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.
Методы подключения
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.
Нюансы подключения
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.