иметь возможность включать светодиоды 220 В.

Полюса светодиода

Полярность светодиода

Чтобы ознакомиться со схемами включения и разводки диодного элемента, необходимо узнать, как выглядит распиновка светодиода. В качестве графического обозначения используется треугольник, в одном из углов которого окаймлена короткая вертикальная полоска – на схеме он называется катодом. Считается выходом для постоянного тока, поступающего с тыльной стороны. Источник питания имеет положительный потенциал, поэтому входной контакт называется анодом (по аналогии с электронными лампами).

Светодиоды, выпускаемые промышленностью, имеют всего два кабеля (реже – три или даже четыре). Определить их полярность можно тремя способами:

• через источник питания с постоянным выходным напряжением.
• визуальный метод, позволяющий определить анод элемента по характерному выступу на одной из ножек;
• с помощью мультиметра в режиме «Проверка диодов»;

Для определения полярности вторым способом положительный конец измерительного провода тестера с красной изоляцией подключается к одной контактной клемме диода, а черный отрицательный конец – к другой. Если устройство показывает прямое напряжение порядка полвольта, анод находится на положительной стороне. Если на плате появляется знак бесконечности или «0L», катод находится на этом конце.

При тестировании от источника питания 12 В его вывод должен быть подключен к одному концу светодиода через ограничивающий резистор 1 кОм. Если диод включается, его анод находится на плюсовой стороне источника питания, а если нет, то на другом конце.

Способы подключения

Установка дополнительного резистора гасит избыток электричества

Самый простой подход к решению проблемы недопустимого обратного напряжения для диода – установка последовательно с ним дополнительного резистора, способного ограничивать 220 вольт. Этот элемент называется элементом пожаротушения, поскольку он «рассеивает» избыточную мощность на себя, оставляя светодиоду 12-24 Вольт, необходимого для его работы.

Последовательная установка ограничивающего резистора также решает проблему обратного напряжения на переходе диодов, которое снижается до тех же значений. В качестве модификации последовательного соединения с ограничением напряжения рассматривается смешанная или комбинированная схема для подключения светодиодов 220 В. Она имеет несколько диодов, соединенных параллельно на резистор в последовательном резисторе.

Подключение светодиода можно организовать по схеме, в которой вместо резистора используется обычный диод, имеющий высокое обратное напряжение пробоя (желательно до 400 вольт и более). Для этих целей удобнее взять типовой продукт марки 1N4007 с заявленным в характеристиках показателем до 1000 вольт. При последовательной установке (например, при изготовлении гирлянды) обратная часть волны выпрямляется полупроводниковым диодом. В этом случае он выполняет функцию шунта, предохраняющего микросхему светового элемента от поломки.

Шунтирование светодиода обычным диодом (встречно-параллельное подключение)

Прямое соединение

Другой распространенный вариант «нейтрализации» обратной полуволны заключается в использовании вместе с гасящим резистором еще одного светодиода, подключенного параллельно и навстречу первому элементу. В этой схеме обратное напряжение «замкнуто» на диоде, включенном параллельно, и ограничивается дополнительным резистором, включенным последовательно.

Такое подключение двух светодиодов напоминает предыдущую версию, но с некоторыми отличиями. Каждый из них работает со своей «своей» частью синусоиды, обеспечивая защиту от сбоев другому элементу.

Существенным недостатком схемы подключения через демпфирующий резистор является значительное количество непроизводительной мощности, потребляемой ею в неактивном состоянии.

Это подтверждается следующим примером. Используйте демпфирующий резистор 24 кОм и светодиод с рабочим током 9 мА. Мощность, рассеиваемая на резисторе, будет равна 9x9x24 = 1944 мВт (после округления – около 2 Вт). Чтобы резистор работал в оптимальном режиме, он выбирается с P-значением не менее 3 Вт. На сам светодиод расходуется очень незначительная часть энергии.

С другой стороны, при использовании нескольких последовательно соединенных светодиодных элементов нецелесообразно устанавливать гасящий резистор из-за их оптимального режима люминесценции. Если вы выберете резистор очень маленького номинала, он быстро сгорит из-за большого тока и значительного рассеивания мощности. Поэтому функцию токоограничивающего элемента в цепи переменного тока более естественно выполнять конденсатору, на котором не теряется энергия.

