Aansluiten van een LED op 220V
LED's als lichtbron zijn wijdverbreid. Maar ze zijn ontworpen voor lage voedingsspanningen, en het is vaak nodig om een LED op een 220 volt huishoudelijk lichtnet aan te sluiten. Met een beetje kennis van elektrotechniek en het vermogen om eenvoudige berekeningen uit te voeren, is dit mogelijk.
Manieren om verbinding te maken
Standaard bedrijfsomstandigheden voor de meeste LED's is een spanning van 1,5-3,5 V en een stroom van 10-30 mA. Wanneer een apparaat rechtstreeks op het elektriciteitsnet van een huishouden wordt aangesloten, zal de levensduur een tiende van een seconde bedragen. Al de problemen van het aansluiten van de LED's in het netwerk verhoogd ten opzichte van de normale bedrijfsspanning, komt het erop neer de overtollige spanning te doven en de stroom die door het lichtgevende element loopt te beperken. Deze taak wordt uitgevoerd door drivers - elektronische circuits, maar deze zijn vrij complex en bestaan uit een groot aantal componenten. Het gebruik ervan is zinvol wanneer een LED-matrix met veel LED's van stroom wordt voorzien. Er zijn eenvoudigere manieren om een enkel element te verbinden.
Aansluiting met een weerstand
De meest voor de hand liggende manier is om een weerstand in serie met de LED te schakelen. Hierdoor valt de overtollige spanning weg en wordt de stroom beperkt.
De berekening van deze weerstand wordt als volgt uitgevoerd:
- Stel dat er een LED is met een nominale stroom van 20 mA en een spanningsval van 3 V (de werkelijke parameters moeten worden geraadpleegd in een naslagwerk). Voor de bedrijfsstroom is het beter uit te gaan van 80% van de nominale - de LED zal langer leven in verlichte omstandigheden. Irab=0,8 Inom=16 mA.
- Op de extra weerstand zal de netspanning dalen min de spanningsval over de LED. Urab=310-3=307V. Het is duidelijk dat bijna alle spanning in de weerstand zal zitten.
Belangrijk! Gebruik niet de bedrijfsspanning van het netwerk (220V) maar de piekspanning van 310V.
- Gebruik de wet van Ohm om de waarde van de toegevoegde weerstand te bepalen: R=Urab/Irab. Aangezien de stroom in milliampère wordt gekozen, zal de weerstand in kilowatt zijn: R=307/16= 19,1875. De dichtstbijzijnde waarde uit het standaardbereik is 20kΩ.
- Om het vermogen van de weerstand te vinden met de formule P=UI, moet u de bedrijfsstroom vermenigvuldigen met de spanningsval over de blusweerstand. Met een rating van 20kOhm zal de gemiddelde stroom 220V/20kOhm=11mA zijn (u kunt hier rekening houden met de rms-spanning!), en het vermogen zal 220V*11mA=2420mW of 2,42W zijn. U kunt een weerstand van 3 W kiezen uit de standaardreeks.
Belangrijk! Deze berekening is vereenvoudigd en houdt geen rekening met de spanningsval over de LED en zijn weerstand in geopende toestand, maar voor praktische doeleinden is zij nauwkeurig genoeg.
Met deze methode is het mogelijk om een keten van LED's in serie. Bij de berekening moet het spanningsverlies van één element worden vermenigvuldigd met het totale aantal elementen.
Diodeaansluiting in serie met hoge sperspanning (400 V of meer)
De beschreven methode heeft een belangrijk nadeel. De LEDzoals elk p-n-overgangsapparaat, stroom voert (en gloeit) in de voorwaartse halve golf van wisselstroom. In de omgekeerde halve golf is hij vergrendeld. De weerstand is hoog, veel hoger dan de ballastweerstand. En de netspanning van 310V amplitude die op de schakeling wordt gezet, zal vooral op de LED vallen. En deze is niet ontworpen om als hoogspanningsgelijkrichter te werken, en kan vrij snel defect raken. Om dit verschijnsel tegen te gaan, wordt vaak aanbevolen een extra diode in serie op te nemen om de sperspanning te weerstaan.
In feite zal bij een dergelijke aansluiting de aangelegde sperspanning ruwweg in tweeën worden gesplitst tussen de diodes, en zal de LED iets lichter worden met een daling van ongeveer 150V of iets minder, maar zijn lot zal nog steeds miserabel zijn.
De LED rangeren met een normale diode
Dit verbindingsschema is veel efficiënter:
Hier wordt het lichtuitstralende element tegengesteld en parallel geschakeld aan de extra diode. Bij de negatieve halve golf zal de extra diode openen en zal alle spanning op de weerstand worden gezet. Als de eerder uitgevoerde berekening juist was, zal de weerstand niet oververhitten.
Parallelle aansluiting van twee LED's
Als je de vorige schakeling bekijkt, kun je niet anders dan denken - waarom een nutteloze diode gebruiken als je hem kunt vervangen door dezelfde licht-emitter? Dit is een correcte redenering. En logischerwijs, wordt het circuit herboren als de volgende variant:
Hier wordt dezelfde LED gebruikt als beschermingselement. Het beschermt het eerste element tijdens de omgekeerde halve golf en zendt tijdens het proces uit. Bij de rechter halve golf van de sinusgolf wisselen de LED's van rol. Het voordeel van de schakeling is dat hij de mogelijkheden van de voeding ten volle benut. In plaats van afzonderlijke elementen kunnen kettingen van LED's worden ingeschakeld in de vooruit- en de achteruitrichting. Hetzelfde principe kan worden gebruikt voor de berekening, maar de spanningsval over de leds wordt vermenigvuldigd met het aantal leds dat in één richting is geïnstalleerd.
