Jak szybko wykonać kontrolkę LED zasilaną napięciem 230V?
Banalnie łatwo, potrzebujemy:- diody świecącej (LED)
- opornika 100kΩ 0,5W (można użyć dwa rezystory po 56kΩ)
- diody prostowniczej, np.: 1N4007
Elementy łączymy wg. poniższego schematu:
Należy zachować ostrożność przy pracy z wysokim napięciem. Napięcie szczytowe to 230V * √2 = 325V. Jak by ktoś miał wątpliwości co do trwałości takiego rozwiązania, to ja używam takich kontrolek od dawna; są również stosowane w komercyjnych produktach.
Jak dobrać rezystor? Zwyczajnie: (230 V - 2 V) / 0,002 A = 114 000Ω
Do obliczeń można przyjąć 230 V (to jest napięcie skuteczne, tak trzeba - nie liczymy z 325 V) i około 2 V spadku napięcia na diodzie czerwonej (przy tych wielkościach nie ma znaczenia czy będzie to 2 V czy 1,8 V). Tak samo uwzględnienie spadku napięcia (0,7 V) na diodzie prostowniczej też nie jest konieczne.
W tym rozwiązaniu dioda świecąca będzie pracować przy prądzie skutecznym wynoszącym poniżej 1.6mA.
Dodałem np. taką kontrolkę do wtyczki z wyłącznikiem, oraz do wyłącznika czasowego. Dzięki tym modyfikacją mam informację czy pralka i urządzenia sterowane wyłącznikiem czasowym są zasilane.
Dlaczego powyżej przedstawiony układ działa prawidłowo?
Polecam zapoznanie się z tym wątkiem:
Następnie pod zastanowienie podaję następujące zagadnienia:
1) Dioda w kierunku przewodzenia powoduje spadek napięcia o wartość charakterystyczną dla danego koloru diody i modelu. Podkreślam: spadek napięcia.
2) Dioda w kierunku zaporowym ma określone napięcie przebicia. W powyższym układzie diodę elektroluminescencyjną zabezpiecza w kierunku zaporowym przed przebiciem dioda prostownicza.
3) Dlaczego diody w zaprezentowanym układzie nie potrzebują rezystorów wyrównujących potencjały? Po pierwsze takie rezystory stosuje się, gdy napiecie przebicia diod połączonych szeregowo jest mniejsze od napięcia doprowadzonego do takiego układu. W tym przypadku dioda prostownicza ma napiecie przebicia 1 kV, czyli mniejsze od 325 V. Z kolei LED jest zabezpieczona przed wzrostem napięcia dzięki polaryzacji diody prostowniczej (podkreślam: napiecie polaryzacji). Po drugie wyrównanie potencjałów, gdy napięcie przebicia LED jest małe nie jest najlepszym pomysłem.
4) Należy zawsze uwzględniać moc (wydzielaną, traconą, itp.). Nie tylko napiecie nie powiązane z natężeniem (lub odwrotnie). To często jest klucz do rozwiązań, szczególnie, gdy doda się do tego czas.
W związku z wątkiem: Własna konstrukcja listwy zasilającej - Dobór elementów dodaję różne symulacje. Pomiar ustawiony pomiędzy dwiema diodami, napięcie od -325 V do +325 V:1) Dioda w kierunku przewodzenia powoduje spadek napięcia o wartość charakterystyczną dla danego koloru diody i modelu. Podkreślam: spadek napięcia.
2) Dioda w kierunku zaporowym ma określone napięcie przebicia. W powyższym układzie diodę elektroluminescencyjną zabezpiecza w kierunku zaporowym przed przebiciem dioda prostownicza.
3) Dlaczego diody w zaprezentowanym układzie nie potrzebują rezystorów wyrównujących potencjały? Po pierwsze takie rezystory stosuje się, gdy napiecie przebicia diod połączonych szeregowo jest mniejsze od napięcia doprowadzonego do takiego układu. W tym przypadku dioda prostownicza ma napiecie przebicia 1 kV, czyli mniejsze od 325 V. Z kolei LED jest zabezpieczona przed wzrostem napięcia dzięki polaryzacji diody prostowniczej (podkreślam: napiecie polaryzacji). Po drugie wyrównanie potencjałów, gdy napięcie przebicia LED jest małe nie jest najlepszym pomysłem.