Ограничение с помощью конденсатора

Использование накопительного конденсатора

Простейшая схема подключения светодиодов через ограничительный конденсатор С характеризуется следующими особенностями:

• для расчета емкости конденсатора используется эмпирически полученная формула, в которой подставляются конкретные числа.
• предусмотрены цепи зарядки и разрядки для обеспечения режимов работы реактивного элемента;
• еще один светодиод нужен для защиты сети от обратного напряжения;

Для расчета номинального значения C необходимо умножить ток в цепи на полученный эмпирическим путем коэффициент 4,45. Далее полученное изделие нужно разделить на разницу между предельным напряжением (310 Вольт) и его падением на светодиодах.

Например, рассмотрим подключение конденсатора к обычному RGB или светодиодному диоду с падением напряжения на его переходе 3 В и током через него 9 мА. По рассмотренной формуле его емкость составит 0,13 мкФ. Чтобы ввести поправку на его точное значение, имейте в виду, что на значение этого параметра больше всего влияет текущий компонент.

Эмпирическая формула, разработанная опытным путем, применима только для расчета мощностей и параметров светодиодов 220 В, установленных в сетях с частотой 50 Гц. В других частотных диапазонах напряжений питания (например, в преобразователях) необходимо пересчитать коэффициент 4.45.

Нюансы подключения к сети 220 Вольт

Схема подключения светодиода к сети 220В

При использовании различных схем подключения светодиода к сети 220 В возможны некоторые нюансы с учетом того, что они помогут избежать элементарных ошибок переключения электрических цепей. В основном они связаны с величиной тока, протекающего по цепи при подаче питания. Чтобы разобраться в них, вам придется рассмотреть такое простое устройство, как подсветка для декора, состоящая из целого набора светодиодных элементов или обычная лампа на их основе.

Большое внимание уделяется характеристикам процессов, происходящих в выключателе при подаче питания. Для обеспечения «мягкого» режима зажигания потребуется припаять демпфирующий резистор и светодиодный индикатор, индицирующий состояние зажигания, параллельно его контактам.

Величина сопротивления подбирается описанными выше методами.

Только после включения резистора в схему закручивается сама лента с микросхемами светодиодных элементов. В нем не предусмотрены защитные диоды, поэтому номинал резистора пожаротушения выбирается исходя из тока, протекающего по цепи, он не должен превышать значение порядка 1 мА.

Светодиодный индикатор в этой цепи действует как нагрузка, дополнительно ограничивая ток. Из-за своего небольшого размера он будет светиться очень тускло, но для ночного режима этого достаточно. Под действием обратной полуволны напряжение частично гасится через резистор, который защищает диод от нежелательных сбоев.

Схема лед драйвера на 220 вольт

Более надежный способ питания светодиодов от сети – использовать специальный преобразователь или драйвер, понижающий напряжение до безопасного уровня. Основное назначение драйвера для светодиода на 220 вольт – ограничение протекающего через него тока в пределах допустимого значения (по паспорту). В его состав входят драйвер напряжения, выпрямительный мост и микросхема стабилизатора тока.

Вариант драйвера без стабилизатора тока

Если вы хотите собрать светодиодный блок питания 220В своими руками, вам необходимо знать следующее:

• при использовании фильтра-электролита большой емкости вместо штатного стабилизатора пульсации не сглаживаются полностью, а остаются в допустимых пределах.
• при использовании выходного стабилизатора амплитуда пульсаций значительно снижается;
• в этом случае часть мощности теряется на самой микросхеме, что влияет на яркость свечения излучающих устройств;

При изготовлении драйвера своими руками схему можно упростить, заменив выходную микросхему с электролитом.

Безопасность при подключении

Не устанавливайте полярные конденсаторы в диодную цепь

При работе со схемой подключения диодов к сети 220 Вольт основная опасность – ограничительный конденсатор, включенный последовательно с ними. Под действием сетевого напряжения он заряжается потенциально опасным для человека. Чтобы избежать проблем в этой ситуации, мы рекомендуем вам:

• не устанавливайте в цепь питания диодов полярные конденсаторы, обратный ток которых достигает значений, способных «сжечь» цепь.
• предусмотреть в цепи специальную цепочку разрядных резисторов, управляемую отдельной кнопкой;
• если такой возможности нет, перед началом окрашивания, после отключения от электросети необходимо разрядить конденсатор острием отвертки;

подключать светодиодные элементы на 220 вольт можно только с помощью специальных элементов, введенных в схему дополнительно. В этом случае можно обойтись без понижающего трансформатора и блока питания, традиционно применяемого для подключения низковольтных осветительных приборов. Основная задача дополнительных элементов в схеме подключения светодиода 220 В – ограничение и выпрямление тока через него, а также защита полупроводникового перехода от обратной полуволны.