Как подключить светодиодный светильник к 220в без драйвера

Обновлено: 29.04.2024

Как правильно и безопасно подключить светодиодные светильники

Специалисты компании «Ледрус» ежедневно отвечают на десятки вопросов покупателей по особенностям подключения светодиодных светильников. Людей волнует задача правильного подсоединения осветительных приборов на светодиодах к электросети своими руками. У нас покупают светодиодные светильники различного типа для дома и офиса: встраиваемые, накладные, потолочные, офисные «Армстронг» и многие другие. Правила и способы подключения светильников абсолютно одинаковы и не зависят от варианта конструктивного исполнения.

В этой статье мы ответим на наиболее частые вопросы, задаваемые покупателями, не имеющими широких познаний в электротехнике. Надеемся, что наши рекомендации помогут домашним мастерам качественно и безопасно подключать любое количество светодиодных светильников.

Подключение светодиодного светильника к сети 220В

Многие заказчики интересуются решением проблемы электропитания светодиодных светильников от переменного напряжения бытовой электрической сети 220В. На самом деле проблемы не существует, а решение очень простое – все LED-светильники в нашем интернет-магазине продаются со встроенным преобразователем AC/DC. Поэтому можно смело подсоединять приборы освещения к существующей электропроводке.

Для примера посмотрим фотографию стандартного светильника, встраиваемого в подвесной потолок. Виден небольшой преобразовательный блок и два провода для подключения к электросети. Электроника блока выполняет выпрямление, стабилизацию и снижение входного напряжения переменного тока до нужной величины.

Подключение двумя или тремя проводами, без заземления/с заземлением

Светодиодный светильник подключается посредством двух или трех проводов. Необходимо понимать, что в большинстве квартир или офисных помещений разводка электросети выполнена двумя проводами: нулевым (синего цвета) и фазным (коричневого или красного цвета). Третий, заземляющий провод (желто-зеленого цвета), как правило, не используется.

Подсоединение осветительного прибора обычно осуществляется только 2-мя проводами при помощи специальных клеммников. На корпусе блока электропитания светильника имеются обозначения входных проводников: L – фаза, N – ноль. Таким образом реализуется двухпроводное подключение без заземления.

Если в сети присутствует отдельная заземляющая жила, то она присоединяется к специальному выводу на корпусе светильника, обеспечивая заземление в трехпроводном варианте подключения.

Схемы подключения 2, 3, 4 и более светильников

Зачастую возникает необходимость подключить 2, 3, 4 светодиодных светильника от одного выключателя. Например, в квартире с натяжными потолками и несколькими приборами освещения, распределенными по всей потолочной площади каждой комнаты. На практике используются три основные схемы, реализующие различную топологию разводки:

Одноклавишные и двухклавишные выключатели

При монтаже осветительной проводки применяются как одноклавишные, так и двухклавишные выключатели. Рассмотрим их особенности:

Важно понимать, что на контакты выключателя требуется подводить фазный проводник, который коммутируется ими в зависимости от положения нажимной клавиши. Нулевой провод подключается к светильнику непосредственно из распределительной коробки, не подвергаясь коммутации.

Инструменты для монтажа

В процессе монтажных работ понадобятся качественные инструменты и материалы. Необходимо приготовить плоскогубцы, кусачки (бокорезы), отвертку обычную и индикаторную с хорошо изолированными рукоятками.

Для межпроводных соединений оптимально подходят клеммные разъемы Wago зажимного типа. Немного дешевле обойдутся стандартные пластиковые клеммники под винт.

Наверняка пригодится рулон изоляционной ленты. Для зачистки жил от изоляции лучше приобрести специализированное приспособление – стриппер.

Меры предосторожности

При самостоятельном подключении светодиодных светильников следует соблюдать элементарные меры предосторожности. Основным правилом безопасности является производство работ только после отключения подачи электроэнергии в помещение. Для этого нужно отключить соответствующий «автомат» в электрощитке.

