Как подключить светодиоды к 220 В используя простые схемы
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:
UС.НОМ = 220 В
Принимается минимальное и максимальное напряжение сети (опытные данные):
UС.МИН = 170 В
Принимается к установке светодиод HL1, имеющий максимально допустимый ток:
IHL1.ДОП = 20 мА
Максимальный расчетный амплитудный ток светодиода HL1:
IHL1.АМПЛ.МАКС = 0,7*IHL1.ДОП = 0,7*20 = 14 мА
Падение напряжения на светодиоде HL1 (опытные данные):
UHL1 = 2 В
Минимальное и максимальное действующее напряжение на резисторах R1, R2:
UR.ДЕЙСТВ.МИН = UС.МИН = 170 В
UR.ДЕЙСТВ.МАКС = UС.МАКС = 250 В
Расчетное эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ.РАСЧ
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ.РАСЧ = 2502/25 = 2500 мВт = 2,5 Вт
Расчетная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.РАСЧ = PR.МАКС/0,7 = 2,5/0,7 = 3,6 Вт
Принимается параллельное соединение двух резисторов типа МЛТ-2, имеющих суммарную максимально допустимую мощность:
PR.ДОП = 2·2 = 4 Вт
Расчетное сопротивление каждого резистора:
RРАСЧ = 2*RЭКВ.РАСЧ = 2*25 = 50 кОм
Принимается ближайшее большее стандартное сопротивление каждого резистора:
R1 = R2 = 51 кОм
Эквивалентное сопротивление резисторов R1, R2:
RЭКВ = R1/2 = 51/2 = 26 кОм
Максимальная суммарная мощность резисторов R1, R2:
PR.МАКС = UR.ДЕЙСТВ.МАКС2/RЭКВ = 2502/26 = 2400 мВт = 2,4 Вт
Минимальный и максимальный амплитудный ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.АМПЛ.МИН = IVD1.АМПЛ.МИН = UR.АМПЛ.МИН/RЭКВ = 240/26 = 9,2 мА
IHL1.АМПЛ.МАКС = IVD1.АМПЛ.МАКС = UR.АМПЛ.МАКС/RЭКВ = 350/26 = 13 мА
Минимальный и максимальный средний ток светодиода HL1 и диода VD1:
IHL1.СР.МИН = IVD1.СР.МИН = IHL1.ДЕЙСТВ.МИН/КФ = 3,3/1,1 = 3,0 мА
IHL1.СР.МАКС = IVD1.СР.МАКС = IHL1.ДЕЙСТВ.МАКС/КФ = 4,8/1,1 = 4,4 мА
Обратное напряжение диода VD1:
UVD1.ОБР = UHL1.ПР = 2 В
Расчетные параметры диода VD1:
UVD1.РАСЧ = UVD1.ОБР/0,7 = 2/0,7 = 2,9 В
IVD1.РАСЧ = UVD1.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимается диод VD1 типа Д9В, имеющий следующие основные параметры:
UVD1.ДОП = 30 В
IVD1.ДОП = 20 мА
I0.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. IHL1.СР = (3,0-4,4) мА и большая мощность на резисторах: R1, R2: PR.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 IHL1.СР = (2,8-4,2) мА.
Зато при такой схеме мы получаем заметное снижение мощности резистора: РR1.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.
UVD.РАСЧ = UVD.ОБР/0,7 = 2,6/0,7 = 3,7 В
IVD.РАСЧ = UVD.АМПЛ.МАКС/0,7 = 13/0,7 = 19 мА
Принимаются диоды VD1-VD4 типа Д9В, имеющие следующие основные параметры:
UVD.ДОП = 30 В
IVD.ДОП = 20 мА
I0.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: IHL1.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.
Простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт без драйвера (самое простое питание светодиода от сети напряжением 220В)
Потому что нужно грамотно решить сразу две задачи:
- Ограничить прямой ток через светодиод, чтобы он не сгорел.
- Обеспечить защиту светодиода от пробоя обратным током.
Если проигнорировать любой из этих пунктов, светодиод моментально накроется медным тазом.
В самом простейшем случае ограничить ток через светодиод можно резистором и/или конденсатором. А предотвратить пробой от обратного напряжения можно с помощью обычного диода или еще одного светодиода.
Поэтому самая простая схема подключения светодиода к 220В состоит всего из нескольких элементов:
Защитный диод может быть практически любым, т.к. его обратное напряжение никогда не будет превышать прямого напряжения на светодиоде, а ток ограничен резистором.
