Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.
Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.
Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.
Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.
Принцип работы схем на балластном конденсаторе
В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.
Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.
Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.
В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.
Расчет емкости конденсатора для светодиода:
С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)
С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.
Можно встретить еще такую формулу:
C = (4,45 * I) / (U — Uд)
Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.
Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):
Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.
Подключение одного светодиода
Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:
- Максимальный ток диода – 0,15А;
- напряжение питания диода – 3,5В;
- амплитудное напряжение сети — 320В.
Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.
Подключение нескольких светодиодов
При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.
- Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
- сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.
Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.
Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;
Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.
Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором
Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.
- R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
- R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
- C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
- R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.
Какой конденсатор можно использовать для балласта?
В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.
Меры предосторожности
Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.
Необходимость подключить светодиод к сети – частая ситуация. Это и индикатор включения приборов, и выключатель с подсветкой, и даже диодная лампа.
Существует множество схем подключения маломощных индикаторных LED через резисторный ограничитель тока, но такая схема подключения имеет определённые недостатки. При необходимости подключить диод, с номинальным током 100-150мА, потребуется очень мощный резистор, размеры которого будут значительно больше самого диода.
Вот так бы выглядела схема подключения настольной светодиодной лампы. А мощные десяти ваттные резисторы при низкой температуре в помещении можно было бы использовать в качестве дополнительного источника отопления.
Применение в качестве ограничителя тока конде-ров позволяет значительно уменьшить габариты такой схемы. Так выглядит блок питания диодной лампы мощностью 10-15 Вт.
Принцип работы схем на балластном конденсаторе
В этой схеме конде-р является фильтром тока. Напряжение на нагрузку поступает только до момента полного заряда конде-ра, время которого зависит от его ёмкости. При этом никакого тепловыделения не происходит, что снимает ограничения с мощности нагрузки.
Чтобы понять, как работает эта схема и принцип подбора балластного элемента для LED, напомню, что напряжение – скорость движения электронов по проводнику, сила тока – плотность электронов.
Для диода абсолютно безразлично, с какой скоростью через него будут «пролетать» электроны. Расчет конде-ра основан на ограничении тока в цепи. Мы можем подать хоть десять киловольт, но если сила тока составит несколько микр оампер, количества электронов, проходящих через светоизлучающий кристалл, хватит для возбуждения лишь крохотной части светоизлучателя и свечения мы не увидим.
В то же время при напряжении несколько вольт и силе тока десятки ампер плотность потока электронов значительно превысит пропускную способность матрицы диода, преобразовав излишки в тепловую энергию, и наш LED элемент попросту испарится в облачке дыма.
Расчет гасящего конденсатора для светодиода
Разберем подробный расчет, ниже сможете найти форму онлайн калькулятора.
Расчет емкости конденсатора для светодиода:
С(мкФ) = 3200 * Iсд) / √(Uвх² — Uвых²)
С мкФ – ёмкость конде-ра. Он должен быть рассчитан на 400-500В;
Iсд – номинальный ток диода (смотрим в паспортных данных);
Uвх – амплитудное напряжение сети — 320В;
Uвых – номинальное напряжение питания LED.
Можно встретить еще такую формулу:
C = (4,45 * I) / (U — Uд)
Она используется для маломощных нагрузок до 100 мА и до 5В.
Расчет конденсатора для светодиода (калькулятор онлайн):
Для наглядности проведём расчёт нескольких схем подключения.
Подключение одного светодиода
Для расчета емкости конде-ра нам понадобится:
- Максимальный ток диода – 0,15А;
- напряжение питания диода – 3,5В;
- амплитудное напряжение сети — 320В.
Для таких условий параметры конде-ра: 1,5мкФ, 400В.
Подключение нескольких светодиодов
При расчете конденсатора для светодиодной лампы необходимо учитывать, что диоды в ней соединены группами.
- Напряжение питания для последовательной цепочки – Uсд * количество LED в цепи;
- сила тока – Iсд * количество параллельных цепочек.
Для примера возьмём модель с шестью параллельными линиями из четырёх последовательных диодов.
Напряжение питания – 4 * 3,5В = 14В;
Сила тока цепи – 0,15А * 6 = 0,9А;
Для этой схемы параметры конде-ра: 9мкФ, 400В.
Простая схема блока питания светодиодов с конденсатором
Разберём устройство без трансформаторного блока питания для светодиодов на примере фабричного драйвера LED ламы.
- R1 – резистор на 1Вт, который уменьшает значимость перепадов напряжения в сети;
- R2,C2 – конде-р служит в качестве токоограничителя, а резистор для его разрядки после отключения от сети;
- C3 – сглаживающий конде-р, для уменьшения пульсации света;
- R3 – служит для ограничения перепадов напряжения после преобразования, но более целесообразно вместо него установить стабилитрон.
Какой конденсатор можно использовать для балласта?
В качестве гасящих конденсаторов для светодиодов используются керамические элементы рассчитанные на 400-500В. Использование электролитических (полярных) конденсаторов недопустимо.
Меры предосторожности
Безтрансформаторные схемы не имеют гальванической развязки. Сила тока цепи при появлении дополнительного сопротивления, например прикосновение рукой с оголённому контакту в цепи, может значительно увеличится, став причиной электротравмы.
