Светодиоды — неотъемлемая часть электроники, позволяющая осуществлять индикацию состояния приборов. В зависимости от цвета и расположения на корпусе светоизлучающие диоды сигнализируют о состоянии зарядки, подключении гаджета к сети и т. п. Но бывают ситуации, когда в приборе отсутствует штатная сигнализация, а человеку она нужна. Тогда и встаёт вопрос о том, как включить светодиод в 220 В, не используя понижающих напряжение трансформаторных устройств.
Технические особенности диода
Светодиод представляет собой радиотехнический элемент, пропускающий ток, как и стандартный диод, только в одном направлении, но при этом излучающий электромагнитные волны в видимом диапазоне. Если осуществлять интеграцию такого диода в сеть с постоянным током, то важно не перепутать «плюс» и «минус». Внедрение же светового диода в переменную сеть и решение вопроса о том, как запитать светодиод от сети 220 В, где периодически (с частотой 50 Гц) происходит изменение направления тока и напряжения, потребует дополнительных расчётов.
Чтобы определить среднее значение тока и подключить светодиод к сети 220 вольт, необходимо разделить напряжение действующей сети пополам, то есть 220 В / 2 = 110 В. Это значение берут за основу для последующих расчётов.
Электрическое сопротивление светодиода, как и любого полупроводникового элемента, не линейно и зависит от величины разности потенциалов, приложенной к нему. Для сети с переменным током и напряжением 220 В с приемлемой точностью можно взять усреднённое значение в 1,7 Ом. Тогда, согласно закону Ома, величина тока, который будет проходить через полупроводниковый кристалл диода, если его подключить напрямую к сети, будет примерно равна 65 ампер (110/1,7).
Такой показатель просто приведёт к сжиганию прибора. Для уменьшения величины тока, проходящего через полупроводник, потребуется последовательное включение в цепь рядом со световым диодом сопротивления.
Для этой цели применяют исключительно резисторы в цепях с постоянным напряжением, а с переменным током есть возможность применять так называемые реактивные сопротивления — конденсаторы и катушки индуктивности. Сопротивление они создают благодаря накапливанию электромагнитной энергии в первый полупериод (ток протекает в одном направлении) и возвращению её в сеть во втором полупериоде (при обратном течении электрического тока).
Подключение через резистор
Подобная схема обычно реализуется для индикации работы электротехнических устройств. Она используется в световом сигнале, свидетельствующем о включении в сеть электрочайника, в подсветке кнопки выключателя и т. д. Главными достоинствами этого варианта интеграции светящегося диода в сеть считаются относительная дешевизна, простота и надёжность.
Но есть в этой схеме один нюанс. Он заключается в необходимости гашения обратного напряжения, так как его избыток может привести к выходу из строя полупроводникового прибора. С этой задачей легко справляются кремниевые диоды, которые способны пропускать ток по величине не меньше того, что проходит в сети. Подключить их можно в цепь двумя способами:
- последовательно, то есть после резистора и перед светодиодом, но соблюдая полярность;
- параллельно со светящимся диодом, но изменив полярность на 180 градусов.
Некоторые специалисты считают, что использование гасящих диодов необязательно, но практика показывает, что обратный ток в некоторых случаях вызывает тепловой пробой p-n перехода. Поэтому дополнительные затраты на приобретение кремниевых диодов вполне оправданы для реализации подключения светодиода к сети 220 В, схема которого содержит гасящий резистор.
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 этого в 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).