Перед началом монтажа обязательно убедитесь в отсутствии напряжения 220В на проводах при помощи специального индикатора. Для большей безопасности воспользуйтесь диэлектрическими резиновыми перчатками. Если при внешнем осмотре обнаружился механический дефект осветительного прибора, то не стоит использовать его из-за возможного нарушения электроизоляции.

Работы на высоте лучше проводить при помощи прочной стремянки, а не сомнительного стула/табурета с шатающимися ножками.

После завершения монтажных операций рекомендуем проверить правильность выполнения реализованной схемы и надежность всех соединений. Неверные коммутации приводят к короткому замыканию в электросети. Поэтому внимание и еще раз внимание!

Воспользуйтесь консультацией специалиста

Свяжитесь с менеджером «Ледрус», чтобы проконсультироваться по любым вопросам, касающимся нашей продукции. Сотрудник интернет-магазина поможет Вам выбрать оборудование, а также рассчитать его количество под индивидуальный проект. Вы узнаете критерии выбора светодиодных светильников для помещений различного назначения, например для ванной, с особыми требованиями к уровню защиты от повышенной влажности.

Какая схема подключения светодиодов лучше - последовательная или параллельная

Самое правильное подключение нескольких светодиодов - последовательное. Сейчас объясню почему.

Дело в том, что определяющим параметром любого светодиода является его рабочий ток. Именно от тока через светодиод зависит то, какова будет мощность (а значит и яркость) светодиода. Именно превышение максимального тока приводит к чрезмерному повышению температуры кристалла и выходу светодиода из строя - быстрому перегоранию либо постепенному необратимому разрушению (деградации).

Ток - это главное. Он указан в технических характеристиках светодиода (datasheet). А уже в зависимости от тока, на светодиоде будет то или иное напряжение. Напряжение тоже можно найти в справочных данных, но его, как правило, указывают в виде некоторого диапазона, потому что оно вторично.

Для примера, заглянем в даташит светодиода 2835:

Как видите, прямой ток указан четко и определенно - 180 мА. А вот напряжение питания светодиодов при таком токе имеет некоторый разброс - от 2.9 до 3.3 Вольта.

Получается, что для того, чтобы задать требуемый режим работы светодиода, нужно обеспечить протекание через него тока определенной величины. Следовательно, для питания светодиодов нужно использовать источник тока, а не напряжения.

Источник тока (или генератор тока) - источник электрической энергии, который поддерживает постоянное значение силы тока через нагрузку с помощью изменения напряжения на своем выходе. Если сопротивление нагрузки, например, возрастает, источник тока автоматически повышает напряжение таким образом, чтобы ток через нагрузку остался неизменным и наоборот. Источники тока, которыми запитывают светодиоды, еще называют драйверами.

Конечно, к светодиоду можно подключить источник стабилизированного напряжения (например, выход лабораторного блока питания), но тогда нужно точно знать какой величины должно быть напряжение для получения заданного тока через светодиод.

Например, в нашем примере со светодиодом 2835, можно было бы подать на него где-то 2.5 В и постепенно повышать напругу до тех пор, пока ток не станет оптимальным (150-180 мА).

Так делать можно, но в этом случае придется настраивать выходное напряжение блока питания под каждый конкретный светодиод, т.к. все они имеют технологический разброс параметров. Если, подключив к одному светодиоду 3.1В, вы получили максимальный ток в 180 мА, то это не значит, что поменяв светодиод на точно такой же из той же партии, вы не сожжёте его (т.к. ток через него при напряжении 3.1В запросто может превысить максимально допустимое значение).

К тому же необходимо очень точно поддерживать напряжение на выходе блока питания, что накладывает определенные требования к его схемотехнике. Превышение заданного напряжения всего на 10% почти гарантированно приведет к перегреву и выходу светодиода из строя, так как ток при этом превысит все мыслимые значения.

