Como conectar o LED à rede de iluminação

Depois de ler este título, alguém pode perguntar: "Por quê?" Sim, se você ficar LED mesmo que esteja conectado de acordo com um determinado padrão, não possui valor prático, não trará nenhuma informação útil. Mas se você conectar o mesmo LED em paralelo a um elemento de aquecimento controlado por um regulador de temperatura, poderá controlar visualmente a operação de todo o dispositivo. Às vezes, essa indicação permite que você se livre de muitos pequenos problemas e dificuldades.

À luz do que já foi dito sobre como ligar os LEDs nos artigos anteriores, a tarefa parece trivial: basta definir o resistor limitador do valor desejado e o problema é resolvido. Mas tudo isso é bom se você alimentar o LED com uma tensão constante retificada: como o LED foi conectado na direção direta, ele permaneceu.

Ao trabalhar com tensão alternada, nem tudo é tão simples. O fato é que, além da tensão direta, o LED também será afetado pela tensão de polaridade reversa, porque cada meio ciclo do sinusóide muda seu sinal para o oposto. Essa tensão reversa não acenderá o LED, mas pode se tornar inutilizável muito rapidamente. Portanto, é necessário tomar medidas para se proteger contra essa tensão "prejudicial".

No caso de tensão de rede, o resistor de extinção deve ser calculado com base em uma tensão de 310V. Porque Tudo é muito simples aqui: 220V é tensão atual, o valor da amplitude é 220 * 1,41 = 310V. A voltagem de amplitude para a raiz de duas (1,41) vezes maior que a corrente, e isso não deve ser esquecido. Aqui está a voltagem direta e reversa aplicada ao LED. É a partir do valor de 310V que a resistência do resistor de resfriamento deve ser calculada e é a partir dessa tensão, apenas de polaridade reversa, que o LED está protegido.

Como proteger o LED da tensão reversa

Para quase todos os LEDs, a tensão reversa não excede 20V, porque ninguém faria um retificador de alta tensão neles. Como se livrar de tal infortúnio, como proteger o LED dessa tensão reversa?

Acontece que tudo é muito simples. A primeira maneira é ligar o normal com o LED diodo retificador com alta tensão reversa (não inferior a 400V), por exemplo, 1N4007 - tensão reversa 1000V, corrente direta 1A. É ele quem não sentirá falta da alta voltagem da polaridade negativa para o LED. O esquema dessa proteção é mostrado na Fig.1a.

O segundo método, não menos eficaz, é simplesmente desviar o LED com outro diodo, ligado em paralelo, Fig. Com este método, o diodo de proteção nem precisa estar com uma alta tensão reversa, qualquer diodo de baixa potência, por exemplo, KD521, é suficiente.

Além disso, você pode simplesmente ligar o oposto - em paralelo, dois LEDs: abrindo um por um, eles próprios se protegerão e até os dois emitirão luz, como mostra a Figura 1c. Isso já é o terceiro método de proteção. Todos os três esquemas de proteção são mostrados na Figura 1.

Figura 1. LEDs de proteção de circuito contra tensão reversa

O resistor limitador nesses circuitos tem uma resistência de 24KΩ, que, com uma tensão de operação de 220V, fornece uma corrente da ordem de 220/24 = 9,16mA, pode ser arredondada para 9. Em seguida, a potência do resistor de resfriamento será 9 * 9 * 24 = 1944mW, quase dois watts. Isso apesar do fato de que a corrente através do LED é limitada a 9mA. Mas o uso prolongado do resistor na potência máxima não levará a nada de bom: primeiro ele fica preto e depois queima completamente. Para evitar isso, é recomendável colocar em série dois resistores de 12Kohm com uma potência de 2W cada.

Se você definir o nível atual para 20mA, então resistor de potência será ainda mais - 20 * 20 * 12 = 4800mW, quase 5W! Naturalmente, ninguém pode pagar um fogão com tanta energia para aquecer o espaço. Isso é baseado em um LED, mas e se houver um todo Guirlanda de LED?

Capacitor - Resistência sem Watt

O circuito mostrado na Figura 1a, o diodo de proteção D1 "corta" o semi-ciclo negativo da tensão alternada, portanto a potência do resistor de têmpera é reduzida pela metade. Mas, mesmo assim, o poder permanece muito significativo. Portanto, frequentemente como resistor limitador capacitor de lastro: ele limitará a corrente não pior que um resistor, mas ele não emitirá calor. De fato, não é à toa que um capacitor é freqüentemente chamado de resistência livre. Este método de comutação é mostrado na Figura 2.

