Existují také speciálně navržené obvody, které umožňují připojit LED do stacionární domácí sítě 220 V Podívejme se blíže na všechny možnosti připojení LED, jejich výhody a nevýhody a jak to udělat sami.
Základní principy připojení
Jak již bylo zmíněno dříve, návrh světelné diody zahrnuje jejich připojení výhradně ke zdroji stejnosměrného proudu. Protože však pracovní částí LED je polovodičový křemíkový krystal, je velmi důležité zachovat polaritu, jinak LED nebude vyzařovat světelný tok.
Každá LED má technickou dokumentaci, která obsahuje pokyny a pokyny pro správné připojení. Pokud neexistuje žádná dokumentace, můžete se podívat na značení LED. Označení vám pomůže identifikovat výrobce, a pokud výrobce znáte, můžete najít požadovaný katalogový list, který obsahuje informace o připojení. Tady nejde o záludnou radu.
Jak určit polaritu?
Existují pouze 3 způsoby, jak problém vyřešit:
- Strukturálně. Podle standardů akceptovaných po celém světě je u běžné LED (ne typu SMD) dlouhá noha vždy „+“ nebo anoda. Aby LED fungovala, musí k ní být přivedena kladná půlvlna. A ten krátký je katoda.
- S multimetrem. Pro kontrolu je třeba nastavit přepínač zařízení do režimu „Test“ a nainstalovat červenou sondu multimetru na anodu a černou sondu na katodu. V důsledku toho by se měla LED rozsvítit. Pokud se tak nestane, musíte změnit polaritu (černá na anodu a červená na katodu). Pokud se výsledek nezmění, LED dioda selhala (pro stanovení přesnější diagnózy si přečtěte, jak zkontrolovat LED).
- Vizuálně. Pokud se podíváte pozorně na LED, můžete vidět 2 hroty poblíž krystalu. Čím větší je katoda, tím menší je anoda.
Vyřešili jsme polaritu, nyní se musíme rozhodnout, jak připojit LED do sítě. Pro ty, kteří nerozumí, přečtěte si podrobný a zajímavý článek o určení polarity LED. V něm jsme shromáždili všechny možné způsoby kontroly a dokonce i pomocí baterie.
Způsoby připojení
Obvykle se připojení provádí dvěma způsoby:
- Do stacionární sítě průmyslové frekvence (50Hz) s napětím 220V;
- Do sítě s bezpečným napětím 12V.
Pokud potřebujete připojit několik LED k jednomu zdroji napájení, musíte zvolit sériové nebo paralelní připojení.
Podívejme se na každý z výše uvedených příkladů samostatně.
Připojení LED na napětí 220V
První věc, kterou potřebujete vědět při připojení k síti 220V je, že pro nominální žhavení musí LED procházet proud 20 mA a úbytek napětí na ní by neměl přesáhnout 2,2-3V. Na základě toho je nutné vypočítat hodnotu odporu omezujícího proud pomocí následujícího vzorce:
ve kterém 0,75 je koeficient spolehlivosti LED, U pit je napětí zdroje energie, U pad je napětí, které klesá na světelné diodě a vytváří světelný tok, I je jmenovitý proud, který jí prochází a R je jmenovitý odpor pro regulaci procházejícího proudu. Po příslušných výpočtech by hodnota odporu měla odpovídat 30 kOhm.
Nezapomeňte však, že na odporu se vlivem poklesu napětí vytvoří velké množství tepla. Z tohoto důvodu je navíc nutné vypočítat výkon tohoto odporu pomocí vzorce:
Pro náš případ je U rozdíl mezi napájecím napětím a úbytkem napětí na LED. Po příslušných výpočtech by pro připojení jedné LED měl být odporový výkon roven 2 W.
Po určení jmenovité hodnoty a výkonu odporu můžete sestavit obvod pro připojení jedné LED na 220 V. Pro jeho spolehlivý provoz je nutné osadit přídavnou diodu, která ochrání svítivou diodu před průrazem při výskytu amplitudového napětí 315 V (220*√2) na svorkách LED.
Obvod se prakticky nepoužívá, protože v něm dochází k velmi velkým ztrátám v důsledku vytváření tepla v odporu. Podívejme se na efektivnější schéma připojení k 220 V:
Ve schématu, jak vidíme, je osazena reverzní dioda VD1, která obě půlvlny předá kondenzátoru C1 o kapacitě 220 nF, na kterém klesne napětí na požadovanou jmenovitou hodnotu.
Odpor R1 s nominální hodnotou 240 kOhm vybíjí kondenzátor při vypnutí sítě a nehraje při provozu obvodu žádnou roli.
Jedná se ale o zjednodušený model pro připojení LED diod, většina LED svítilen má již vestavěný budič (obvod), který převádí 220V AC napětí na 5-24V DC pro jejich spolehlivý provoz. Okruh řidiče můžete vidět na následující fotografii:
Připojení LED do 12V sítě
12 voltů je bezpečné napětí, které se používá ve zvláště nebezpečných oblastech. Patří sem koupelny, vany, revizní jímky, podzemní stavby a další prostory.