4) Należy zawsze uwzględniać moc (wydzielaną, traconą, itp.). Nie tylko napiecie nie powiązane z natężeniem (lub odwrotnie). To często jest klucz do rozwiązań, szczególnie, gdy doda się do tego czas.
***
Update: 2015.07.17
I jeszcze wyniki rzeczywistego pomiaru:
Pobierany prąd skuteczny:
Napięcie pomiędzy rezystorem, a diodą prostowniczą:
Napięcie skuteczne na LED:
Oscylogram napięcia pomiędzy rezystorem, a diodą prostowniczą:
Oscylogram napięcia na LED:
Pobierana moc przez cały układ (nie tylko LED):
0,2673 W * 24 h * 365 dni = 2341,6 Wh/rok / 1000 = 2,3416 kWh/rok
2,3416 kWh/rok * 0,64 zł/kWh = 1,5 zł/rok
Obliczenia zakładają działanie kontroli LED przez cały rok bez przerw.
***
Update 2015.08.27:
Inna wersja kontrolki LED na 230V AC. Ja jej nie stosuję, wykonałem tylko model, by zmierzyć pobór prądu w związku z dyskusją Dioda led jako podświetlenie włącznika na elektroda.pl:
0,062 W * 24 h * 365 dni = 543,12 Wh/rok / 1000 = 0,543 kWh/rok
0,543 kWh/rok * 0,64 zł/kWh = 0,348 zł/rok
Jak widać z wyników pomiarów (i znajomości fizyki) przy tym układzie koniecznie trzeba uwzględnić stosunek mocy czynnej do mocy pozornej. Podobne pomiary:
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos(phi) – cos(φ)
Tak wygląda oscylogram napięcia (niebieska linia) i natężenia (czerwona linia). Jak widać przesunięcie natężenia względem napięcia jest bardzo duże.
***
****
***
Dodatkowo - już tylko w ramach testów - pomiary neonówki. Nie nadaje się do moich zastosowań, ponieważ ma za małą jasność. W dzień jest ledwo widoczna. Nie da się uzyskać takiego efektu, by sygnalizacja zwracała na siebie uwagę:
Włącznik oświetlenia - jak zrobić sygnalizację, że jest włączony
Użyłem posiadanego od wielu lat wskaźnika neonowego. Poniżej widoczna wartość rezystancji opornika zamontowanego wewnątrz wskaźnika:
Jak widać jasność nie jest wystarczajaca do wszystkich zastosować, szczególnie w jasnych pomieszczeniach w ciągu dnia.
0,06146 W * 24 h * 365 dni = 538,39 Wh/rok / 1000 = 0,538 kWh/rok
0,538 kWh/rok * 0,64 zł/kWh = 0,344 zł/rok
Porównując do układu z LED i kondensatorem wynik jest właściwie identyczny.
***
****
***
Akcja w wątku na elektrodzie rozwija się standardowo. Autor nie pisze, za to...
Dodaję kolejny schemat. Jak najbardziej działający i nie zawierający potencjalnie niezabezpieczonego, a zajmującego dużo miejsca, kondensatora.
Dlaczego stosuję układ z pierwszego schematu? Pomiary powinny to wyjaśnić:
Dlaczego zużywana moc się zwiększyła? Ponieważ jedna połówka sinusoidy prądu zasilającego zasila LED, a druga tylko grzeje rezystory. W pierwszym schemacie druga połówka sinusoidy była blokowana przez diodę prostowniczą i nie powodowała odkładanie sie energii (w postaci ciepła) na oporze.
Dlatego stosuję rozwiązanie z pierwszego schematu. W małej wtyczce nie potrzebuję dodatkowego źródła ciepła.