Сопротивление и мощность ограничительного (балластного) резистора зависит от рабочего тока светодиода и рассчитывается по закону Ома:
R = (Uвх — ULED) / I
А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:
P = (Uвх — ULED)2 / R
где Uвх = 220 В,
ULED — прямое (рабочее) напряжение светодиода. Обычно оно лежит в пределах 1.5-3.5 В. Для одного-двух светодиодов им можно пренебречь и, соответственно, упростить формулу до R=Uвх/I,
I — ток светодиода. Для обычных индикаторных светодиодов ток будет 5-20 мА.
Пример расчета балластного резистора
Допустим, нам нужно получить средний ток через светодиод = 20 мА, следовательно, резистор должен быть:
R = 220В/0.020А = 11000 Ом (берем два резистора: 10 + 1 кОм)
P = (220В)2/11000 = 4.4 Вт (берём с запасом: 5 Вт)
Необходимое сопротивление резистора можно взять из таблицы ниже.
Таблица 1. Зависимость тока светодиода от сопротивления балластного резистора.
| Сопротивление резистора, кОм | Амплитудное значение тока через светодиод, мА | Средний ток светодиода, мА | Средний ток резистора, мА | Мощность резистора, Вт |
|---|---|---|---|---|
| 43 | 7.2 | 2.5 | 5 | 1.1 |
| 24 | 13 | 4.5 | 9 | 2 |
| 22 | 14 | 5 | 10 | 2.2 |
| 12 | 26 | 9 | 18 | 4 |
| 10 | 31 | 11 | 22 | 4.8 |
| 7.5 | 41 | 15 | 29 | 6.5 |
| 4.3 | 72 | 25 | 51 | 11.3 |
| 2.2 | 141 | 50 | 100 | 22 |
Другие варианты подключения
В предыдущих схемах защитный диод был включен встречно-параллельно, однако его можно разместить и так:
Это вторая схема включения светодиодов на 220 вольт без драйвера. В этой схеме ток через резистор будет в 2 раза меньше, чем в первом варианте. А, следовательно, на нем будет выделяться в 4 раза меньше мощности. Это несомненный плюс.
Но есть и минус: к защитному диоду прикладывается полное (амплитудное) напряжение сети, поэтому любой диод здесь не прокатит. Придется подобрать что-нибудь с обратным напряжением 400 В и выше. Но в наши дни это вообще не проблема. Отлично подойдет, например, вездесущий диод на 1000 вольт — 1N4007 (КД258).
Не смотря на распространенное заблуждение, в отрицательные полупериоды сетевого напряжения, светодиод все-таки будет находиться в состоянии электрического пробоя. Но благодаря тому, что сопротивление обратносмещенного p-n-перехода защитного диода очень велико, ток пробоя будет недостаточен для вывода светодиода из строя.
Внимание! Все простейшие схемы подключения светодиодов в 220 вольт имеют непосредственную гальваническую связь с сетью, поэтому прикосновение к ЛЮБОЙ точке схемы — ЧРЕЗВЫЧАЙНО ОПАСНО!
Для уменьшения величины тока прикосновения нужно располовинить резистор на две части, чтобы получилось как показано на картинках:
Благодаря такому решению, даже поменяв местами фазу и ноль, ток через человека на «землю» (при случайном прикосновении) никак не сможет превысить 220/12000=0.018А. А это уже не так опасно.
Как быть с пульсациями?
В обеих схемах светодиод будет светиться только в положительный полупериод сетевого напряжения. То есть он будет мерцать с частой 50 Гц или 50 раз в секунду, причём размах пульсаций будет равен 100% (10 мс горит, 10 мс не горит и так далее). Это будет заметно глазу.
К тому же, при подсветке мерцающими светодиодами каких-либо движущихся объектов, например, лопастей вентилятора, колес велосипеда и т.п., неизбежно будет возникать стробоскопический эффект. В некоторых случаях данный эффект может быть неприемлем или даже опасен. Например, при работе за станком может показаться, что фреза неподвижна, а на самом деле она вращается с бешенной скоростью и только и ждет, чтобы вы сунули туда пальцы.
Чтобы сделать пульсации менее заметными, можно удвоить частоту включения светодиода с помощью двухполупериодного выпрямителя (диодного моста):
Обратите внимание, что по сравнению со схемой #2 при том же самом сопротивлении резисторов, мы получили в два раза больший средний ток. И, соответственно, в четыре раза большую мощность рассеивания резисторов.
К диодному мосту при этом не предъявляется каких-либо особых требований, главное, чтобы диоды, из которых он состоит, выдерживали половину рабочего тока светодиода. Обратное напряжение на каждом из диодов будет совсем ничтожным.
Еще, как вариант, можно организовать встречно-параллельное включение двух светодиодов. Тогда один из них будет гореть во время положительной полуволны, а второй — во время отрицательной.
Фишка в том, что при таком включении максимальное обратное напряжение на каждом из светодиодов будет равно прямому напряжению другого светодиода (несколько вольт максимум), поэтому каждый из светодиодов будет надежно защищен от пробоя.