Начнем с разбора классической схемы с балластным конденсатором. Балластный конденсатор С1 являясь источником тока, получив напряжение от предохранителя F1 и ограничительного резистора R1 призванный защитить балластник от броска тока при первом включении,ограничивает ток в свою очередь, и выпрямленный диодным мостом D1 источник уже постоянного тока направляется на светодиодную цепочку led1-led12. Преимущества данной схемы простота ,доступность деталей, не боится К-З на выходе. Но есть существенные недостатки: 1.Наличие пульсаций 100гц на выходе фильтрующего конденсатора,которые впрочем можно убрать увеличив емкость фильтрующего конденсатора С2 до 500мкф, так как после диодного моста амплитуда напряжения достигает до 310 вольт, то фильтрующий конденсатор должен выдерживать это напряжение, его и выбираем плюс некоторый запас,от греха подальше,пусть это будут 400 вольт ,а теперь представьте какие будут его габариты.
Из этого вытекают следующие два пункта недостатков этой схемы.
2.Габариты фильтрующего конденсатора.
3.Высокая стоимость фильтрующего конденсатора с такими параметрами.
И обычно радиолюбители идут на компромисс, либо ставят фильтрующий конденсатор с меньшей емкостью,но на высокое напряжение,либо учитывая тот факт,что при подключении
лед цепочки происходит падение напряжения равное суме напряжений всех лед элементов которое вычитается из входного напряжения перед лед цепочкой,вот на это напряжение плюс некоторый запас и выбирается напряжение фильтрующего конденсатора С2.
Что вроде спасает ситуацию но является плохим и даже опасным решением, так как при сгорании одного из светодиодов,цепочка из последовательно подключенных светодиодов отключается,от источника, и в следствии этого напряжение на фильтрующем конденсаторе, резко возрастает до значения 310 вольт,и так как электролитический конденсатор становится сам нагрузкой,начинает закипать и может выйти из строя,вызвав собой аварийную ситуацию с нехорошими последствиями. Выше описанное является 4-ым недостатком и все вышесказанное перечеркивает простоту и дешевизну схемы. Но спасибо А. КАРПАЧЕВУ,из г. Железногорск Курской обл. он придумал как это все обойти, и создал схему Защищающую фильтрующий конденсатор от превышения напряжения, а так же Защита срабатывает при сгорании балластного конденсатора с его последующим закорачиванием, а также схема позволяет подать на светодиодную цепочку меньшее напряжение,и в следствии этого выбрать конденсатор меньших габаритов,что позволит уменьшить габариты самого устройства а также выбрать большую емкость фильтрующего конденсатора C2
Суть схемы сводится к тому что сетевое напряжение пройдя через ограничительный резистор R1 и предохранитель F1 попадает на Балластный конденсатор С1 , ограничивается им по току, за этим выпрямляется диодным мостом D1 , далее поступает на диод D2 через который в свою очередь заряжается конденсатор С2, одновременно в момент когда напряжение на вход динисторов D4-D5 возрастет до напряжения пробоя динисторов, кратковременно откроется тиристор и закоротит собой цепь диода D2 и конденсатора С2 из-за чего конденсатор начнет разряжаться пока динисторы не закроются до напряжения пробоя, по сути мы получим своеобразную стабилизацию,и защиту фильтрующего конденсатора от повышения напряжения в случае если по какой либо причине исчезнет нагрузка,то есть сгорит один из светодиодов,либо сгорит балластный конденсатор. Сверившись с описанием параметров DB3 его напряжение пробоя равно 28-32 вольта, в led лампе на 10 ват я использовал цепочку из 12-ти 1 ватных светодиодов,то напряжения 32 вольта нам явно мало,и потому я поставил два динистора последовательно подняв напряжение пробоя до 61 вольт. Так как покупал светодиоды из Китая, решил их не перегружать, и раскачал светодиоды до 0,7-0,8 ват, выбрав емкость балластного конденсатора в 4.3-4.7мкф . Емкость балластного конденсатора можно рассчитать так, умножаем емкость балластника на 0.051 мла и соответственно получим выходной ток ( в общем нужно умножать на 0.065, но мной определились эмпирически эти 0.051 мла,видать 0.014 мла берет на себя защитная цепь из диака и тиристора, но мы не жадные,пусть кушают) ,светодиоды хорошие,светят ярко то есть выдают свои заявленные 100 люменов. Диод vd2 защищает вход динистора от всплеска напряжения при закрытии тиристора, надежно при этом запираясь.
По рекомендации автора ограничительный резистор R1 необходимо поместить в изоляционную трубку из стеклоткани, Балластный конденсатор выбрать марки К73-17 на 630 вольт, я использовал китайские Cbb 3.3 мкф на 630 вольт +1 мкф на 630 вольт, так получается дешевле, тиристор должен выдерживать не меньше 10 ампер а также на напряжение не меньше 300 вольт,потому выбрал bt151 r600, может подойти даже симистор bt139,что конечно уже расточительство,но у меня тиристора не было и я использовал симистор ,в данном включении он тоже подходит. На этом все,спасибо за внимание и удачных находок и сборок. Еще раз спасибо автору этой схемы,и вообще настоятельно рекомендую ознакомится с его статьей ,у него описано все более дотошней и грамотней,моя же скромная цель популяризировать его схему,которая мне очень понравилась.