Anschließen der LED an 220 V
LEDs sind als Lichtquellen weit verbreitet. Sie sind jedoch für eine niedrige Versorgungsspannung ausgelegt, und häufig muss die LED in einem 220-Volt-Haushaltsnetz eingeschaltet werden. Mit geringen Kenntnissen der Elektrotechnik und der Fähigkeit, einfache Berechnungen durchzuführen, ist dies möglich.
Verbindungsmethoden
Die Standard-Betriebsbedingungen für die meisten LEDs sind 1,5-3,5 V Spannung und 10-30 mA Strom. Wenn das Gerät direkt an das Stromnetz des Haushalts angeschlossen wird, beträgt seine Lebensdauer Zehntelsekunden. Alle Probleme beim Anschließen von LEDs an ein Netz mit erhöhter Spannung im Vergleich zur Standardbetriebsspannung laufen darauf hinaus, die Überspannung zurückzuzahlen und den Strom zu begrenzen, der durch das lichtemittierende Element fließt. Treiber - elektronische Schaltungen - bewältigen diese Aufgabe, sind jedoch recht komplex und bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten.Ihr Einsatz ist sinnvoll, wenn eine LED-Matrix mit vielen LEDs versorgt wird. Es gibt einfachere Möglichkeiten, ein Element zu verbinden.
Verbindung mit einem Widerstand
Der naheliegendste Weg ist, einen Widerstand in Reihe mit der LED zu schalten. Es wird die Überspannung abfallen lassen und den Strom begrenzen.
Die Berechnung dieses Widerstands erfolgt in der folgenden Reihenfolge:
- Gegeben sei eine LED mit einem Nennstrom von 20 mA und einem Spannungsabfall von 3 V (siehe Handbuch für die tatsächlichen Parameter). Es ist besser, 80% des Nennstroms für den Betriebsstrom zu nehmen - LED bei Lichtverhältnissen leben länger. Iarbeit = 0,8 Inenn = 16 mA.
- Am zusätzlichen Widerstand fällt die Netzspannung abzüglich des Spannungsabfalls über der LED ab. Urab \u003d 310-3 \u003d 307 V. Offensichtlich liegt fast die gesamte Spannung am Widerstand an.
Wichtig! Bei der Berechnung muss nicht der aktuelle Wert der Netzspannung (220 V), sondern der Amplitudenwert (Spitzenwert) - 310 V verwendet werden.
- Der Wert des Zusatzwiderstandes ergibt sich nach dem Ohmschen Gesetz: R = Urab / Irab. Da der Strom in Milliampere ausgewählt wird, wird der Widerstand in Kiloohm angegeben: R \u003d 307/16 \u003d 19,1875. Der nächste Wert aus dem Standardbereich ist 20 kOhm.
- Um die Leistung des Widerstands mit der Formel P=UI zu ermitteln, muss der Betriebsstrom mit der am Löschwiderstand abfallenden Spannung multipliziert werden. Bei einer Nennleistung von 20 kOhm beträgt der durchschnittliche Strom 220 V / 20 kOhm = 11 mA (hier können Sie die Effektivspannung berücksichtigen!) Und die Leistung beträgt 220 V * 11 mA = 2420 mW oder 2,42 W. Aus dem Standardsortiment können Sie einen 3-W-Widerstand wählen.
Wichtig! Diese Berechnung ist vereinfacht, sie berücksichtigt nicht immer den Spannungsabfall über der LED und ihren Einschaltwiderstand, aber für praktische Zwecke ist die Genauigkeit ausreichend.
So können Sie eine Kette von verbinden in Reihe geschaltete LEDs. Bei der Berechnung muss der Spannungsabfall an einem Element mit seiner Gesamtzahl multipliziert werden.
Reihenschaltung einer Diode mit hoher Sperrspannung (400 V oder mehr)
Das beschriebene Verfahren hat einen wesentlichen Nachteil. Leuchtdiode, wie jedes Gerät, das auf einem pn-Übergang basiert, leitet es Strom (und leuchtet) mit einer direkten Halbwelle von Wechselstrom. Bei einer umgekehrten Halbwelle ist es gesperrt. Sein Widerstand ist hoch, viel höher als der Ballastwiderstand. Und die Netzspannung mit einer Amplitude von 310 V, die an der Kette anliegt, wird hauptsächlich an der LED abfallen. Und es ist nicht dafür ausgelegt, als Hochspannungsgleichrichter zu arbeiten, und kann ziemlich schnell ausfallen. Um diesem Phänomen entgegenzuwirken, wird häufig empfohlen, eine zusätzliche Diode in Reihe zu schalten, die der Sperrspannung standhalten kann.
Tatsächlich wird bei diesem Einschalten die angelegte Sperrspannung ungefähr halbiert zwischen den Dioden, und die LED wird etwas heller, wenn etwa 150 V oder etwas weniger darauf fallen, aber ihr Schicksal wird immer noch traurig sein.
Überbrücken einer LED mit einer konventionellen Diode
Wesentlich effizienter ist folgendes Schema:
Dabei ist das Leuchtelement parallel zur Zusatzdiode geschaltet. Bei einer negativen Halbwelle öffnet die zusätzliche Diode und die gesamte Spannung wird an den Widerstand angelegt. Wenn die zuvor durchgeführte Berechnung korrekt war, wird der Widerstand nicht überhitzen.