Вот прекрасная иллюстрация к вышесказанному:

А самое неприятное то, что проводимость любого светодиода (который по сути является p-n-переходом) находится в очень сильной зависимости от температуры. На практике это приводит к тому, что по мере разогрева светодиода, ток через него начинает неумолимо возрастать. Чтобы вернуть ток к требуемому значению, придется понижать напряжение. В общем, как ни крути, а без контроля тока никак не обойтись.

Поэтому самым правильным и простым решением будет использовать для подключения светодиодов драйвера тока (он же источник тока). И тогда будет совершенно неважно, какой вы возьмете светодиод и каким будет прямое напряжение на нем. Нужно просто найти драйвер на нужный ток и дело в шляпе.

Теперь, возвращаемся к главному вопросу статьи - почему все-таки последовательное подключение, а не параллельное? Давайте посмотрим, в чем разница.

Параллельное подключение

При параллельном подключении светодиодов, напряжение на них будет одинаковым. А так как не существует двух диодов с абсолютно одинаковыми характеристиками, то будет наблюдаться следующая картина: через какой-то светодиод будет идти ток ниже номинального (и светить он будет так себе), зато через соседний светодиод будет херачить ток в два раза превышающий максимальный и через полчаса он сгорит (а может и быстрее, если повезет).

Очевидно, что такого неравномерного распределения мощностей нужно избегать.

Для того, чтобы существенно сгладить разброс в ТТХ светодиодов, лучше подключать их через ограничительные резисторы. Напряжение блока питания при этом может быть существенно выше прямого напряжения на светодиодах. Как подключать светодиоды к источнику питания показано на схеме:

Проблема такой схемы подключения светодиода в том, что чем больше разница между напряжением блока питания и напряжением на диодах, тем больше бесполезной мощности рассеивается на ограничительных резисторах и тем, соответственно, ниже КПД всей схемы.

Ограничение тока происходит по простой схеме: повышение тока через светодиод приводит к повышению тока и через резистор тоже (т.к. они включены последовательно). На резисторе увеличивается падение напряжения, а на светодиоде, соответственно, уменьшается (т.к. общее напряжение постоянно). Уменьшение напряжения на светодиоде автоматически приводит к снижению тока. Так все и работает.

В общем, сопротивление резисторов рассчитывается по закону Ома. Разберем на конкретном примере. Допустим, у нас есть светодиод с номинальным током 70 мА, рабочее напряжение при таком ток равно 3.6 В (это все берем из даташита к светодиоду). И нам нужно подключить его к 12 вольтам. Значит, нам нужно рассчитать сопротивление резистора:

Получается, что для питания светодиода от 12 вольт нужно подключить его через 1-ваттный резистор на 120 Ом.

Точно таким же образом, можно посчитать, каким должно быть сопротивление резистора под любое напряжение. Например, для подключение светодиода к 5 вольтам сопротивление резистора надо уменьшить до 24 Ом.

Значения резисторов под другие токи можно взять из таблицы (расчет производился для светодиодов с прямым напряжением 3.3 вольта):

U_пит	I_LED
U_пит	5 мА	10 мА	20 мА	30 мА	50 мА	70 мА	100 мА	200 мА	300 мА
5 вольт	340 Ом	170 Ом	85 Ом	57 Ом	34 Ом	24 Ом	17 Ом	8.5 Ом	5.7 Ом
12 вольт	1.74 кОм	870 Ом	435 Ом	290 Ом	174 Ом	124 Ом	87 Ом	43 Ом	29 Ом
24 вольта	4.14 кОм	2.07 кОм	1.06 кОм	690 Ом	414 Ом	296 Ом	207 Ом	103 Ом	69 Ом

При подключении светодиода к переменному напряжению (например, к сети 220 вольт), можно повысить КПД устройства, взяв вместо балластного резистора (активного сопротивления) неполярный конденсатор (реактивное сопротивление). Подробно и с конкретными примерами мы разбирали этот момент в статье про подключение светодиода к 220 В.

