За последние годы многие люди стали гораздо охотнее переходить с обычных ламп накаливания и улучшенных галогенок на экономичные и качественные светодиоды. Такие источники света позволяют существенно сократить расходы на электроэнергию. И это неудивительно, ведь при одинаковой интенсивности свечения лампа накаливания в 8-10 раз мощнее светодиодной. Аналогичная ситуация наблюдается при сравнении led-диодов и галогенок.
В процессе монтажа могут возникнуть определенные трудности. Далеко не все люди понимают, как подключить светодиодный светильник к 220 В своими руками.
Основы подключения к 220 В
Светодиод – полупроводник, пропускающий электрический ток исключительно в одном направлении. Большинство светильников оснащаются специальными драйверами, преобразующими переменное электричество в постоянное 12, 24, 36 или 48 В. Что касается промышленной сети, то она выдает синусоидальное напряжение 220 В (среднее значение, всегда имеются небольшие перепады) с частотой 50 Гц.
При таком раскладе светодиод будет работать на определенных полуволнах – мигать с частотой 50 Гц. Впрочем, человек не способен заметить мерцание. При подаче электричества в обратном направлении элемент прекратит светиться, но без должной защиты может выйти из строя.
Простейшим методом подключения светильника к сети на 220 В является использование гасящего сопротивления, расположенного последовательно светодиоду. Напряжение постоянно изменяется, амплитудное значение может достигать 310 В. Данная величина должна обязательно учитываться при расчетах сопротивления.
Также следует обеспечить защиту диода от обратного напряжения, равного прямому. Рассмотрим основные способы.
Последовательное подключение диода с высоким напряжением обратного пробоя (400 В и более)
В данном случае правильно подключить к схеме выпрямительный диод 1N4007, обратное напряжение которого составляет 1000 В. Если будет изменена полярность и напряжение пойдет в обратном направлении, то оно будет сглажено выпрямительным диодом, защищающим светодиод от пробоя.
Шунтирование светодиода обычным диодом
Этот способ подразумевает использование простого маломощного полупроводника, подключаемого по встречно-параллельному курсу со светодиодом. Обратное напряжение будет воздействовать на гасящее сопротивление, поскольку диод включен в прямом направлении.
Встречно-параллельное подключение двух светодиодов
Способ схож с предыдущим методом, за исключением того, что светодиоды будут гореть только на своем отрезке синусоиды, обеспечивая друг для друга защиту от пробоя.
Существенным недостатком подключения светодиодов к сети 220 В через гасящий резистор является то, что на сопротивлении выделяется огромная мощность.
Рассмотрим пример. Предположим, что используется гасящий резистор сопротивлением 24 кОм при подключении светодиодов к сети 220 В с выходящим током 9 мА. Рассчитаем мощность на гасящем сопротивлении: 9*9*24=1944 мВт (около 2 Вт). Таким образом, чтобы обеспечить оптимальную эксплуатацию, нужно взять резистор мощностью не ниже 3 Вт.
Когда используется несколько led-диодов, потребляющих ток большего значения, то мощность будет расти пропорционально квадрату выходного тока, из-за чего использовать гасящий резистор будет просто нецелесообразно. В случае применения сопротивления меньшей мощности, чем требуется по регламенту, резистор быстро выйдет из строя и произойдет короткое замыкание.
Поэтому роль токоограничивающего элемента должен играть конденсатор, на котором не рассеивается мощность, поскольку сопротивление является реактивным.
В простейшей схеме подключения светодиодного осветительного прибора через конденсатор наблюдается следующая картина: после прекращения питания в конденсаторе сохраняется остаточный заряд – источник угрозы для безопасности человека, который должен разряжаться с помощью сопротивления. Второй резистор требуется при включении питания для защиты схемы от тока, идущего через конденсатор. Выпрямительный диод служит для защиты led-диода от обратного напряжения. Выбирайте конденсатор неполярного типа, рассчитанный для эксплуатации в сети с напряжением не ниже 400 В.
Категорически запрещено использовать полярные конденсаторы в сети переменного тока, поскольку проходящий в обратном направлении ток приведет к разрушению конструкции.
Для расчета нужной емкости конденсатора используют эмпирическую формулу, где производное 4,45 и тока, проходящего через светодиоды, нужно разделить на разницу между амплитудной величиной тока (указана выше – 310 В) и падением напряжения на светодиоде после прямого прохождения.
Например, если нужно подключить led-диод с падением напряжения 3 В и током 9 мА, то по формуле выше емкость конденсатора будет равна 0,13 мкФ. На данную величину в большей степени влияет сила тока, меньшей – падение напряжения.
Эмпирическая формула может использоваться при расчетах емкости конденсатора для сети частотой 50 Гц, поскольку в остальных случаях коэффициент 4,45 требует перерасчета.