Back-to-Back-Verbindung von zwei LEDs
Beim Studium der vorherigen Schaltung kommt der Gedanke nicht umhin - warum eine nutzlose Diode verwenden, wenn sie durch denselben Lichtemitter ersetzt werden kann? Dies ist eine korrekte Argumentation. Und logischerweise wird das Schema in der folgenden Version wiedergeboren:
Hier wird dieselbe LED als Schutzelement verwendet. Es schützt das erste Element während der Rückwärtshalbwelle und strahlt gleichzeitig. Bei einer direkten Halbwelle einer Sinuskurve tauschen die LEDs die Rollen. Der Vorteil der Schaltung ist die volle Nutzung der Stromversorgung. Anstelle einzelner Elemente können Sie LED-Ketten in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung einschalten. Für die Berechnung kann das gleiche Prinzip verwendet werden, jedoch wird der Spannungsabfall über den LEDs mit der Anzahl der in einer Richtung verbauten LEDs multipliziert.
Mit einem Kondensator
Anstelle eines Widerstands kann auch ein Kondensator verwendet werden. In einem Wechselstromkreis verhält es sich ähnlich wie ein Widerstand. Sein Widerstand hängt von der Frequenz ab, aber in einem Haushaltsnetzwerk bleibt dieser Parameter unverändert. Zur Berechnung können Sie die Formel X \u003d 1 / (2 * 3,14 * f * C) verwenden, wobei:
- X ist die Reaktanz des Kondensators;
- f ist die Frequenz in Hertz, im betrachteten Fall ist sie gleich 50;
- C ist die Kapazität des Kondensators in Farad, um in uF umzurechnen, verwenden Sie einen Faktor von 10-6.
In der Praxis wird folgende Formel verwendet:
C \u003d 4,45 * Iwork / (U-Ud), wobei:
- C ist die erforderliche Kapazität in Mikrofarad;
- Irab - Betriebsstrom der LED;
- U-Ud – die Differenz zwischen der Versorgungsspannung und dem Spannungsabfall am Leuchtelement – ist bei der Verwendung einer LED-Kette von praktischer Bedeutung. Bei Verwendung einer einzelnen LED ist es möglich, den U-Wert gleich 310 V mit ausreichender Genauigkeit zu nehmen.
Kondensatoren können ab einer Betriebsspannung von 400 V eingesetzt werden.Die berechneten Werte für Ströme, die für solche Stromkreise charakteristisch sind, sind in der Tabelle angegeben:
| Betriebsstrom, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Kapazität des Vorschaltkondensators, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
Die resultierenden Werte sind ziemlich weit vom Standardbereich der Kapazitäten entfernt. Bei einem Strom von 20 mA beträgt die Abweichung vom Nennwert von 0,25 μF also 13% und von 0,33 μF - 14%. Widerstand wählbar viel genauer. Dies ist der erste Nachteil des Schemas. Der zweite wurde bereits erwähnt - Kondensatoren von 400 V und mehr sind ziemlich groß. Und das ist noch nicht alles. Bei Verwendung eines Ballasttanks wird der Kreislauf mit zusätzlichen Elementen überwuchert:
Der Widerstand R1 ist aus Sicherheitsgründen gesetzt. Wenn der Stromkreis mit 220 V versorgt und dann vom Netzwerk getrennt wird, entlädt sich der Kondensator nicht - ohne diesen Widerstand fehlt der Entladestromkreis. Wenn Sie versehentlich die Anschlüsse des Behälters berühren, können Sie leicht einen Stromschlag bekommen. Der Widerstandswert dieses Widerstands kann in mehreren hundert Kilo-Ohm gewählt werden, im Betriebszustand wird er von einer Kapazität überbrückt und beeinflusst den Betrieb der Schaltung nicht.
Der Widerstand R2 wird benötigt, um den Einschaltstoß des Ladestroms des Kondensators zu begrenzen. Bis die Kapazität aufgeladen ist, dient sie nicht als Strombegrenzer, und während dieser Zeit kann die LED Zeit zum Versagen haben. Hier müssen Sie einen Wert von mehreren zehn Ohm wählen, der sich auch nicht auf den Betrieb der Schaltung auswirkt, obwohl er bei der Berechnung berücksichtigt werden kann.
Ein Beispiel für das Einschalten einer LED in einem Lichtschalter
Eines der gängigen Beispiele für den praktischen Einsatz einer LED in einem 220-V-Stromkreis ist die Anzeige des Aus-Zustands eines Haushaltsschalters, um dessen Position im Dunkeln leichter zu finden. Die LED arbeitet hier mit einem Strom von etwa 1 mA - das Leuchten ist schwach, aber im Dunkeln wahrnehmbar.
Hier dient die Lampe bei geöffnetem Schalter als zusätzlicher Strombegrenzer und nimmt einen kleinen Bruchteil der Sperrspannung auf. Der Hauptteil der Sperrspannung liegt aber am Widerstand an, sodass die LED hier relativ geschützt ist.
Video: WARUM KEIN BELEUCHTETER SCHALTER INSTALLIERT WERDEN KANN
Sicherheitstechnik
Sicherheitsvorkehrungen bei Arbeiten in bestehenden Anlagen sind in den Regeln zum Arbeitsschutz beim Betrieb elektrischer Anlagen geregelt. Sie gelten nicht für eine Heimwerkstatt, aber ihre Grundprinzipien müssen beim Anschluss einer LED an ein 220-V-Netz berücksichtigt werden. Die wichtigste Sicherheitsregel bei Arbeiten an elektrischen Anlagen ist, dass alle Arbeiten bei abgeschalteter Spannung ausgeführt werden müssen, um ein irrtümliches oder unbeabsichtigtes, unbefugtes Einschalten zu vermeiden. Nach dem Ausschalten des Schalters muss Spannungsfreiheit vorliegen mit einem Tester prüfen. Alles andere ist die Verwendung von dielektrischen Handschuhen, Matten, vorübergehender Erdung usw. schwer zu Hause zu machen, aber wir müssen bedenken, dass es nur wenige Sicherheitsmaßnahmen gibt.