Последовательное подключение

При последовательном же подключении светодиодов через них протекает один и тот же ток. Количество светодиодов не имеет значение, это может быть всего один светодиод, а может быть 20 или даже 100 штук.

Например, мы можем взять один светодиод 2835 и подключить его к драйверу на 180 мА и светодиод будет работать в нормальном режиме, отдавая свою максимальную мощность. А можем взять гирлянду из 10 таких же светодиодов и тогда каждый светодиод также будет работать в нормальном паспортном режиме (но общая мощность светильника, конечно, будет в 10 раз больше).

Ниже показаны две схемы включения светодиодов, обратите внимание на разницу напряжений на выходе драйвера:

Так что на вопрос, каким должно быть подключение светодиодов, последовательным или параллельным, может быть только один правильный ответ - конечно, последовательным!

Количество последовательно подключенных светодиодов ограничено только возможностями самого драйвера.

Идеальный драйвер может бесконечно повышать напряжение на своем выходе, чтобы обеспечить нужный ток через нагрузку, поэтому к нему можно подключить бесконечное количество светодиодов. Ну а реальные устройства, к сожалению, имеют ограничение по напряжению не только сверху, но и снизу.

Вот пример готового устройства:

Мы видим, что драйвер способен регулировать выходное напряжение только лишь в пределах 64. 106 вольт. Если для поддержания заданного тока (350 мА) нужно будет поднять напряжение выше 106 вольт, то облом. Драйвер выдаст свой максимум (106В), а уж какой при этом будет ток - это от него уже не зависит.

И, наоборот, к такому led-драйверу нельзя подключать слишком мало светодиодов. Например, если подключить к нему цепочку из 10-ти последовательно включенных светодиодов, драйвер никак не сможет понизить свое выходное напряжение до необходимых 32-36В. И все десять светодидов, скорее всего, просто сгорят.

Наличие минимального напряжения объясняется (в зависимости от схемотехнического решения) ограничениями мощности выходного регулирующего элемента либо выходом за предельные режимы генерации импульсного преобразователя.

Разумеется, драйверы могут быть на любое входное напряжение, не обязательно на 220 вольт. Вот, например, драйвер превращающий любой источник постоянного напряжения (блок питания) от 6 до 20 вольт в источник тока на 3 А:

Вот и все. Теперь вы знаете, как включить светодиод (один или несколько) - либо через токоограничительный резистор, либо через токозадающий драйвер.

Как выбрать нужный драйвер?

Тут все очень просто. Выбирать нужно всего лишь по трем параметрам:

выходной ток;
максимальное выходное напряжение;
минимальное выходное напряжение.

Выходной (рабочий) ток драйвера светодиодов - это самая важная характеристика. Ток должен быть равен оптимальному току для светодиодов.

Например, в нашем распоряжении оказалось 10 штук полноспектральных светодиодов для фитолампы:

Номинальный ток этих диодов - 700 мА (берется из справочника). Следовательно, нам нужен драйвер тока на 700 мА. Ну или чуточку меньше, чтобы продлить срок жизни светодиодов.

Максимальное выходное напряжение драйвера должно быть больше, чем суммарное прямое напряжение всех светодиодов. Для наших фитосветодиодов прямое напряжение лежит в диапазоне 3. 4 вольта. Берем по-максимуму: 4В х 10 = 40В. Наш драйвер должен быть в состоянии выдать не менее 40 вольт.

Минимальное напряжение, соответственно, рассчитывается по минимальному значению прямого напряжения на светодиодах. То есть оно должно быть не более 3В х 10 = 30 Вольт. Другими словами, наш драйвер должен уметь снижать выходное напряжение до 30 вольт (или ниже).

Таким образом, нам нужно подобрать схему драйвера, рассчитанного на ток 650 мА (пусть будет чуть меньше номинального) и способного по необходимости выдавать напряжение в диапазоне от 30 до 40 вольт.