Gebruik van een condensator
In plaats van een weerstand kan een condensator worden gebruikt. In een wisselstroomcircuit gedraagt hij zich enigszins als een weerstand. Zijn weerstand is afhankelijk van de frequentie, maar in een huishoudelijk circuit is deze parameter constant. De formule X=1/(2*3,14*f*C) kan worden gebruikt om te berekenen, waarbij:
- X is de reactantie van de condensator;
- f - frequentie in Hertz, in ons geval is dat 50;
- C - capaciteit van de condensator in farads, voor omrekening in μF gebruik factor 10-6.
In de praktijk wordt de formule gebruikt:
C=4,45*Irab/(U-Ud), waarin:
- C - vereiste capaciteit in μF;
- Irab - bedrijfsstroom van de LED;
- U-Ud - het verschil tussen de voedingsspanning en de spanningsval over het lichtuitstralende element - is van praktisch belang bij het gebruik van een keten van LED's. Indien een enkele LED wordt gebruikt, kan met voldoende nauwkeurigheid worden uitgegaan van een U-waarde van 310 V.
Condensatoren met een bedrijfsspanning van ten minste 400 V kunnen worden gebruikt. Berekeningswaarden voor stromen die typisch zijn voor dergelijke circuits zijn in de tabel gegeven:
| Bedrijfsstroom, mA | 10 | 15 | 20 | 25 |
| Capaciteit van de voorschakelcondensator, uF | 0,144 | 0,215 | 0,287 | 0,359 |
De verkregen waarden liggen vrij ver van de standaard-reeks van capaciteit. Dus, voor een stroom van 20mA, is de afleiding van 0.25 uF 13%, en van 0.33 uF, 14%. De weerstand kan worden gekozen veel nauwkeuriger. Dit is het eerste nadeel van het circuit. De tweede is reeds genoemd - condensatoren van 400V en hoger hebben vrij grote afmetingen. Maar dat is niet alles. Met het gebruik van een voorschakelcondensator wordt de schakeling ook verrijkt met extra elementen:
Weerstand R1 is ingesteld voor veiligheidsredenen. Als de stroomkring wordt gevoed met 220 V en vervolgens wordt losgekoppeld van het lichtnet, zal de condensator zich niet ontladen - zonder deze weerstand is er geen ontlaadstroomcircuit. U kunt gemakkelijk een elektrische schok krijgen als u per ongeluk de aansluitingen van de condensator aanraakt. De weerstand van deze weerstand kan worden gekozen als een paar honderd kilohm, in de bedrijfstoestand wordt hij gerangeerd door de capaciteit en heeft hij geen invloed op de werking van het circuit.
Weerstand R2 is nodig om de inschakelpiek van de condensatorlaadstroom te beperken. Zolang de capaciteit niet is opgeladen, zal deze niet als stroombegrenzer fungeren en gedurende deze tijd kan de LED de tijd hebben om uit te vallen. Hier moet een waarde van enkele tientallen ohm worden gekozen, die geen enkel effect op de prestaties van de schakeling zal hebben, hoewel er in de berekening rekening mee kan worden gehouden.
Voorbeeld van het inbouwen van een LED in een lichtschakelaar
Een veel voorkomend voorbeeld van het praktische gebruik van een LED in een 220 V-stroomkring is het aangeven van de uit-stand van een huishoudschakelaar en het gemakkelijker maken om in het donker de plaats daarvan te vinden. De LED werkt hier met een stroom van ca. 1 mA - de gloed zal zwak zijn, maar merkbaar in het donker.
Hier dient de lamp als een extra stroombegrenzer wanneer de schakelaar open is, en zal een klein deel van de sperspanning opvangen. Maar het grootste deel van de sperspanning wordt op de weerstand gezet, zodat de LED hier relatief beschermd is.
video: WAAROM GEEN verlichte schakelaar installeren
Veiligheidsvoorschriften
De gezondheid en veiligheid op het werk in een bestaande installatie wordt geregeld door veiligheidsvoorschriften voor de exploitatie van elektrische installaties. Zij zijn niet van toepassing op de thuiswerkplaats, maar de basisbeginselen ervan moeten in acht worden genomen bij het aansluiten van een LED op een 220 V-netvoeding. De belangrijkste veiligheidsregel bij werkzaamheden aan een elektrische installatie is dat alle werkzaamheden moeten worden uitgevoerd met uitgeschakelde spanning om abusievelijk of onbedoeld inschakelen door onbevoegden te voorkomen. Na het uitschakelen van de stroomonderbreker, moet de afwezigheid van spanning controleer met een tester. Al het andere - het gebruik van diëlektrische handschoenen, matten, het aanbrengen van tijdelijke aarding, enz. is moeilijk thuis te doen, maar men mag niet vergeten dat veiligheidsmaatregelen nooit onvoldoende zijn.