Светодиоды следует разместить как можно ближе друг к другу. В идеале — попытаться найти сдвоенный светодиод, где оба кристалла размещены в одном корпусе и у каждого свои выводы (хотя я таких ни разу не видел).
Вообще говоря, для светодиодов, выполняющих индикаторную функцию, величина пульсаций не очень-то и важна. Для них самое главное — это максимально заметная разница между включенным и выключенным состоянием (индикация вкл/выкл, воспроизведение/запись, заряд/разряд, норма/авария и т.п.)
А вот при создании светильников, всегда нужно стараться свести пульсации к минимуму. И не столько из-за опасностей стробоскопического эффекта, сколько из-за их вредного влияния на организм.
Какие пульсации считаются допустимыми?
Все зависит от частоты: чем она ниже, тем заметнее пульсации. На частотах выше 300 Гц пульсации становятся совершенно невидимыми и вообще никак не нормируются, то есть даже 100%-ные считаются нормой.
Не смотря на то, что пульсации освещенности на частотах 60-80 Гц и выше визуально не воспринимаются, тем не менее, они способны вызывать повышенную усталость глаз, общую утомляемость, тревожность, снижение производительности зрительной работы и даже головные боли.
Для предотвращения вышеперечисленных последствий, международный стандарт IEEE 1789-2015 рекомендует максимальный уровень пульсаций яркости для частоты 100 Гц — 8% (гарантированно безопасный уровень — 3%). Для частоты 50 Гц — это будут 1.25% и 0.5% соответственно. Но это для перфекционистов.
На самом деле, для того, чтобы пульсации яркости светодиода перестали хоть как-то досаждать, достаточно, чтобы они не превышали 15-20%. Именно таков уровень мерцания ламп накаливания средней мощности, а ведь на них никто и никогда не жаловался. Да и наш российский СНиП 23-05-95 допускает мерцание света в 20% (и только для особо кропотливых и ответственных работ требование повышено до 10%).
В соответствии с ГОСТ 33393-2015 «Здания и сооружения. Методы измерения коэффициента пульсации освещенности» для оценки величины пульсаций вводится специальный показатель — коэффициент пульсаций (Кп).
Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:
Кп = (Еmax — Emin) / (Emax + Emin) ⋅ 100%,
где Емах — максимальное значение освещенности (амплитудное), а Емин — минимальное.
Мы будем использовать эту формулу для расчета емкости сглаживающего конденсатора.
Очень точно определить пульсации любого источника света можно при помощи солнечной панели и осциллографа:
Как уменьшить пульсации?
Посмотрим, как включить светодиод в сеть 220 вольт, чтобы снизить пульсации. Для этого проще всего подпаять параллельно светодиоду накопительный (сглаживающий) конденсатор:
Из-за нелинейного сопротивления светодиодов, расчет емкости этого конденсатора является довольно нетривиальной задачей.
Однако, эту задачу можно упростить, если сделать несколько допущений. Во-первых, представить светодиод в виде эквивалентного постоянного резистора:
А во-вторых, сделать вид, что яркость светодиода (а, следовательно, и освещенность) имеет линейную зависимость от тока.
Давайте попробуем приблизительно рассчитать емкость конденсатора на конкретном примере.
Расчет емкости сглаживающего конденсатора
Допустим, мы хотим получить коэфф. пульсаций 2.5% при токе через светодиод 20 мА. И пусть в нашем распоряжении оказался светодиод, на котором при токе в 20 мА падает 2 В. Частота сети, как обычно, 50 Гц.
Так как мы решили, что яркость линейно зависит от тока через светодиод, а сам светодиод мы представили в виде простого резистора, то освещенность в формуле расчета коэффициента пульсаций можем спокойно заменить на напряжение на конденсаторе:
Кп = (Umax — Umin) / (Umax + Umin) ⋅ 100%
Подставляем исходные данные и вычисляем Umin:
2.5% = (2В — Umin) / (2В + Umin) ⋅ 100% => Umin = 1.9В
Период колебаний напряжения в сети равен 0.02 с (1/50).
Таким образом, осциллограмма напряжения на конденсаторе (а значит и на нашем упрощенном светодиоде) будет выглядеть примерно вот так:
Вспоминаем тригонометрию и считаем время заряда конденсатора (для простоты не будем учитывать сопротивление балластного резистора):
tзар = arccos(Umin/Umax) / 2πf = arccos(1.9/2) / (2⋅3.1415⋅50) = 0.0010108 с
Весь остальной остаток периода кондер будет разряжаться. Причем, период в данном случае нужно сократить в два раза, т.к. у нас используется двухполупериодный выпрямитель:
tразр = Т — tзар = 0.02/2 — 0.0010108 = 0.008989 с
Осталось вычислить емкость:
C = ILED⋅ dt/dU = 0.02 ⋅ 0.008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ)
На практике вряд ли кто-то будет ставить такой большой кондер ради одного маленького светодиодика. Хотя, если стоит задача получить пульсации в 10%, то нужно всего 440 мкФ.