Есть некоторые нюансы, связанные со значением проходящего тока при подключении светодиодов к сети 220 В. Рассмотрим простейшую схему подключения светодиодной подсветки в выключателе.
Параллельно выключателю подсоединяются сопротивление (гасящий резистор) и светодиод, после чего размещается лампочка. Схема работает без защитных диодов, а значение гасящего резистора подбирается таким образом, чтобы ограничить ток на величине около 1 мА. Лампочка выполняет функцию нагрузки, также ограничивающей ток. Led-диод будет светиться блекло, но этого достаточно для того, чтобы ночью найти выключатель и включить свет. При смене полярности напряжение станет падать на сопротивление, поэтому светодиод будет полностью защищен от потенциального пробоя.
При необходимости подключения ряда светодиодов можно использовать последовательную схему с одним гасящим конденсатором, которая была описана выше. Важным условием такого подхода является выбор светодиодов, рассчитанных на одинаковое значение ограниченного тока.
При встречно-параллельном подключении используется шунтирующий диод. Параллельное подключение применять нельзя, поскольку если выйдет из строя одна цепь, то весь ток потечет через вторую, из-за чего полупроводники перегорят и произойдет короткое замыкание.
Безопасность при подключении
В случае подключения светодиодов к сети 220 В нужно учитывать тот факт, что выключатель светильника полностью размыкает фазный провод. Ноль прокладывается общий на комнату. Часто в электрической сети нет заземления, поэтому угрозу представляет нулевой провод, имеющий определенное напряжение относительно земли.
Иногда заземляющий провод соединяется с батареями отопления или трубами, поэтому, если человек прикоснется одновременно к батарее и фазе, то может попасть под напряжением.
По данной причине при монтаже к сети желательно отключать и нулевой, и фазный провода, используя специальную автоматику, что позволяет избежать поражения током.
Главные нюансы при построении цепи с подключением светодиодных осветительных приборов к сети 220 В связаны с выбором подходящего по параметрам гасящего резистора или конденсатора. Переменный ток в розетке может оказывать разрушительное действие на все полупроводники, пропускающие электричество исключительно в одном направлении. При грамотном ограничении амплитуды тока и расчете нужного амортизационного запаса цепь будет полностью защищена от выгорания и короткого замыкания, что обеспечит долговечность и надежность.
Для бытового применения выпускают светодиодные лампы с рабочим напряжением в 220 и 12 вольт. Решение о том, как подключать светильники, не зависит от выбранной модели. На прокладку провода будет влиять способ подачи питания и количество приборов в сети. В этой статье вы найдете описание конкретных схем для подключения. Хотя все операции и можно выполнить самостоятельно, лучше обратиться за помощью к специалистам.
- Подключение светильников на 220В
- Последовательный
- Параллельный
- Лучевой
- Особенности подключения ламп на 12В
- Пример расчета балластного резистора
- Другие варианты подключения
- Как быть с пульсациями?
- Какие пульсации считаются допустимыми?
- Как уменьшить пульсации?
- Расчет емкости сглаживающего конденсатора
- Повышаем КПД
- Расчет гасящего конденсатора для светодиода
- Немного о самих конденсаторах
Подключение светильников на 220В
Главное преимущество таких светильников перед моделями, работающими от 12 вольт, заключается в том, что питание подается напрямую от выключателя. В результате затрачивается меньше средств и усилий на монтаж ламп. В настоящее время существуют три способа подключить светильник:
- последовательный;
- параллельный;
- лучевой.
Подключение точечных светильников к сети 220В без трансформатора
Каждый имеет свои достоинства и недостатки, применяется в разных ситуациях. Обсудим схемы более подробно.
Последовательный
Если возникает необходимость экономии провода, а к помещению нет особых требований, тогда последовательное подключение подойдет лучше других. Тут потребуется небольшое количество двойных или тройных проводов. При этом разрешается ставить в одну цепь не больше шести ламп, иначе яркость всех устройств будет низкой. А также если один из светильников выйдет из строя, подача питания прекратится, и придется проверять каждое устройство отдельно, чтобы найти дефект.
Сам процесс подключения прост: от выключателя прокладывается фаза к первому светильнику, далее от него подается провод к следующему и так до тех пор, пока не будет произведено подсоединение в одну цепь всех устройств. К последнему прокладывается ноль, идущий от распределительной коробки. Если перепутать провода местами и вместо питания пустить ноль, то лампы будут всегда оставаться под напряжением, что небезопасно.
Схема последовательного подключения светодиодных светильников
Все современные светильники выпускаются с расчетом на подключение провода «земля». Если в вашем случае в квартире есть заземление, тогда придется протягивать кабель напрямую от розетки к каждой лампе.
Для экономии средств, реализуя последовательную схему, применяют провод, так как в кабеле вторая жила будет просто обрываться и никак не использоваться.
Параллельный
Подключение светильников параллельным способом более практично и применяется чаще, чем последовательное. При реализации этого метода все источники света будут выдавать яркость, заявленную производителем. Единственным недостатком можно считать повышенный расход проводника по отношению к предыдущему варианту.
Рекомендуется применять кабель ВВГ нг 2х1,5 или 3х1,5. Эта маркировка означает, что два или три провода сечением 1,5 мм и кабель в целом имеют ПВХ-оболочку. Отметка «нг» в маркировке свидетельствует о том, что кабель негорючий. В некоторых случаях применяют кабель с дополнительной маркировкой «Is», означающей отсутствие сильного выделения дыма при воспламенении.
Параллельное соединение источников света шлейфным способом
Большинство пожаров возникает из-за некачественной проводки, поэтому на ней не стоит экономить, особенно если дом деревянный.
Для подключения от распределительной коробки через выключатель тянут кабель, который по очереди соединяется к каждому светильнику. После первой лампы провод обрезается и подается к следующей, пока не закончатся все устройства. Такая схема гарантирует работоспособность цепи даже в том случае, если одна из ламп перегорит.
В помещениях, разделенных на несколько функциональных зон, устанавливают две группы светильников. Обычно их подключают к двухклавишному выключателю. Так появляется возможность управлять включением света, давая его там, где планируется активность. В таком случае придется прокладывать кабель отдельно от каждой клавиши на определенную группу ламп. В целом принцип такой схемы ничем не отличается от описания в абзаце выше.
Лучевой
Лучевая схема по своей природе относится к параллельному методу подключения и часто встречается в люстрах. Он подразумевает прокладку питания к каждому светильнику индивидуально. Такой вариант более затратный, так как требует наибольшего количества провода. Чтобы сэкономить, прокладывают кабель в центр комнаты, откуда до каждого светильника будет равное расстояние. Далее к нулю и фазе подключаются одножильные провода, которые тянутся к осветительным приборам.
Важно решить, как будут соединены жилы кабеля с отдельным проводом. Если ламп немного, то можно довольствоваться обычно скруткой. Важно ее надежно обжать пассатижами и сварить воедино. В таком случае соединение выходит неразъемным и требует много времени для реализации. Для более безопасного варианта понадобится приобрести клеммы с нужным количеством выходов. На каждую жилу одевается разъем, и уже от него тянут провода к лампам.
Шлейфное и лучевое соединение ламп
При желании в цепь можно подключить диммеры — устройства, позволяющие управлять яркостью светильников.
Особенности подключения ламп на 12В
Так как для работы некоторых разновидностей точечных светильников требуется напряжение в 12 вольт, к сети подключают понижающий трансформатор. Кроме того, в домашней сети находится переменный ток, а для светодиодов нужен постоянный. Если есть навык и опыт, преобразовать электричество можно самостоятельно, использовав диодный мост, резистор и емкость. Все же рекомендуется выбирать заводские устройства, так как они более надежны, безопасны и имеют гарантийный срок.
Перед тем как купить трансформатор, рассчитывают максимально разрешенные величины тока. Этот показатель зависит от количества подключаемых светильников. Общая мощность устройств должна быть на 20% ниже, чем у блока питания. Так, если планируете устанавливать 6 ламп по 20 Вт, тогда потребуется трансформатор с мощностью в 150 Вт (6 шт. * 20 Вт * 1,2 = 144 Вт). Все характеристики устройств указаны на их упаковках и в описании.
Подключение светодиодных ламп на 12В
При выборе трансформатора учитывайте место его установки. Так, для ванной комнаты лучше отдать предпочтение моделям, защищенным от проникновения влаги.
Схема подключения низковольтных светодиодных светильников мало чем отличается от описанных в предыдущих разделах. В цепь после распределительной коробки устанавливается трансформатор, и уже дальше протягивают кабель. Чтобы при монтаже не ударило током, не забудьте отключить подачу питания.
Все описанные схемы просты в реализации, а чтобы избавиться от лишних трат и головной боли, покупайте светильники, работающие от напряжения в 220 вольт. Если не уверены в собственных силах или недостаточно инструмента для выполнения работ, обращайтесь к профессионалам. Качественный монтаж гарантирует долгий срок службы светильников и безопасность работы электропроводки.
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.
| 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.
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.
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)) ,
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
а, раз уж мы делаем расчеты под Uвх = 220 вольт, то:
C ≈ 15 ⋅ ILED
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.
| 15 nF | 68 nF | 100 nF | 150 nF | 330 nF | 680 nF | 1000 nF |
| 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 всплеск 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.