Figura 2. Diagrama para ligar o LED através do capacitor de lastro

Tudo parece estar bem aqui, mesmo que haja um diodo de proteção VD1. Mas dois detalhes não são fornecidos. Em primeiro lugar, o capacitor C1, após desligar o circuito, pode permanecer em um estado carregado e armazenar a carga até que alguém a descarregue com sua própria mão. E isso, acredite, certamente acontecerá algum dia. O choque elétrico não é, é claro, fatal, mas sensível, inesperado e desagradável.

Portanto, para evitar esse incômodo, esses capacitores de têmpera são desviados por um resistor com uma resistência de 200 ... 1000K. A mesma proteção é instalada em fontes de alimentação sem transformador com um capacitor de têmpera, em acopladores ópticos e em alguns outros circuitos. Na Figura 3, esse resistor é designado como R1.

Figura 3. Diagrama de conexão do LED à rede de iluminação

Além do resistor R1, o resistor R2 também aparece no circuito. Seu objetivo é limitar a irrupção de corrente através do capacitor quando a tensão é aplicada, o que ajuda a proteger não apenas os diodos, mas o próprio capacitor. Sabe-se na prática que, na ausência de um resistor desse tipo, o capacitor algumas vezes quebra, sua capacidade se torna muito menor que a nominal. Desnecessário dizer que o capacitor deve ser cerâmico para uma tensão operacional de pelo menos 400V ou especial para operação em circuitos CA para uma tensão de 250V.

Outra função importante é atribuída ao resistor R2: no caso de falha do capacitor, ele funciona como um fusível. Obviamente, os LEDs também precisarão ser substituídos, mas pelo menos os fios de conexão permanecerão intactos. De fato, é assim que um fusível funciona em qualquer comutação da fonte de alimentação, - os transistores queimaram e a placa de circuito permaneceu quase intocada.

No diagrama mostrado na Figura 3, apenas um LED é mostrado, embora na verdade vários deles possam ser ligados sequencialmente. O diodo de proteção lidará completamente com sua tarefa sozinho, mas a capacitância do capacitor de reator precisará, pelo menos aproximadamente, ser calculada.

Como calcular a capacidade de um capacitor de têmpera

Para calcular a resistência do resistor de resfriamento, é necessário subtrair a queda de tensão no LED da tensão de alimentação. Se vários LEDs estiverem conectados em série, basta adicionar suas tensões e subtrair da tensão de alimentação. Conhecendo essa tensão residual e a corrente necessária, de acordo com a lei de Ohm, é muito simples calcular a resistência de um resistor: R = (U-Uд) / I * 0,75.

Aqui U é a tensão de alimentação, Ud é a queda de tensão entre os LEDs (se os LEDs estiverem conectados em série, Ud é a soma da queda de tensão em todos os LEDs), I é a corrente através dos LEDs, R é a resistência do resistor de resfriamento. Aqui, como sempre, está a tensão em Volts, a corrente em Amperes, o resultado em Ohms, 0,75 é um coeficiente para aumentar a confiabilidade. Esta fórmula já foi dada no artigo. "Sobre o uso de LEDs".

A magnitude da queda de tensão direta para LEDs de cores diferentes é diferente. A uma corrente de 20mA, os LEDs vermelhos são 1,6 ... 2,03V, amarelo 2,1 ... 2,2V, verde 2,2 ... 3,5V, azul 2,5 ... 3,7V. Os LEDs brancos apresentam a maior queda de tensão, com um amplo espectro de emissão de 3,0 a 3,7V.É fácil ver que a dispersão desse parâmetro é grande o suficiente.

Aqui estão as quedas de tensão de apenas alguns tipos de LEDs, apenas pela cor. De fato, existem muito mais dessas cores e o valor exato pode ser encontrado apenas na documentação técnica de um LED em particular. Mas muitas vezes isso não é necessário: para obter um resultado aceitável para a prática, basta substituir algum valor médio (geralmente 2V) na fórmula, é claro, se essa não é uma guirlanda de centenas de LEDs.

Para calcular a capacidade de um capacitor de têmpera, é aplicada a fórmula empírica C = (4,45 * I) / (U-Uд)

onde C é a capacitância do capacitor em microfarads, I é a corrente em miliamperes, U é a voltagem da rede de amplitude em volts. Ao usar uma cadeia de três LEDs brancos conectados em série, Ud é de aproximadamente 12V, U é a amplitude da tensão de rede de 310V, um capacitor com capacidade de 20mA é necessário para limitar a corrente

C = (4,45 * I) / (U-Uд) = C = (4,45 * 20) / (310-12) = 0,29865 μF, quase 0,3 μF.

O valor padrão mais próximo do capacitor é 0,15 μF, portanto, para uso neste circuito, é necessário o uso de dois capacitores conectados em paralelo. Aqui é necessário fazer uma observação: a fórmula é válida apenas para uma frequência de tensão alternada de 50 Hz. Para outras frequências, os resultados estarão incorretos.

O capacitor deve ser verificado primeiro

Antes de usar um capacitor, ele deve ser verificado. Para iniciantes, basta conectar 220V, é melhor através de um fusível 3 ... 5A e, após 15 minutos, verificar o toque, mas há aquecimento perceptível? Se o capacitor estiver frio, você poderá usá-lo. Caso contrário, certifique-se de pegar outro e também fazer uma pré-verificação. Afinal, mesmo assim, 220V não é mais 12, aqui tudo é um pouco diferente!

Se este teste foi bem-sucedido, o capacitor não aqueceu, é possível verificar se houve um erro nos cálculos, se o capacitor tem a mesma capacidade. Para fazer isso, ligue o capacitor como no caso anterior da rede, apenas através de um amperímetro. Naturalmente, o amperímetro deve ser AC.

Este é um lembrete de que nem todos os multímetros digitais modernos podem medir corrente alternada: dispositivos simples e baratos, por exemplo, muito populares entre os radioamadores Série DT838são capazes de medir apenas corrente contínua, que esse amperímetro mostrará ao medir corrente CA que ninguém conhece. Provavelmente será o preço da lenha ou a temperatura da lua, mas não a corrente alternada através do capacitor.

Se a corrente medida for aproximadamente a mesma que resultou no cálculo de acordo com a fórmula, você poderá conectar com segurança os LEDs. Se, em vez dos 20 ... 30 mA esperados, aparecerem 2 ... 3A, então aqui, um erro nos cálculos ou a marcação do capacitor é lida incorretamente.

Interruptores Iluminados

Aqui você pode se concentrar em outra maneira de ligar o LED na rede de iluminação usada em switches com luz de fundo. Se esse interruptor for desmontado, você poderá descobrir que não há diodos de proteção lá. Então, tudo o que está escrito um pouco mais alto é um absurdo? De maneira alguma, basta olhar atentamente para a chave desmontada, mais precisamente o valor do resistor. Como regra, seu valor nominal não é menor que 200K, talvez até um pouco mais. Ao mesmo tempo, é óbvio que a corrente através do LED será limitada a cerca de 1 mA. Um diagrama de circuito retroiluminado é mostrado na Figura 4.

Figura 4. Diagrama de conexão do LED em um comutador retroiluminado

Aqui vários resistentes são mortos com um resistor. Obviamente, a corrente através do LED será pequena, brilhará fracamente, mas com bastante brilho ao ver esse brilho em uma noite escura na sala. Mas à tarde esse brilho não é necessário! Então deixe-se brilhar despercebido.

Nesse caso, a corrente reversa será fraca, tão fraca que o LED não poderá queimar. Daí a economia em exatamente um diodo de proteção, que foi descrito acima. Com o lançamento de milhões, ou talvez bilhões, de disjuntores por ano, a economia é considerável.

Parece que depois de ler os artigos sobre LEDs, todas as perguntas sobre sua aplicação são claras e compreensíveis. Mas ainda existem muitas sutilezas e nuances ao incluir LEDs em vários circuitos. Por exemplo, conexão paralela e serial ou, de outra maneira, bons e maus circuitos.

Às vezes você deseja coletar uma guirlanda de várias dezenas de LEDs, mas como calculá-lo? Quantos LEDs podem ser conectados em série se houver uma fonte de alimentação com tensão de 12 ou 24V? Essas e outras questões serão discutidas no próximo artigo, que chamaremos de "bons e maus esquemas de comutação de LED".

Boris Aladyshkin