Повышаем КПД
Обратили внимание, насколько большая мощность выделяется на гасящем резисторе? Мощность, которая тратится впустую. Нельзя ли ее как-нибудь уменьшить?
Оказывается, еще как можно! Достаточно вместо активного сопротивления (резистора) взять реактивное (конденсатор или дроссель).
Дроссель мы, пожалуй, сразу откинем из-за его громоздкости и возможных проблем с ЭДС самоиндукции. А насчет конденсаторов можно подумать.
Как известно, конденсатор любой емкости обладает бесконечным сопротивлением для постоянного тока. А вот сопротивление переменному току рассчитывается по этой формуле:
Rc = 1 / 2πfC
то есть, чем больше емкость C и чем выше частота тока f — тем ниже сопротивление.
Прелесть в том, что на реактивном сопротивлении и мощность тоже реактивная, то есть ненастоящая. Она как бы есть, но ее как бы и нет. На самом деле эта мощность не совершает никакой работы, а просто возвращается назад к источнику питания (в розетку). Бытовые счетчики ее не учитывают, поэтому платить за нее не придется. Да, она создает дополнительную нагрузку на сеть, но вас, как конечного потребителя, это вряд ли сильно обеспокоит =)
Таким образом, наша схема питания светодиодов от 220В своими руками приобретает следующий вид:
Но! Именно в таком виде ее лучше не использовать, так как в этой схеме светодиод уязвим для импульсных помех.
Включение или выключение распложенных на одной с вами линии мощной индуктивной нагрузки (двигатель кондиционера, компрессор холодильника, сварочный аппарат и т.п.) приводит к появлению в сети очень коротких выбросов напряжения. Конденсатор С1 представляет для них практически нулевое сопротивление, следовательно мощный импульс направится прямиком к С2 и VD5.
К сожалению, электролитические конденсаторы, из-за своей большой паразитной индуктивности, плохо справляются с ВЧ-помехами, поэтому большая часть энергии импульса пойдет через p-n-переход светодиода.
Еще один опасный момент возникает в случае включения схемы в момент пучности напряжения в сети (т.е. в тот самый момент, когда напряжение в розетке находится на пике своего значения). Т.к. С1 в этот момент полностью разряжен, то возникает слишком большой бросок тока через светодиод.
Все это со временем это приводит к прогрессирующей деградации кристалла и падению яркости свечения.
Во избежание таких печальных последствий, схему нужно дополнить небольшим гасящим резистором на 47-100 Ом и мощностью 1 Вт. Кроме того, резистор R1 будет выступать в роли предохранителя на случай пробоя конденсатора С1.
Получается, что схема включения светодиода в сеть 220 вольт должна быть такой:
И остается еще один маленький нюанс: если выдернуть эту схему из розетки, то на конденсаторе С1 останется какой-то заряд. Остаточное напряжение будет зависеть от того, в какой момент была разорвана цепь питания и в отдельных случаях может превышать 300 вольт.
А так как конденсатору некуда разряжаться, кроме как через свое внутреннее сопротивление, то заряд может сохраняться очень долго (сутки и более). И все это время кондер будет ждать вас или вашего ребенка, через которого можно будет как следует разрядиться. Причем, для того, чтобы получить удар током, не нужно лезть в недра схемы, достаточно просто прикоснуться к обоим контактам штепсельной вилки.
Чтобы помочь кондеру избавиться от ненужного заряда, подключим параллельно ему любой высокоомный резистор (например, на 1 МОм). Этот резистор не будет оказывать никакого влияния на расчетный режим работы схемы. Он даже греться не будет.
Таким образом, законченная схема подключения светодиода к сети 220В (с учетом всех нюансов и доработок) будет выглядеть так:
Значение емкости конденсатора C1 для получения нужного тока через светодиод можно сразу взять из Таблицы 2, а можно рассчитать самостоятельно.
Вот здесь можно посмотреть, как еще сильнее усовершенствовать данную схему, добавив в нее стабилизатор тока на одном транзисторе и стабилитроне. Это существенно понизит пульсации и продлит срок службы светодиодов.Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Не буду приводить утомляющие математические выкладки, дам сразу готовую формулу емкости (в Фарадах):
C = I / (2πf√(U2вх — U2LED)) [Ф],
где I — ток через светодиод, f — частота тока (50 Гц), Uвх — действующее значение напряжения сети (220В), ULED — напряжение на светодиоде.
Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U2вх — U2LED) приблизительно равно Uвх, следовательно формулу можно упростить:
C ≈ 3183 ⋅ ILED / Uвх [мкФ]
а, раз уж мы делаем расчеты под Uвх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ ILED [мкФ]
Таким образом, при включении светодиода на напряжение 220 В, на каждые 100 мА тока потребуется примерно 1.5 мкФ (1500 нФ) емкости.
Кто не в ладах с математикой, заранее посчитанные значения можно взять из таблицы ниже.
Таблица 2. Зависимость тока через светодиоды от емкости балластного конденсатора.
| C1 | 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ILED | 1 mA | 4.5 mA | 6.7 mA | 10 mA | 22 mA | 45 mA | 67 mA |
Немного о самих конденсаторах
В качестве гасящих рекомендуется применять помехоподавляющие конденсаторы класса Y1, Y2, X1 или X2 на напряжение не менее 250 В. Они имеют прямоугольный корпус с многочисленными обозначениями сертификатов на нем. Выглядят так:
Если вкратце, то:
- X1 – используются в промышленных устройствах, подключаемых к трехфазной сети. Эти конденсаторы гарантированно выдерживают всплеск напряжения в 4 кВ;
- X2 – самые распространенные. Используются в бытовых приборах с номинальным напряжением сети до 250 В, выдерживают скачек до 2.5 кВ;
- Y1 – работают при номинальном сетевом напряжении до 250 В и выдерживают импульсное напряжение до 8 кВ;
- Y2 – довольно-таки распространенный тип, может быть использован при сетевом напряжении до 250 В и выдерживает импульсы в 5 кВ.
Допустимо применять отечественные пленочные конденсаторы К73-17 на 400 В (а лучше — на 630 В).
Сегодня широкое распространение получили китайские «шоколадки» (CL21), но в виду их крайне низкой надежности, очень рекомендую удержаться от соблазна применять их в своих схемах. Особенно в качестве балластных конденсаторов.
Внимание! Полярные конденсаторы ни в коем случае нельзя использовать в качестве балластных!
Итак, мы рассмотрели, как подключать светодиод к 220В (схемы и их расчет). Все приведенные в данной статье примеры хорошо подходят для одного или нескольких маломощных светодиодов, но совершенно нецелесообразны для мощных светильников, например, ламп или прожекторов — для них лучше использовать полноценные схемы, которые называются драйверами.
Прожектор с дистанционным управлением | Мастер-класс своими руками
В этом мастер-классе я буду переделывать прожектор с датчиком движения на прожектор с дистанционным управлением.Датчик движения — это конечно же хорошо, но в некоторых местах он не так полезен, как дистанционное включение. Я делаю данный фонарь для гаража, где всегда темно, и где много «слепых» зон если использовать датчик движения.
Если использовать прожектор без доработки, то чтобы он зажегся необходимо попасть в зону действия датчика, что бывает не всегда возможно. И пока доберешься до этой зоны можно переломать ноги. Также видимость для датчика могут загораживать предметы, машины, расстояние – длинный коридор к примеру.
Другое дело – дистанционный датчик. Когда захотел включи, захотел выключил. Брелок — выключатель всегда на ремне или прикреплен к ключам, что очень-очень удобно.
Плюсов много, объектов где можно использовать данную конструкцию то не мало. Причем я взял выключатель с двумя пультами. Другой для отца. Вариантов много. Главное, чтобы выключатель дистанционного управления был рассчитан на напряжение 220 вольт и ток 10 ампер.
Что нам понадобиться?
Прожектор. Я взял стары, но вы можете купить новый светодиодный.
— Светодиодный прожектор.
— Беспроводной выключатель света. С двумя пультами.
(активные ссылки на магазин)
На алиэкспресс очень много разных дистанционных выключателей. Ваша задача выбрать чтобы он был на напряжение 220-230 вольт (так как большинство выключателей на 12 вольт) и ток который будет больше тока потребляемого вашим прожектором.
Вот более дешевые модели без корпуса, с одним пультом и т.п.
— Более дешевый вариант с одним пультом в корпусе.
Все варианты — смотрите.
Инструмент доступный: отвертки, плоскогубцы, кусачки и т.п.
Разбираем датчик движения. Отпаиваем провода от датчика движения. У меня остался паспорт от прожектора, и я знаю куда идут провода которые шли к датчику. Вы же можете разобрать прожектор, если не знаете куда и от чего идут провода.
Провода короткие, я буду их удлинять.
Удлинил провода, припаяв другие. Надел термоусадочную трубку и обдул феном.
Схема подключения к выключателю дистанционного управления.
Подключаем по схеме.
Проверяем.
Если все работает, вставляем схему в корпус. Крышку смазываем герметиком (можно силиконом) для герметичности и закрываем. Завинчиваем шурупы и гайки.
