Jak připojit LED k 220v: schémata, chyby, nuance, video
Typicky jsou LED diody připojeny k 220V pomocí ovladače navrženého pro jejich vlastnosti. Pokud ale potřebujete připojit pouze jednu LED s nízkou spotřebou, například jako indikátor, pak se použití ovladače stává nepraktickým. V takových případech vyvstává otázka – jak připojit LED na 220 V bez dodatečného napájení.
Základy připojení na 220V
Na rozdíl od driveru, který napájí LED stejnosměrným proudem a relativně nízkým napětím (několik až desítek voltů), síť produkuje střídavé sinusové napětí s frekvencí 50 Hz a průměrnou hodnotou 220 V. LED prochází proud pouze v jednom směru, bude svítit pouze na určitých půlvlnách:
To znamená, že LED dioda u tohoto zdroje nesvítí neustále, ale bliká frekvencí 50 Hz. Ale kvůli setrvačnosti lidského zraku to není tak nápadné.
Současně je na ni stále přiváděno napětí s obrácenou polaritou, přestože LED diodu nerozsvítí, a může ji poškodit, pokud nebudou přijata žádná ochranná opatření.
Způsoby připojení LED k síti 220 V
Nejjednodušší způsob (přečtěte si o všech možných způsobech připojení LED) je připojení pomocí zhášecího rezistoru zapojeného do série s LED. Je třeba vzít v úvahu, že 220 V je efektivní hodnota U v síti. Hodnota amplitudy je 310 V a je třeba ji vzít v úvahu při výpočtu odporu rezistoru.
Kromě toho je nutné chránit svítivou diodu před zpětným napětím stejné velikosti. To lze provést několika způsoby.
Sériové zapojení diody s vysokým zpětným průrazným napětím (400 V nebo více).
Podívejme se na schéma zapojení podrobněji.
Obvod používá usměrňovací diodu 1N4007 se zpětným napětím 1000 V. Když se změní polarita, bude na ni přivedeno veškeré napětí a LED je chráněna před průrazem.
Tato možnost připojení je jasně ukázána v tomto videu:
Popisuje také, jak určit umístění anody a katody standardní nízkopříkonové LED a vypočítat odpor zhášecího odporu.
Obcházení LED konvenční diodou.
Zde postačí jakákoli dioda s nízkou spotřebou připojená zády k sobě s LED. V tomto případě bude zpětné napětí aplikováno na zhášecí odpor, protože dioda se rozsvítí v propustném směru.
Zapojení dvou LED diod zády k sobě:
Schéma zapojení vypadá takto:
Princip je podobný předchozímu, pouze zde svítivé diody hoří každá ve své vlastní sekci sinusoidy a vzájemně se chrání před poruchou.
Vezměte prosím na vědomí, že připojení LED na zdroj 220V bez ochrany vede k jeho rychlému selhání.
Schémata pro připojení k 220V pomocí zhášecího rezistoru mají jednu vážnou nevýhodu: na rezistoru se uvolňuje velké množství energie.
Například v uvažovaných případech je použit rezistor s odporem 24 Kom, který při napětí 220 V poskytuje proud asi 9 mA. Výkon rozptýlený rezistorem je tedy:
9 * 9 * 24 = 1944 mW, přibližně 2 W.
To znamená, že pro optimální provoz budete potřebovat rezistor s výkonem alespoň 3 W.
Pokud existuje několik LED a spotřebovávají více proudu, pak se výkon zvýší úměrně druhé mocnině proudu, což znemožní použití rezistoru.
Použití rezistoru nedostatečného výkonu vede k jeho rychlému přehřátí a poruše, která může způsobit zkrat v síti.
V takových případech lze jako prvek omezující proud použít kondenzátor. Výhodou této metody je, že se na kondenzátoru neztratí žádný výkon, protože jeho odpor je jalový.
Zde je znázorněno typické schéma připojení svítivé diody do sítě 220V pomocí kondenzátoru. Vzhledem k tomu, že kondenzátor může po vypnutí napájení udržet zbytkový náboj, který je nebezpečný pro člověka, musí být vybit pomocí rezistoru R1. R2 chrání celý obvod před proudovými rázy přes kondenzátor při zapnutí napájení. VD1 chrání LED před přepólováním.
Kondenzátor musí být nepolární, dimenzovaný na napětí minimálně 400 V.
Použití polárních kondenzátorů (elektrolyt, tantal) v síti střídavého proudu je nepřijatelné, protože proud procházející jimi v opačném směru ničí jejich strukturu.
Kapacita kondenzátoru se vypočítá pomocí empirického vzorce:
kde U je amplitudové napětí sítě (310 V),
I – proud procházející LED (v miliampérech),
Ud – úbytek napětí na LED v propustném směru.
Řekněme, že potřebujete připojit LED s úbytkem napětí 2 V při proudu 9 mA. Na základě toho vypočítáme kapacitu kondenzátoru při připojení jedné takové LED do sítě:
Tento vzorec platí pouze pro frekvenci kolísání síťového napětí 50 Hz. Na jiných frekvencích bude vyžadován přepočet faktoru 4,45.
Nuance připojení k síti 220 V
Při připojení LED k síti 220V existují některé funkce související s množstvím procházejícího proudu. Například u běžných světelných spínačů s podsvícením se LED zapíná podle níže uvedeného obvodu:
Jak vidíte, nejsou zde žádné ochranné diody a hodnota odporu je zvolena tak, aby omezila propustný proud LED na cca 1 mA. Zátěž lampy také slouží jako omezovač proudu. S tímto schématem připojení bude LED svítit slabě, ale dost na to, abyste v noci viděli vypínač v místnosti. Kromě toho bude zpětné napětí aplikováno hlavně na rezistor, když je spínač otevřený, a svítivá dioda bude chráněna před poruchou.
Pokud potřebujete připojit několik LED na 220V, můžete je zapnout sériově na základě obvodu se zhášecím kondenzátorem:
V tomto případě musí být všechny LED diody navrženy na stejný proud pro rovnoměrné osvětlení.
Přemosťovací diodu můžete nahradit připojením LED zády k sobě:
V obou případech bude nutné přepočítat hodnotu kapacity kondenzátoru, protože Napětí na LED se zvýší.
Paralelní (ne back-to-back) připojení LED k síti je nepřijatelné, protože při poruše jednoho obvodu protéká druhým dvojnásobný proud, což způsobí vyhoření LED a následný zkrat.
Několik dalších možností pro nepřijatelné připojení světelných diod k síti 220V je popsáno v tomto videu:
Zde je důvod, proč nemůžete:
- zapněte LED přímo;
- zapojte LED diody určené pro různé proudy do série;
- zapněte LED bez ochrany proti zpětnému napětí.
Zabezpečení připojení
Při připojení na 220V je třeba vzít v úvahu, že spínač světel obvykle otevře fázový vodič. Nula se v tomto případě provádí společně v celé místnosti. Elektrická síť navíc často nemá ochranné uzemnění, takže i na nulovém vodiči je nějaké napětí vůči zemi. Měli byste také mít na paměti, že v některých případech je zemnící vodič připojen k radiátorům nebo vodovodnímu potrubí. Proto při současném kontaktu osoby s fází a baterií, zejména při instalačních pracích v koupelně, hrozí nebezpečí vystavení napětí mezi fází a zemí.
V tomto ohledu je při připojování k síti lepší odpojit nulu i fázi pomocí dávkového stroje, aby se zabránilo úrazu elektrickým proudem při dotyku živých vodičů sítě.
Závěr
Zde popsané způsoby připojení LED k síti 220V je vhodné použít pouze při použití nízkopříkonových světelných diod pro účely osvětlení nebo indikace. Výkonné LED diody nelze tímto způsobem připojit, protože nestabilita síťového napětí vede k jejich rychlé degradaci a selhání. V takových případech je třeba použít specializované LED napájecí zdroje – ovladače.