Oczywiście można zamiast diody prostowniczej użyć diody elektroluminescencyjnej, wtedy pobór prądu nie zmniejszy się, ale energia będzie lepiej wykorzystana... ale ja nie potrzebuję dwóch LED'ów.
PF w takim układzie jest oczywisty.
Tak samo jak oczywisty jest pomiar VAr.
***
Taka kontrolkę LED na 230 V stosuję z powodzeniem od lat. Poniżej kilka przykładów użycia:
Kontrolka LED w rozdzielnicy
Najtańszy sterownik nawadniania
Naprawa pralki HOOVER AI120 - wtyczka
Zamontowałem sygnalizację działania do timera:
Centrum Zarządzania Światem - zasilanie
Jeszce wg. mnie ciekawe rozwiązanie:
Włącznik oświetlenia - jak zrobić sygnalizację, że jest włączony
Zasada działania jest inna, więc i użyte rozwiązanie jest zupełnie inne. Mimo wszystko warto pamiętać o tak działającej sygnalizacji.
********
Update: 2016.08.16
Create: 2013.12.16
UWAGA: Na poniższym schemacie nie ma rezystora rozładowującego kondensator po rozłączeniu (przerwaniu) obwodu, co może stanowić zagrożenie porażeniem prądem elektrycznym.
Naładowany do 325 V (w najgorszym przypadku) kondensator już na etapie testów może stanowić zagrożenie. Trzeba na to zwrócić szczególną uwagę. Taki układ sygnalizacji może być wykorzystywany też w innych zastosowaniach. Ja przykładowo kontrolkę LED wbudowałem we wtyczki, które mają odsłonięte bolce, a kondensator samoistnie szybko się nie rozładuje... Taka energia (0,005 J) zdrowej osoby nie zabije, ale jej rozładowanie przez ciało człowieka przyjemne zapewne nie będzie.
Pobrana moc przez cały układ (nie tylko LED). Użyta ta sama dioda co w pomiarze powyżej.
0,543 kWh/rok * 0,64 zł/kWh = 0,348 zł/rok
Jak widać z wyników pomiarów (i znajomości fizyki) przy tym układzie koniecznie trzeba uwzględnić stosunek mocy czynnej do mocy pozornej. Podobne pomiary:
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos(phi) – cos(φ)
***
****
***
Dodatkowo - już tylko w ramach testów - pomiary neonówki. Nie nadaje się do moich zastosowań, ponieważ ma za małą jasność. W dzień jest ledwo widoczna. Nie da się uzyskać takiego efektu, by sygnalizacja zwracała na siebie uwagę:
Użyłem posiadanego od wielu lat wskaźnika neonowego. Poniżej widoczna wartość rezystancji opornika zamontowanego wewnątrz wskaźnika:
Jak widać jasność nie jest wystarczajaca do wszystkich zastosować, szczególnie w jasnych pomieszczeniach w ciągu dnia.
0,538 kWh/rok * 0,64 zł/kWh = 0,344 zł/rok
Porównując do układu z LED i kondensatorem wynik jest właściwie identyczny.
***
****
***
Akcja w wątku na elektrodzie rozwija się standardowo. Autor nie pisze, za to...
Dodaję kolejny schemat. Jak najbardziej działający i nie zawierający potencjalnie niezabezpieczonego, a zajmującego dużo miejsca, kondensatora.
Cały układ pobiera prawie pół wata. Musiałem użyć mocniejszych rezystorów, ze względu na konieczność rozpraszania większej ilości ciepła. Dlatego użyłem dwóch rezystorów MŁT, każdy po 62 kΩ. Łącznie rezystancja wyniosła więc 124 kΩ.
W poniższym układzie, mimo większej rezystancji pobierana moc jest większa. Przypomnę:
- Schemat pierwszy (dwie diody szeregowo) 0,27 W
- Schemat drugi (z kondensatorem) 0,062 W
Dlaczego zużywana moc się zwiększyła? Ponieważ jedna połówka sinusoidy prądu zasilającego zasila LED, a druga tylko grzeje rezystory. W pierwszym schemacie druga połówka sinusoidy była blokowana przez diodę prostowniczą i nie powodowała odkładanie sie energii (w postaci ciepła) na oporze.