При выполнении любых манипуляций будьте осторожны! Напряжение 230 вольт опасно для жизни.
Вот такая вот несложная модернизация и нас получилась. Надеюсь вам она пригодиться.
Простой светодиодный прожектор своими руками
Сегодня весь ассортимент имеющихся на рынке светодиодных прожекторов условно можно разделить на 2 группы: недорогие низкокачественные и фирменные изделия хорошего качества с высокой стоимостью. Стоит отметить, что вторая группа активно подделывается недобросовестными производителями из Китая, что серьезно усложняет выбор.
В данной статье рассмотрим, как сделать светодиодной прожектор на 220 В своими руками, качество которого в разы выше дешевых изделий китайского производства.
Необходимые детали и материалы
Все материалы, используемые в сборке, есть в хозяйственных магазинах и в отделах по продаже радиоэлектронных компонентов. В крайнем случае их можно заказать через онлайн-магазины. Главная деталь – это корпус от галогенного прожектора.
Если прожектор планируется использовать на открытом воздухе, то степень защиты корпуса должна быть не ниже IP67.
Далее понадобится двусторонний фольгированный стеклотекстолит прямоугольной формы. Его размер зависит от внутренних размеров корпуса галогенного прожектора. Для крепления текстолита потребуется алюминиевая пластина, которая также будет служить теплопроводом между светодиодами и корпусом прожектора.
Для более эффективного отвода тепла от светодиодов, рекомендуется использовать максимально тонкий стеклотекстолит.
Светодиоды будем устанавливать SMD 5050 в количестве 100 шт. Для их питания потребуется набор недорогих радиоэлементов, о выборе которых будет сказано чуть ниже. Для монтажа компонентов на печатную плату понадобится стандартный инструмент радиолюбителя. Кроме этого, пригодится умение изготавливать самодельные печатные платы, термопаста и провода.
Схема и печатная плата простого светодиодного прожектора
В качестве источника питания светодиодного прожектора применим схему с гасящим конденсатором, как наиболее простое и доступное каждому решение. Её принцип действия неоднократно рассматривался ранее. Поэтому укажем только основные нюансы, на которые следует обратить внимание. 
По входу источника питания стоит неполярный конденсатор ёмкостью 1 мкФ на 400 или 630 вольт. Параллельно с ним включен резистор 1 МОм. Можно подключить любой другой резистор мощностью 0,25 Вт и более с сопротивлением 240–1000 кОм. Далее следует диодный мост, собранный на четырёх недорогих диодах 1N4007 (Iпр=1 А, Uобр=1000 В). Его можно заменить диодной сборкой с такими же параметрами. Выпрямленное напряжение сглаживается полярным конденсатором на 10 мкФ 400 В.
Светодиоды на печатной плате прожектора разделены на две последовательно соединённые группы по 50 шт. в каждой. В схеме для светодиодов не используются ограничительные резисторы.
При подключении источника питания к светодиодам между ними был установлен мультиметр в режиме измерения тока. Результат показал 38 мА в обеих ветвях или 19 мА в каждой, что соответствует предварительно проведенным расчетным данным. При сетевом напряжении 220 вольт ток через каждый светодиод не превысит номинальное значение в 20 мА.
Печатная плата изготавливается стандартным способом с помощью лазерного принтера и не требует особой точности. Обратная сторона платы остаётся нелуженой для лучшего отвода тепла. Монтажные отверстия необходимо разместить так, чтобы с их помощью обеспечить надёжный контакт с радиатором. 
Плата светодиодного прожектора в файле Sprint Layout 6.0: LED-plata.lay6
Процесс сборки
Начнем собирать прожектор с установки светодиодов на печатную плату. Для этого можно воспользоваться как паяльной станцией, так и простым маломощным паяльником. 
По завершении следует проверить правильность монтажа и работоспособность каждого светодиода отдельно, используя для этого мультиметр в режиме прозвонки.
Следующим этапом по сборке LED-прожектора своими руками является пайка блока питания навесным способом. Расположение радиодеталей нужно продумать так, чтобы они поместились в отсеке, куда заводят провод питания. Чтобы избежать короткого замыкания, оголённые участки изолируем термоусадочной трубкой. Проверяем работоспособность источника питания сначала на холостом ходу, а затем с нагрузкой (светодиодами). 
После успешного кратковременного запуска переходим к окончательной сборке светодиодного прожектора. Сначала из алюминиевой пластины делаем радиатор в виде уголка. 
Таким образом, чтобы одна его полка прилегала к внутренней стенке прожектора, а ко второй крепилась плата со светодиодами. 
С целью повышения теплоотдачи в местах контакта наносим термопасту, после чего производим окончательную сборку.