Следовательно, для наших целей подойдет что-нибудь вроде этого:

Разумеется, при выборе драйвера диапазон напряжений всегда можно расширять в любую сторону. Например, вместо драйвера с выходом на 30-40 В прекрасно подойдет тот, который выдает от 20 до 70 Вольт.

Примеры драйверов, идеально совместимых с различными типами светодиодов, приведены в таблице:

Светодиоды	Какой нужен драйвер
60 мА, 0.2 Вт (smd 5050, 2835)	см. схему на TL431
150мА, 0.5Вт (smd 2835, 5630, 5730)	драйвер 150mA, 9-34V (можно одновременно подключить от 3 до 10 светодиодов)
300 мА, 1 Вт (smd 3528, 3535, 5730-1, LED 1W)	драйверы 300мА, 3-64V (на 1-24 последовательно включенных светодиода)
700 мА, 3 Вт (led 3W, фитосветодиоды)	драйвер 700мА (для 6-10 светодиодов)
3000 мА, 10 Ватт (XML2 T6)	драйвер 3A, 21-34V (на 7-10 светодиодов) или см. схему

Кстати, для правильного подключения светодиодов вовсе не обязательно покупать готовый драйвер, можно просто взять какой-нибудь подходящий блок питания (например, зарядник от телефона) и прикрутить к нему простейший стабилизатор тока на одном транзисторе или на LM317.

Готовые схемы стабилизаторов тока для светодиодов можно взять из этой статьи.

Почему так сложно сделать питание светодиодов от 220В своими руками?

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:

А мощность рассеивания резистора рассчитывается так:

P = (U_вх - U_LED) 2 / R

где U_вх = 220 В,
U_LED - 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=U_вх/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):

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 (К_п).

Коэфф. пульсаций в общем рассчитывается по сложной формуле с применением интегральной функции, но для гармонических колебаний формула упрощается до следующей:

где Е_мах - максимальное значение освещенности (амплитудное), а Е_мин - 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:

Подставляем исходные данные и вычисляем U_min:

2.5% = (2В - U_min) / (2В + U_min) ⋅ 100% => U_min = 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):

t_зар = arccos(U_min/U_max) / 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:

t_разр = Т - t_зар = 0.02/2 - 0.0010108 = 0.008989 с

Осталось вычислить емкость:

C = I_LED ⋅ 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:

R_c = 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):

где I - ток через светодиод, f - частота тока (50 Гц), U_вх - действующее значение напряжения сети (220В), U_LED - напряжение на светодиоде.

Если расчет ведется для небольшого числа последовательно включенных светодиодов, то выражение √(U 2 _вх - U 2 _LED) приблизительно равно U_вх, следовательно формулу можно упростить:

а, раз уж мы делаем расчеты под U_вх = 220 вольт, то:

C ≈ 15 ⋅ I_LED [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
I_LED	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.

О светодиодном освещении без драйверов питания

Если сгорел светодиод в светодиодной лампе, то его можно легко перепаять с помощью нагревателя для пайки светодиодов. Такой нагреватель легко сделать самостоятельно за 1,5-2 часа из подручных средств.

Если драйвер светодиодной лампы не пострадал можно заменить светодиодную матрицу.

Рисунок 1 Новая матрица и лампа с ней и старым драйвером Рисунок 1 Новая матрица и лампа с ней и старым драйвером

Если же и драйвер лампы сгорел, то можно использовать светодиодные матрицы с интегрированным драйвером.

Рисунок 2 Светодиодная матрица с интегрированным драйвером Рисунок 2 Светодиодная матрица с интегрированным драйвером

Тогда провода от него припаиваются непосредственно к цоколю лампы. Такая матрица стоит в 2-2,5 раза дешевле лампы.

Кроме того, подобные матрицы можно использовать вообще без цоколя. Достаточно закрепить ее на любой металлической пластине, припаять провода питания и включить их в сеть.

