Как подключить светодиодный светильник к 220 В: основные правила и технические рекомендации

Владимир Садовский

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.

Распиновка светодиода

На принципиальных схемах распиновка наглядна. На катод мы всегда подаём «минус», поэтому и обозначается он прямой линией у вершины треугольника. Обычно катод – контакт, на котором располагается светоизлучающий кристалл. Он шире анода. В сверхъярких LED полярность обычно маркируют на контактах либо корпусе. Если на ножках контактов маркировки нет, ножка с более широким основанием – катод.

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.

Схема подключения светодиода

В классической схеме рекомендуют производить подключение через токоограничительный резистор. Действительно, правильно подобрав резисторное или индуктивное сопротивление, можно подключить диод, рассчитанный на напряжение питания 3В, даже к сети переменного тока.

Главное требование к параметрам питания – ограничение тока цепи.

Поскольку сила тока – параметр, отображающий плотность потока электронов по проводнику, при превышении этого параметра диод просто взорвется из-за мгновенного и значительного выделения тепла на полупроводниковом кристалле.

Мероприятия по борьбе с мерцанием светодиодов

Светодиодная лампа из энергосберегающей своими руками имеет огромное преимущество, но нужно потрудиться, чтобы при работе самоделки пользователей не беспокоило излишнее мерцание LED:

1. Управляйте светодиодными продуктами с использованием источника питания светодиода, который предназначен для их расчётной нагрузки.

2. Убедитесь, что все используемые продукты LED совместимы с цепями управления и источником питания.
3. Проверьте отсутствие проводов и других неисправностей светильника и убедитесь, что диммеры не перегружены.
4. Рассмотрите возможность использования постоянного тока светодиодного драйвера.
5. При установке системы поэкспериментируйте, чтобы узнать, есть ли минимальный уровень затемнения, который вам мешает.

Чтобы избежать влияния мерцания светодиодов, нужно всегда помнить о вышеуказанных моментах.

Включение светодиода через блок питания без резистора

У меня уже несколько лет работает модернизированная под LED настольная лампа. В качестве источника света используется шесть ярких светодиодов, а в качестве источника питания – старое зарядное устройство от мобильного телефона Nokia. Вот моя схема включения светодиода:

Номинальное напряжение диодов – 3,5В, ток – 140мА, мощность — 1Вт.

При выборе внешнего источника питания необходимо ограничение по току. Подключение этих светодиодов к современным зарядным устройствам с напряжением питания 5В 1-2А потребует ограничивающий резистор.

Что бы адаптировать эту схему к зарядному устройству, рассчитанному на 5В, используйте резистор на 10-20Ом мощностью 0,3А.

Если у вас другой источник питания, убедитесь, что в нем есть схема стабилизации тока.

Как определить полярность диода

При правильном подключении светодиодов электроток течет в верном направлении, лампочка светится. Если подключить контакты на оборот, свечения нет, возможен выход LED-лампочки из строя. Для предотвращения перед созданием схемы обязательно следует определить полярность.

Использование тестирующих устройств

Мультиметр (тестер) обладает некоторыми преимуществами:

• определяется плюс и минус;
• можно узнать цвет света;
• определяется работоспособность чипа.

Чтобы узнать полярность, нужно:

• установить прибор на проверку при 2 кОм и коснуться выводов щупами (если на экране значение число 1600–1800, LED-лампочку можно подключать);
• установить прибор на прозвон, коснуться черным щупом минуса, красным – плюса (на экране должно появиться число);
• использовать в PNP гнезда C (коллектор) и E (эмиттер) – если в C вставить минус, в E – плюс, исправная лампочка светится.

Внимание! При использовании для тестирования NPN исправный источник света будет работать, если плюс и минус поменять местами.

Визуальное определение полярности

Если лампочка новая, плюсовой контакт всегда длиннее. Некоторые производители помечают минусовой контакт срезом на корпусе или точкой. У б/у диода контакты одной длины. В подобной ситуации может помочь осмотр кристалла. У плюса внутри линзы контакт меньших размеров, минус внешне похож на флажок.

Подключение к источнику питания

Для проверки подходит источник тока на 3-6 В (простая батарейка или аккумулятор). К одному контакту припаивается резистор на 300–470 Ом. Если коснуться анодом плюса, а катодом минуса, исправный диод светится.

В ремонтных мастерских лучшими источниками питания считают батарейки из настенных часов или плат компьютеров на 3 вольта (если электроток до 30 мА). Их на короткое время вставляют между ножками (резистор не нужен). Плюс и минус определяются по свечению.

Как правильно подключать светодиоды

Параллельное подключение

Вообще параллельное соединение не рекомендуется. Даже у одинаковых диодов параметры номинального тока могут различаться на 10-20%. В такой цепи диод с меньшим номинальным током будет перегреваться, что сократит срок его службы.

Проще всего определить совместимость диодов при помощи низковольтного либо регулируемого источника питания. Ориентироваться можно по «напряжению розжига», когда кристалл начинает лишь чуть светиться. При разбросе «стартового» напряжения в 0,3-0,5 В параллельное соединение без токоограничивающего резистора недопустимо.

Последовательное подключение

Расчёт сопротивления для цепи из нескольких диодов:R = (Uпит — N * Uсд) / I * 0.75

Максимальное количество последовательных диодов:N = (Uпит * 0,75) / Uсд

При включении нескольких последовательных цепочек LED, для каждой цепи желательно рассчитать свой резистор.

Как включить светодиод в сеть переменного тока

Если при подключении LED к источнику постоянного тока электроны движутся лишь в одну сторону и достаточно ограничить ток с помощью резистора, в сети переменного напряжения направление движения электронов постоянно меняется.

При прохождении положительной полуволны, ток, пройдя через резистор, гасящий избыточную мощность, зажжёт источник света. Отрицательная полуволна будет идти через закрытый диод. У светодиодов обратное напряжение небольшое, около 20В, а амплитудное напряжение сети – около 320 В.

Какое-то время полупроводник будет работать в таком режиме, но в любой момент возможен обратный пробой кристалла. Чтобы этого избежать перед источником света устанавливают обыкновенный выпрямительный диод, выдерживающий обратный ток до 1000 В. Он не будет пропускать обратную полуволну в электрическую цепь.

Схема подключения в сеть переменного тока на рисунке справа.

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.

Применение конденсатора

Негативной стороной использования резистора для уменьшения тока при включении в цепь 220 В светодиода является довольно существенное рассеивание мощности. Эта проблема становится заметной при нагрузке с большим током потребления. Решением является схема подключения светодиода к 220 В, где реализуется интеграция неполярного конденсатора вместо резистора. Сопротивление конденсаторов имеет реактивный характер, что исключает рассеивание мощности.

Подключение конденсатора в схему светодиода с целью токоограничения имеет один нюанс, который может привести к выходу из строя светового диода, — сохранение накопленного заряда после отключения питания сети. Из-за этогов схему с неполярным конденсатором добавляют:

• два резистора;
• диод, подключённый параллельно светодиоду, но в обратном направлении.

Резисторы (один — параллельно с конденсатором, а второй — последовательно) защищают всю схему от бросков напряжения при подаче напряжения из сети, а диод является защитой светодиода от разности потенциалов с обратной полярностью.

Эти способы подключения применимы к маломощным светодиодам, которые используются для индикации или подсветки. Подключение мощных диодных элементов, предназначенных для светодиодных ламп освещения, осуществляется схемами с использованием спецблоков питания (драйверов).

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Подключение светодиодных светильников даже по самой удачной схеме выполняется после расчета характеристик резистора, дополнительных диодов, и, конечно, конденсатора. Емкость последнего вычисляют следующим образом.

Допустим, частота сети составляет обычные 50 Гц. Необходимо подсоединить светодиод в 20 мА, на который припадает 2 В. Необходимый коэффициент пульсаций составляет 2,5%.

1. Светодиод представляют как простой резистор. Коэффициент пульсаций разрешается заменить напряжением на конденсаторе. Получается следующее: Кп = (Umax — Umin) / (Umax + Umin) ⋅ 100%, где после подстановки данных получают 2.5% = (2В — Umin) / (2В + Umin) ⋅ 100% = Umin = 1.9В.
2. Используя типичную осциллограмму напряжения, можно вычислить время заряда конденсатора. tзар = arccos(Umin/Umax) / 2πf = arccos (1.9/2) / (2⋅1415⋅50) = 0.0010108 с. Остальной промежуток времени конденсатор разряжается. Так как в стандартной схеме используется двухполупериодный выпрямитель, этот показатель уменьшают вдвое.
3. Затем вычисляют емкость по формуле и получают C = ILED ⋅ dt/dU = 0.02 ⋅008989/(2-1.9) = 0.0018 Ф (или 1800 мкФ).

На деле ради 1 светодиодного светильника такой мощный конденсатор не устанавливают. Чтобы модифицировать схему, вместо обычного резистора в схему включают реактивное сопротивление – второй конденсатор.