Плюсы и минусы конструкции
Явным преимуществом конструкции является простота сборки и доступность используемых деталей. В результате проведенных операций получился самодельный светодиодный прожектор направленного действия на светодиодах SMD 5050 со светоотдачей 18 лм каждый. В сумме световой поток самодельного прожектора составит примерно 1600–2000 лм. Точное значение освещенности нужно измерять люксметром. Оно зависит от тока нагрузки и цветовой температуры используемых светодиодов.
Отсутствие ограничительного резистора – минус рассмотренной электрической схемы, благодаря чему её надёжность в регионах с нестабильным напряжением сети резко снижается. Значительный скачок напряжения станет причиной выгорания светодиодов. Поэтому рекомендуем немного усовершенствовать самодельный прожектор, дополнив его схему питания двумя резисторами сопротивлением 1–2 Ом. 
Не стоит забывать, что светодиодное освещение продолжает прогрессировать, предлагая новые модели твердотельных источников света. В частности, место SMD светодиодов может занять COB матрица, розничная цена которой уже доступна широкому кругу потребителей. COB матрица упрощает монтаж, уменьшает размеры платы, снижает общее время изготовления прожектора в домашних условиях.
Вот только отводить тепло от многокристального чипа придётся с помощью вентилятора, а значит, придётся доработать блок питания. Для этих целей подойдёт компьютерный кулер, для которого достаточно места внутри корпуса. Но в этом случае прожектор нельзя будет эксплуатировать под отрытым небом.
Ещё одним прогрессивным шагом станет замена омеднённого текстолита на фольгированный алюминий. На самом деле этот трёхслойным материал сделан из текстолита, с одной стороны которого нанесена медь для вытравливания печатных проводников, а с другой – алюминий для отвода тепла. Он идеально подходит для построения современных светодиодных фонарей и прожекторов большой мощности.
Подводя итоги, хочется отметить, что сконструировать самодельный прожектор на светодиодах под силу каждому человеку, который «дружит» с паяльником и электричеством. А ещё сборка подобного самодельного устройства не только украсит досуг, но и станет экономичным осветительным прибором в домашнем хозяйстве.
Как подключить светодиод к 220в: схемы, ошибки, нюансы, видео
Обычно светодиоды подключаются к 220В при помощи драйвера, рассчитанного под их характеристики. Но если требуется подключить только один маломощный светодиод, например, в качестве индикатора, то применение драйвера становится нецелесообразным. В таких случаях возникает вопрос — как подключить светодиод к 220 В без дополнительного блока питания.
Основы подключения к 220 В
В отличие от драйвера, который питает светодиод постоянным током и сравнительно небольшим напряжением (единицы-десятки вольт), сеть выдает переменное синусоподобное напряжение с частотой 50 Гц и средним значением 220 В. Поскольку светодиод пропускает ток только в одну сторону, то светиться он будет только на определенных полуволнах:
То есть led при таком питании светится не постоянно, а мигает с частотой 50 Гц. Но из-за инерционности человеческого зрения это не так заметно.
В то же время напряжение обратной полярности, хотя и не заставляет led светиться, все же прикладывается к нему и может вывести из строя, если не предпринять никаких защитных мер.
Способы подключения светодиода к сети 220 В
Самый простой способ (читайте про все возможные способы подключения led) – подключение при помощи гасящего резистора, включенного последовательно со светодиодом. При этом нужно учесть, что 220 В – это среднеквадратичное значение U в сети. Амплитудное значение составляет 310 В, и его нужно учитывать при расчете сопротивления резистора.
Кроме того, необходимо обеспечить защиту светоизлучающего диода от обратного напряжения той же величины. Это можно сделать несколькими способами.
Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более).
Рассмотрим схему подключения более подробно.
В схеме используется выпрямительный диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. При изменении полярности все напряжение будет приложено именно к нему, и led оказывается защищенным от пробоя.
Такой вариант подключения наглядно показан в этом ролике:
Также здесь описывается, как определить расположение анода и катода у стандартного маломощного светодиода и рассчитать сопротивление гасящего резистора.
Шунтирование светодиода обычным диодом.
Здесь подойдет любой маломощный диод, включенный встречно-параллельно с led. Обратное напряжение при этом будет приложено к гасящему резистору, т.к. диод оказывается включенным в прямом направлении.
Встречно-параллельное подключение двух светодиодов:
Схема подключения выглядит следующим образом:
Принцип аналогичен предыдущему, только здесь светоизлучающие диоды горят каждый на своем участке синусоиды, защищая друг друга от пробоя.
Обратите внимание, что подключение светодиода к питанию 220В без защиты ведет к быстрому выходу его из строя.
Схемы подключения к 220В при помощи гасящего резистора обладают одним серьезным недостатком: на резисторе выделяется большая мощность.
Например, в рассмотренных случаях используется резистор сопротивлением 24 Ком, что при напряжении 220 В обеспечивает ток около 9 мА. Таким образом, мощность, рассеиваемая на резисторе, составляет:
9 * 9 * 24 = 1944 мВт, приблизительно 2 Вт.
То есть для оптимального режима работы потребуется резистор мощностью не менее 3 Вт.
Если же светодиодов будет несколько, и они будут потреблять больший ток, то мощность будет расти пропорционально квадрату тока, что сделает применение резистора нецелесообразным.
Применение резистора недостаточной мощности ведет к его быстрому перегреву и выходу из строя, что может вызвать короткое замыкание в сети.
В таких случаях в качестве токоограничивающего элемента можно использовать конденсатор. Преимущество этого способа в том, что на конденсаторе не рассеивается мощность, поскольку его сопротивление носит реактивный характер.
Здесь показана типовая схема подключения светоизлучающего диода в сеть 220В при помощи конденсатора. Поскольку конденсатор после отключения питания может хранить в себе остаточный заряд, представляющий опасность для человека, его необходимо разряжать при помощи резистора R1. R2 защищает всю схему от бросков тока через конденсатор при включении питания. VD1 защищает светодиод от напряжения обратной полярности.
Конденсатор должен быть неполярным, рассчитанным на напряжение не менее 400 В.
Применение полярных конденсаторов (электролит, тантал) в сети переменного тока недопустимо, т.к. ток, проходящий через них в обратном направлении, разрушает их конструкцию.
Емкость конденсатора рассчитывается по эмпирической формуле:
где U – амплитудное напряжение сети (310 В),
I – ток, проходящий через светодиод (в миллиамперах),
Uд – падение напряжения на led в прямом направлении.
Допустим, нужно подключить светодиод с падением напряжения 2 В при токе 9 мА. Исходя из этого, рассчитаем емкость конденсатора при подключении одного такого led к сети:
Данная формула действительна только для частоты колебаний напряжения в сети 50 Гц. На других частотах потребуется пересчет коэффициента 4,45.
Нюансы подключения к сети 220 В
При подключении led к сети 220В существуют некоторые особенности, связанные с величиной проходящего тока. Например, в распространенных выключателях освещения с подсветкой, светодиод включается по схеме, изображенной ниже:
Как видно, здесь отсутствуют защитные диоды, а сопротивление резистора выбрано таким образом, чтобы ограничить прямой ток led на уровне около 1 мА. Нагрузка в виде лампы также служит ограничителем тока. При такой схеме подключения светодиод будет светиться тускло, но достаточно для того, чтобы разглядеть выключатель в комнате в ночное время. Кроме того, обратное напряжение будет приложено в основном к резистору при разомкнутом ключе, и светоизлучающий диод оказывается защищенным от пробоя.
Если требуется подключить к 220В несколько светодиодов, можно включить их последовательно на основе схемы с гасящим конденсатором:
При этом все led должны быть рассчитаны на одинаковый ток для равномерного свечения.
Можно заменить шунтирующий диод встречно-параллельным подключением светодиодов:
В обоих случаях нужно будет пересчитать величину емкости конденсатора, т.к. возрастет напряжение на светодиодах.
Параллельное (не встречно-параллельное) подключение led в сеть недопустимо, поскольку при выходе одной цепи из строя через другую потечет удвоенный ток, что вызовет перегорание светодиодов и последующее короткое замыкание.
Еще несколько вариантов недопустимого подключения светоизлучающих диодов в сеть 220В описаны в этом видео:
Здесь показано, почему нельзя:
- включать светодиод напрямую;
- последовательно соединять светодиоды, рассчитанные на разный ток;
- включать led без защиты от обратного напряжения.
Безопасность при подключении
При подключении к 220В следует учитывать, что выключатель освещения обычно размыкает фазный провод. Ноль при этом проводится общим по всему помещению. Кроме того, электросеть зачастую не имеет защитного заземления, поэтому даже на нулевом проводе присутствует некоторое напряжение относительно земли. Также следует иметь в виду, что в некоторых случаях провод заземления подключается к батареям отопления или водопроводным трубам. Поэтому при одновременном контакте человека с фазой и батареей, особенно при монтажных работах в ванной комнате, есть риск попасть под напряжение между фазой и землей.
В связи с этим, при подключении в сеть лучше отключать и ноль, и фазу при помощи пакетного автомата во избежание поражения током при прикосновении к токоведущим проводам сети.
Заключение
Описанные здесь способы подключения светодиодов в сеть 220В целесообразно применять только при использовании маломощных светоизлучающих диодов в целях подсветки или индикации. Мощные led так подключать нельзя, поскольку нестабильность сетевого напряжения приводит к их быстрой деградации и выходу из строя. В таких случаях нужно применять специализированные блоки питания светодиодов – драйверы.