Как подключить светодиод к сети 220 Вольт

В большинстве случаев светодиоды запитываются от сети 220 Вольт через драйверы (например, обычная светодиодная лампа), но в некоторых случаях необходимо подключить к сети всего лишь один светодиод в качестве индикатора и здесь использование драйвера просто нецелесообразно. В таких случаях используются более простые схемы, о которых мы сегодня с вами и поговорим

Особенности подключения к сети 220 Вольт

Известно, что драйвер преобразует переменное синусоидальное напряжение в выпрямленное постоянное напряжение и запитывает светодиод малым током с низким напряжением. В сети же у нас присутствует среднее напряжение в 220 Вольт с частотой 50 Гц. Так как светодиод пропускает ток только в одном направлении, то это значит, что гореть светодиод будет только на полуволнах:

Это значит, что свечение будет происходить с такой же частотой в 50 Гц. Но из-за того, что наше зрение не способно различить моргание света с такой частотой, то мы будем видеть ровное свечение.

А напряжение обратной полярности, прикладываемое к светодиоду, способно его вывести из строя. Поэтому использование защитных мер обязательно.

Варианты подключения светодиода к сети 220 Вольт

Простейшим вариантом подключения является использование резистора включенного последовательно с нашим светодиодом.

Самое главное правильно рассчитать сопротивление данного резистора и учесть тот факт, что напряжение в 220 Вольт является среднеквадратичным, а амплитудная величина равна 310 Вольтам и именно это напряжение необходимо учитывать при расчете сопротивления резистора.

Помимо этого нужно реализовать защиту светодиода от обратного напряжения той же величины. Для этого есть несколько решений.

Последовательное подключение диода с напряжением пробоя в 400 В и более

Схема такого подключения выглядит так:

В выше приведенной схеме применяется диод 1N4007 с обратным напряжением 1000 В. Если будет изменена полярность, то напряжение будет приложено именно к данному диоду и вследствие этого светодиод будет защищен от пробоя.

Шунтирование светодиода простым диодом

В этом варианте подключения можно применять абсолютно любой маломощный диод, который включается встречно-параллельно со светодиодом. В таком подключении обратное напряжение прилагается к резистору, где и происходит гашение. Диод при этом включен в прямом направлении.

Подключение двух светодиодов

Такой вариант схемы выглядит следующим образом:

Принцип работы такой схемы соответствует вышеописанному, только тут светодиоды излучают свет каждый на своем участке синусоиды, при этом они защищают друг друга от пробоя.

Использование гасящего резистора имеет один очень существенный недостаток. В процессе работы на резисторе происходит выделение большого количества мощности.

В представленных схемах был указан резистор с R = 24 кОм, а это значит, что при U = 220 В протекающий ток будет равен 9 мА. А это значит, что рассеиваемая мощность на резисторе будет такова:

0,0090,00924000 = 1,944 Вт

В конце концов, чтобы резистор не перегревался и работал стабильно необходимо чтобы его мощность была не менее 3Вт.

В случае использования большего количества светодиодов потребляемый ток будет возрастать. А потребляемая мощность будет возрастать пропорционально квадрату тока. Значит, использование резистора становится просто нецелесообразным.

Ведь если установить резистор малой мощности, то это приведет к значительному разогреву и поломке элемента, что вызовет короткое замыкание.

Использование токоограничивающего конденсатора

Если применение токоограничивающего резистора нежелательно, то в схему можно включить конденсатор. Главный плюс использования конденсатора заключен в следующем: сопротивление имеет реактивный характер, иначе говоря на элементе не происходит рассеивание мощности.

На вышеприведенной схеме изображена типовая схема подсоединения светодиода к сети 220 Вольт. Из-за того, что конденсатор после обесточивания сети остается с накопленным потенциалом, который может опасен для людей, его нужно разрядить. Для этого в схему внесен резистор R1. А R2 выполняет защитную функцию всей схемы от возможных бросков тока. Диод VD1 несет защитную функцию светодиода.

При этом важно, чтобы конденсатор использовался на напряжение 400 В.