Dlatego stosuję rozwiązanie z pierwszego schematu. W małej wtyczce nie potrzebuję dodatkowego źródła ciepła.
Oczywiście można zamiast diody prostowniczej użyć diody elektroluminescencyjnej, wtedy pobór prądu nie zmniejszy się, ale energia będzie lepiej wykorzystana... ale ja nie potrzebuję dwóch LED'ów.
PF w takim układzie jest oczywisty.
Tak samo jak oczywisty jest pomiar VAr.
***
Taka kontrolkę LED na 230 V stosuję z powodzeniem od lat. Poniżej kilka przykładów użycia:
Kontrolka LED w rozdzielnicy
Najtańszy sterownik nawadniania
Naprawa pralki HOOVER AI120 - wtyczka
Zamontowałem sygnalizację działania do timera:
Centrum Zarządzania Światem - zasilanie
Jeszce wg. mnie ciekawe rozwiązanie:
Włącznik oświetlenia - jak zrobić sygnalizację, że jest włączony
Zasada działania jest inna, więc i użyte rozwiązanie jest zupełnie inne. Mimo wszystko warto pamiętać o tak działającej sygnalizacji.
********
Inne wpisy:
Oświetlenie miejsca pracy
Oświetlenie LED łazienki (małej)
Zużycie prądu przez suszarkę do ubrań i pralkę
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos phi (cosφ)
Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju
Oświetlenie LED łazienki (małej)
Zużycie prądu przez suszarkę do ubrań i pralkę
Zużycie prądu przez urządzenia domowe i ich współczynnik mocy cos phi (cosφ)
Modernizacja oświetlenia głównego w dużym pokoju i przedpokoju
Update: 2016.08.16
Create: 2013.12.16
Ten układzik jest niepoprawny!!!
OdpowiedzUsuńDioda LED może się uszkadzać z powodu niewiadomego rozkładu napięcia wstecznego na szeregowo połączonych diodach. Jak wszystkie książki piszą diody te powinny być objęte odpowiednio policzonymi oporami, które jednoznacznie ustalą napięcia wsteczne na diodach: na diodzie led max 5V, reszta czyli 320V na diodzie zwykłej.
Inne prawidłowe rozwiązanie: diodę prostowniczą ze schematu podłączyć przeciwrównolegle do leda.
Nasza dyskusja toczy się w związku z tematem: http://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=14854449
UsuńMam w domu około dwudziestu firmowych (kupionych w sklepie) urządzeń (zabezpieczeń i wtyczek), które mają dokładnie tak rozwiązane podłączenie diody. Widocznie inżynierowie pracujący w tych fabrykach nie znali tych publikacji... Sam stosuje te rozwiązanie od lat.
W tym wątku http://www.elektroda.pl/rtvforum/topic751796.html w poście #5 jest identyczne rozwiązanie zastosowane w monolitycznym LED. W #26 jest symulacja napięcia na LED :-)
Zachęcam do samodzielnego przeprowadzenia symulacji i testów praktycznych.
Witam serdecznie!
OdpowiedzUsuńMam specyficzne pytanie - kolega elektryk rzucił ostatnio przy mnie, że na pewno nie wiem, czym jest plafoniera. No i miał niestety rację, bo nie mam zielonego pojęcia! Słyszałam, że jest coś takiego jak plafoniery led, ale chętnie dowiedziałabym się, do czego one w zasadzie służą?
Z góry dzięki za odpowiedź!
Czy nie warto dodać przeciwstawnie i równolegle z LED jeszcze jednej diody, żeby ochronić LEDa?
OdpowiedzUsuńZgodnie z datasheet LTL-307EE Reverse voltage wynosi 5V czyli jak dla większości LEDów. Tymczasem na oscylogramie widać powiedzmy coś koło 15V.
Temat do rozważenia.