Pro připojení ke zdroji stejnosměrného napětí 12 V, podobně jako při připojení k sítím 220 V, je nutný zhášecí odpor. V opačném případě, pokud ji připojíte přímo ke zdroji, LEDka se okamžitě spálí kvůli vyššímu proudu, který jí protéká.
Jmenovitá hodnota tohoto odporu a jeho výkon jsou vypočteny pomocí stejných vzorců.
Na rozdíl od 220V obvodů, pro připojení jedné LED do 12V sítě budeme potřebovat rezistor s následujícími vlastnostmi:
- R = 1,3 kOhm;
- P = 0,125 W.
Další výhodou 12V napětí je, že je ve většině případů již usměrněné (přímé), což výrazně zjednodušuje schéma zapojení. Doporučuje se dodatečně instalovat stabilizátor napětí typu KREN 12 (KR 142 EN 12) nebo podobný. KREN 5 resp. 5 V, pak volíme podle proudu a zatížení.
Jak již víme, svítivou diodu lze zapojit do 12V i 220V obvodů, existuje však několik variant jejich vzájemného zapojení:
- Konzistentní.
- Paralelní.
Sériové připojení
Při sériovém zapojení přes odpor je několik LED sestaveno do jednoho řetězce, přičemž katoda předchozí je připájena k anodě následující:
V obvodu bude protékat jeden proud (20 mA) všemi LED a úroveň napětí se bude skládat ze součtu úbytků napětí na každé z nich. To znamená, že pomocí tohoto schématu zapojení nemůžete do obvodu zahrnout libovolný počet LED, protože je omezeno poklesem napětí.
Pokles napětí je úroveň napětí, kterou světelná dioda přemění na světelnou energii (záři).
Například v obvodu bude úbytek napětí na jedné LED 3 volty. V obvodu jsou celkem 3 LED diody. Napájení 12V. věříme 3 V * 3 LED = 9 V — pokles napětí.
Po jednoduchých výpočtech vidíme, že do paralelního zapojení nemůžeme zařadit více než 4 LED (3 * 4 = 12V), napájející je z běžné autobaterie (nebo jiného zdroje s napětím 12V).
Pokud chceme zapojit více LED do série, budeme potřebovat napájecí zdroj s vyšším jmenovitým výkonem.
Toto schéma se poměrně často nacházelo v girlandách vánočních stromků, ale kvůli jedné významné nevýhodě používají moderní girlandy LED smíšené připojení. Na to, jaká je nevýhoda, se podíváme níže.
Nevýhody sedmikráskového řetězení
- Pokud selže alespoň jeden prvek, celý okruh se stane nefunkčním;
- Pro napájení velkého počtu LED potřebujete zdroj vysokého napětí.
Paralelní připojení
Nejsprávnější zapojení několika LED je v sérii. Nyní vysvětlím proč.
Faktem je, že určujícím parametrem jakékoli LED je její provozní proud. Je to proud procházející LED, který určuje, jaký bude výkon (a tedy jas) LED. Právě překročení maximálního proudu vede k nadměrnému zvýšení teploty krystalu a selhání LED – rychlému vyhoření nebo postupné nevratné destrukci (degradaci).
Hlavní je proud. Je to uvedeno v technických charakteristikách LED (datasheet). A v závislosti na proudu bude mít LED jedno nebo druhé napětí. Napětí lze nalézt i v referenčních údajích, ale většinou se uvádí ve formě určitého rozsahu, protože je podružné.
V této situaci se vše děje naopak. Každá LED má stejnou úroveň napětí a proud je součtem proudů, které jimi procházejí.
Podívejme se například na datový list LED 2835:
Jak vidíte, dopředný proud je jasně a jednoznačně indikován – 180 mA. Ale napájecí napětí LED při tomto proudu má určité rozdíly – od 2.9 do 3.3 voltů.
Ukazuje se, že pro nastavení požadovaného provozního režimu LED je nutné zajistit, aby jí protékal určitý proud. Proto k napájení LED diod musíte použít zdroj proudu, nikoli zdroj napětí.
Na základě výše uvedeného docházíme k závěru, že pokud máme zdroj 12 V a 10 LED, musí zdroj vydržet zátěž 0,2 A (10*0,002).
Na základě výše uvedených výpočtů budete pro paralelní připojení potřebovat odpor omezující proud s nominální hodnotou 2,4 Ohm (12 * 0,2).
To je hluboká mylná představa. Proč? Odpověď najdete níže
Charakteristiky každé LED, dokonce i stejné série a šarže, jsou vždy odlišné. Jinými slovy: aby se jeden rozsvítil, je nutné, aby jím prošel proud o jmenovité hodnotě 20 mA a u druhého může být tato jmenovitá hodnota již 25 mA.
Pokud je tedy v obvodu instalován pouze jeden odpor, jehož jmenovitá hodnota byla vypočtena dříve, budou LED protékat různé proudy, což způsobí přehřátí a selhání LED navržených pro jmenovitou hodnotu 18 mA a výkonnějších. bude svítit pouze 70 % nominální hodnoty .
Na základě výše uvedeného stojí za to pochopit, že při paralelním připojení je nutné instalovat samostatný odpor pro každou LED samostatně!
