Как подключить светодиоды к 220 В электрической сети

Достаточно часто нам приходится сталкиваться с таким вопросом - как подключить светодиоды к 220 В, или попросту к электрической сети переменного напряжения. Как таковое, прямое подключение диода напрямую к сети не несет никакой смысловой нагрузки. Даже при использовании определенных схем мы не получим необходимого эффекта.

Если нам необходимо подключить светодиод к сети постоянного напряжения, то такая задача решается очень просто - ставим ограничительный резистор и забываем. Светодиод как работал "в прямом направлении" так и будет работать.

[contents]

Если же нам необходимо использовать сеть 220 В для подключения LED, то на него будет уже воздействовать обратная полярность. Это хорошо видно, взглянув на график синусоиды, где каждый полупериод синусоида имеет свойство менять свой знак на противоположный.

В данном случае мы не получим свечение в этом полупериоде. В принципе, ничего страшного))), но светодиод выйдет из строя очень быстро.

Вообще гасящий резистор стоит выбирать из условия расчетного напряжения в 310 В. Объяснять почему так - муторное занятие, но стоит просто это запомнить, т.к. действующее значение напряжения составляет 220 В, а амплитудное уже увеличивается на корень из двух от действующего. Т.е. таким образом мы получаем приложенное прямое и обратное напряжение к светодиоду. Резистор подбирается на 310В обратной полярности, дабы защитить светодиод. Каким образом можно произвести защиту мы посмотрим ниже.

Как подключить светодиоды к 220 В по простой схеме, используя резисторы и диод - вариант 1

---

Первая схема работает по принципу гашения обратного полупериода. Подавляющее большинство полупроводников отрицательно относятся к обратному напряжение. Для блокировки его нам нужен диод. Как правило, в большинстве случаев используют диоды типа IN4004, рассчитанный на напряжение больше 300 В.

Подключение LED по простой схеме с резистором и диодом - вариант 2

---

Другая простая схема показывает, как подключить светодиоды к 220 В переменного напряжения не намного сложнее и ее также можно отнести к простым схемам.

Рассмотрим принцип работы. При положительной полуволне ток идет сквозь резисторы 1 и 2, а также сам светодиод. В данном случае стоит помнить, что падение напряжения на светодиоде будет обратным для обычного диода - VD1. Как только в схему "попадает" отрицательная полуволна 220 В, ток пойдет через обычный диод и резисторы. В этом случае уже прямое падение напряжение на VD1 будет обратным по отношению к светодиоду. Все просто.

При положительной полуволне сетевого напряжения ток протекает через резисторы R1, R2 и светодиод HL1 (при этом прямое падение напряжения на светодиоде HL1 является обратным напряжением для диода VD1). При отрицательной полуволне сетевого напряжения ток протекает через диод VD1 и резисторы R1, R2 (при этом прямое падение напряжения на диоде VD1 является обратным напряжением для светодиода HL1).

Расчетная часть схемы

---

Номинальное напряжение сети:

U_С.НОМ = 220 В

Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):

U_С.МИН = 170 В
U_С.МАКС = 250 В

Принимается к установке светодиод HL1, имеющий максимально допустимый ток:

I_HL1.ДОП = 20 мА

Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода HL1:

I_{HL1.АМПЛ.МАКС} = 0,7*I_HL1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА

Падение напряжения на светодиоде HL1 (опытные данные):

U_HL1 = 2 В

Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:

U_{R.ДЕЙСТВ.МИН} = U_С.МИН = 170 В
U_{R.ДЕЙСТВ.МАКС} = U_С.МАКС = 250 В

Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

R_{ЭКВ.РАСЧ} = U_{R.АМПЛ.МАКС}/I_{HL1.АМПЛ.МАКС} = 350/14 = 25 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

P_R.МАКС = U_{R.ДЕЙСТВ.МАКС}²/R_{ЭКВ.РАСЧ} = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт

Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:

P_R.РАСЧ = P_R.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт

Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:

P_R.ДОП = 2·2 = 4 Вт

Расчетное сопротивление каждого резистора:

R_РАСЧ = 2*R_{ЭКВ.РАСЧ} = 2*25 = 50 кОм

Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:

R1 = R2 = 51 кОм

Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:

R_ЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм

Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:

P_R.МАКС = U_{R.ДЕЙСТВ.МАКС}²/R_ЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт

Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:

I_{HL1.АМПЛ.МИН} = I_{VD1.АМПЛ.МИН} = U_{R.АМПЛ.МИН}/R_ЭКВ = 240/26 = 9,2 мА
I_{HL1.АМПЛ.МАКС} = I_{VD1.АМПЛ.МАКС} = U_{R.АМПЛ.МАКС}/R_ЭКВ = 350/26 = 13 мА

Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:

I_{HL1.СР.МИН} = I_{VD1.СР.МИН} = I_{HL1.ДЕЙСТВ.МИН}/К_Ф = 3,3/1,1 = 3,0 мА
I_{HL1.СР.МАКС} = I_{VD1.СР.МАКС} = I_{HL1.ДЕЙСТВ.МАКС}/К_Ф = 4,8/1,1 = 4,4 мА

Обратное напряжение диода VD1:

U_VD1.ОБР = U_HL1.ПР = 2 В

Расчетные параметры диода VD1:

U_VD1.РАСЧ = U_VD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В
I_VD1.РАСЧ = U_{VD1.АМПЛ.МАКС}/0,7 = 13/0,7 = 19 мА

Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:

U_VD1.ДОП = 30 В
I_VD1.ДОП = 20 мА
I_0.МАКС = 250 мкА

Минусы использования схемы подключения светодиодов к 220 В по варианту 2

---

Главные недостатки подключения светодиодов по этой схеме - малая яркость светодиодов, за счет малого тока. I_HL1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: P_R.МАКС = 2,4 Вт.

Вариант 3 подключения LEDs к электрической сети переменного напряжения 220 В

---

При положительном полупериоде ток протекает через резистор R1, диод и светодиод. При отрицательном ток не протекает, т.к. диод в этом случае включается в обратное направление.

Расчет параметров схемы аналогичен второму варианту. Кому надо - посчитает и сравнит. Разница небольшая.

Минусы подключения по 3 варианту

---

Если самые "пытливые умы" уже посчитали, то могут сравнить данные со вторым вариантом. Кому лень - придется поверить на слово. Минус такого подключения - также низкая яркость светодиода, т.к. ток протекающий через полупроводник составляет всего I_HL1.СР = (2,8-4,2) мА.

Зато при такой схеме мы получаем заметное снижение мощности резистора: Р_R1.МАКС = 1,2 Вт вместо 2,4 Вт полученных ранее.

Подключение светодиода на 220 В с использованием диодного моста - 4 вариант

---

Как видно на графической картинке, в данном случае для подключения на 220 мы используем резисторы и диодный мост.

В данном случае ток через 2 резистора и светодиод ток будет протекать как при положительной, так и при отрицательной полуволне синусоиды за счет использования выпрямительного моста на диодах VD1-VD4.

U_VD.РАСЧ = U_VD.ОБР/0,7 = 2,6/0,7 = 3,7 В
I_VD.РАСЧ = U_{VD.АМПЛ.МАКС}/0,7 = 13/0,7 = 19 мА

Принимаются диоды VD1-VD4 типа Д9В, имеющие следующие основные параметры:

U_VD.ДОП = 30 В
I_VD.ДОП = 20 мА
I_0.МАКС = 250 мкА

Недостатки схемы подключения по 4 варианту

---

Если все рассчитать по приведенным выше формулам, то можно провести аналогию со 2 вариантом подключения. Минусом будет большая мощность на резисторах: PR.МАКС = 2,4 Вт.

Однако при такой схеме мы получим заметное увеличение яркости светодиода: HL1: I_HL1.СР = (5,9-8,7) мА вместо (2,8-4,2) мА

В принципе, это самые распространенные схемы, которые нам показывают как подключить светодиоды к 220 В с применением обычного диода и резисторов. Для простоты понимания были приведены расчеты. Не для всех, может быть понятные, но кому надо, тот найдет, прочитает и разберется. Ну а если нет, то достаточно будет простой графической части.

Как подключить светодиод к 220 В используя конденсатор

---

Выше мы посмотрели, как легко, используя только диоды и резисторы, подключить к сети 220 В любой светодиод. Это были простые схемы. Сейчас посмотрим на более сложные, но лучшие в плане реализации и долговечности. Для этого нам понадобится уже конденсатор.

Токоограничивающий элемент - конденсатор. На схеме - C1. Конденсатор должен быть рассчитан на работу с напряжением не менее 400 В. После зарядки последнего ток через него будет ограничивать резистор.

 Подключение светодиода к сети 220 В на примере выключателя с подсветкой

---

Сейчас уже никого не удивишь выключателем с интегрированной подсветкой в виде светодиода. Разобрав его и разобравшись мы получим еще один способ, благодаря которому можем подключить любой светодиод к сети 220 В.

Во всех выключателях с подсветкой используется резистор с номиналом не менее 20 кОм. Ток в этом случае ограничивается порядка 1А. При включении в сеть такой светодиод будет светиться. Ночью его легко можно различить на стене. Обратный же ток в этом случае будет очень маленьким и не сможет повредить полупроводник. В принципе, такая схема также имеет право на существование, но свет от такого диода будет все-таки ничтожно маленьким. И стоит ли овчинка выделки - не понятно.

Видео на тему подключения светодиода к сети 220 В

---

Ну и в конце всего длинного поста посмотрим видео на тему : "как подключить светодиоды к 220 В". Для тех, кому лень все читать было.