Подключение Мощных Светодиодов Без Драйвера

Объявления

Олег, всё будет прекрасно. я себе именно так и делал, когда выходное напряжение было слишком большим для лм358. и оптрон подключить так, как сказал Фалангер.

Ну что, господа симулянты, гении - теоретики, маски сброшены? Спасибо Алексей_К. А я то по простоте душевной думал и чего он (finn32) пасётся в моей теме и днём и ночью.Заботится что ли, как отец родной, о судьбе моего усилителя? Ага, ..щас. Себя, любимого выставить суперзнатоком. Теперь ещё один вернулся, почуял что тут свара затевается. Не прикидывайся дурачком. Или ты действительно не понимаешь? Ты не видишь, что в названии видео указан ток.? И что там указана линия "0" ? Или ты кроме симулятора больше ни в чём не варишь? Вообще, осциллограммы анализировать умеешь? Профессионал д. й. Я мог бы давно ответить, какой там ток течёт, но не тебе. Ты не стоишь даже ручки от этой "кучи металлолома". Я тестировал режим Super A ещё осенью 2003 года. Где ты тогда был со своим симулятором? Помог бы решить все проблемы,без этой кучи. Рабочее место - это доказательство РЕАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ , после того, как каждый день тычут в лицо своим новым сгенерированным графиком. ВЫ ЗАДОЛБАЛИ УЖЕ !! Чего же вы крутитесь в теме этой "поделки" ? Чую, цепляет. Это хорошо, побеситесь. Если меня ругают мои враги, значит я всё делаю правильно. Я теперь на каждой странице и в аватарке выставлю это рабочее место. Как доказательство того, что можно дома со старым осликом сделать больше, чем вы. А ваши "поделки " когда заработают РЕАЛЬНО ? Или некогда, каждый день генерите новую схему? Короче так. Учить будете жену щи варить. Ей же и выскажете свои возмущения. Борцы за правду. И под этим соусом не стесняетесь пропулять и рекламировать свои схемы. Что Гладкый, что теперь finn32. Молодцы. Далеко пойдёте. Свободны оба. А усилитель, какой бы он не был, будет таким, как я решу. Не правда ли? P.S. Идея и схема - это НЕ ОДНО И ТО ЖЕ . Собирайте БРАГИНА, а то у меня скоро крыша поедет ! Удачи!

Постоянное напряжение на выходе не имеет значения для расчёта ёмкости. Ещё там должно быть написано, что конденсаторы должны быть Low ESR. Кстати, поэтому там и два параллельно стоят, а не один удвоенной ёмкости. ESR с увеличением ёмкости уменьшается не сильно. Два параллельно половинной ёмкости имеют ESR меньше, чем один. Важны именно потери в конденсаторе на высоких частотах, которые его разогревают, а это зависит от ESR. Ищите дальше. Конденсатор должен быть на напряжение хотя бы в 1,4 раза больше, чем максимальное в данном устройстве. 16 В в данном случае - на пределе. Если вам продать и забыть, и вы уверены, что вас не найдут вам не вернут обратно, то можно и на 16. А для себя, любимого, лучше поставить как положено, на 20 - 25 В. Если вы с этого БП будете брать ток не более 2 А, то можете поставить ТРИ параллельно SMD конденсатора 47 мкФ 20 В Low ESR типоразмера "D", а лучше "Е". Конденсаторы такой ёмкости найти будет проще. Меньшего типоразмера имеют более высокий ESR и в данном применении не годятся. В общем, суммарный ESR, измеренный на 100 кГц, должен быть примерно не больше 70-80 мОм. Чем меньше, - тем лучше. А ёмкость в данном случае вторична, влияет только на постоянную времени регулирования.

Да уж. У Квода ВК принципиально работает без ТП. Прочтите про класс "В"! Потом про класс "А+В". Потом ответьте себе на свой собственный вопрос. По моему я вас сильно недооценивал)))) В смысле, ухожу в зрительный зал. Надоело.

Читайте также: