P

rzy³¹czaj¹c LED do napiêcia prze-

miennego 230 V/50 Hz jedynie

przez po³¹czony szeregowo z ni¹

rezystor (jak to ma miejsce w ni-

skonapiêciowych uk³adach zasilanych na-

piêciem sta³ym) napotyka siê na dwa zasa-

dnicze problemy: moc wydzielana na rezysto-

rze i przebicie wsteczne LED.

1. Problem mocy wydzielanej na rezystorze

polega na tym, ¿e je¿eli przez diodê ma prze-

p³ywaæ œredni pr¹d (RMS) 10

÷

5 mA, to pr¹d

ten pop³ynie równie¿ przez rezystor, wydziela-

j¹c na nim moc 230 V . 15 mA

≈

3,5 W. Pro-

jektuj¹c uk³ad z szeregowym rezystorem na-

le¿a³oby wiêc liczyæ siê z konsekwencjami ta-

kiego rozwi¹zania: wzrost ceny urz¹dzenia

(na ka¿d¹ LED w uk³adzie nale¿y u¿yæ jeden,

co najmniej 10-watowy rezystor), niepotrzeb-

nym wzrostem poboru mocy z sieci oœwietle-

niowej (LED pobieraj¹ca oko³o 30 mW mo-

cy wymaga wydzielenia na rezystorze mocy

stukrotnie wiêkszej) i koniecznoœci¹ odpro-

wadzenia tych 3,3 W mocy na ka¿d¹ LED

z wnêtrza przyrz¹du.

2. Problem przebicia wstecznego LED po-

lega na tym, ¿e dioda œwieci tylko wtedy, gdy

pr¹d przep³ywa przez ni¹ w kierunku przewo-

dzenia, w kierunku wstecznym zaœ LED ma-

j¹ doœæ niskie napiêcie przebicia, przeciêtnie

rzêdu kilku woltów. Dlatego w czasie trwania

pó³fali napiêcia sieciowego polaryzuj¹cej dio-

dê w kierunku zaporowym dioda ulega typo-

wemu wstecznemu przebiciu. Dziêki obec-

noœci w uk³adzie rezystora dioda nie przepa-

la siê natychmiast, tylko stopniowo (pr¹d

wsteczny przebitej diody nie mo¿e wzrosn¹æ

do takiej wartoœci, która spowodowa³aby jej na-

tychmiastowe zniszczenie). Objawia siê to

stopniowym spadkiem jasnoœci diody a¿ do

zupe³nego uszkodzenia (brak œwiecenia).

Analizuj¹c powy¿sze zagadnienia nasuwa

siê na myœl prosty sposób przy³¹czenia LED

do sieci oœwietleniowej. Uk³ad taki przed-

stawiony zosta³ na rysunku.

20

PRZY£¥CZENIE LED BEZPOŒREDNIO

DO SIECI ENERGETYCZNEJ 230 V/50 Hz

Nale¿y tu zauwa¿yæ, ¿e zastosowana w uk³a-

dzie dioda prostownicza nie musi wcale mieæ

wysokiego napiêcia przebicia (dla diody

1N4007 napiêcie to wynosi 1 kV), poniewa¿

LED bêdzie zabezpieczaæ przed przebiciem

diodê prostownicz¹. Wydawaæ by siê mog³o,

¿e nie ma tu równie¿ zdecydowanych przeciw-

wskazañ co do stosowania w przedstawio-

nym uk³adzie zamiast diody prostowniczej dru-

giej diody LED. Stosuj¹c takie rozwi¹zanie

nale¿y jednak byæ ostro¿nym, albowiem szpil-

kowe impulsy napiêcia pojawiaj¹ce siê w sie-

ciach energetycznych mog¹ powodowaæ krót-

kotrwa³e impulsy du¿ego pr¹du. S¹ one zazwy-

czaj nieszkodliwe dla diody spolaryzowanej

w kierunku przewodzenia (podczerwone dio-

dy LED w pilotach zdalnego sterowania sprzê-

tu RTV wysterowywane s¹ krótkimi impulsami

pr¹du rzêdu nawet kilku amperów _ kto nie

wierzy, mo¿e ³atwo zobaczyæ jak jasno œwie-

c¹ LED w pilotach obserwuj¹c je przy pomo-

cy kamery wideo), jednak spadek napiêcia na

LED przewodz¹cej du¿y pr¹d mo¿e przekro-

czyæ napiêcie przebicia diody spolaryzowa-

nej wstecznie.

Impedancja kondensatora o pojemnoœci

470 nF dla czêstotliwoœci 50 Hz wynosi:

a wiêc modu³ impedancji |Z| = 6,8 k

Ω

.

St¹d œredni pr¹d p³yn¹cy przez kondensator

wyniesie 230 V/6,8 k

Ω

= 33,82 mA. Nale-

¿y jednak zwróciæ uwagê, ¿e LED œwieci tyl-

ko w po³owie okresu przemiennego napiêcia

sieci, a wiêc efektywny pr¹d diody bêdzie

o po³owê mniejszy i wyniesie ok. 16 mA.

Wartoœæ ta mieœci siê poni¿ej maksymalne-

go pr¹du przewodzenia typowych LED (ok.

20

÷

40 mA).

W przypadku stosowania uk³adu dla diod

o mniejszym dopuszczalnym pr¹dzie przewo-

dzenia (np. diody Hewlett-Packard

HLMP17xx) nale¿y odpowiednio zmniejszyæ

pojemnoϾ kondensatora, zdecydowanie

sensowniejsze jednak wydaje siê po prostu

zastosowanie w przedstawionym uk³adzie

innych LED, jako ¿e maj¹ one pe³niæ rolê

wy³¹cznie sygnalizacyjn¹.

Poprzez zastosowanie kondensatora zamiast

rezystora ominiêty zosta³ równie¿ problem nie-

potrzebnego rozpraszania mocy w uk³adzie.

Wynika to st¹d, ¿e napiêcie i pr¹d w konden-

satorze opisane s¹ równaniem:

i = C . du

dt

St¹d dla napiêcia sinusoidalnego o pulsacji

ω

u = Uo sin(

ω

t),

otrzymamy kosinusoidalnie zmienny pr¹d

r

OD I DO

CZYTELNIKÓW

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 11/2003

o tej samej pulsacji w (i oczywiœcie amplitu-

dzie wzrastaj¹cej wraz ze wzrostem

ω

, co jak

siê za chwilê oka¿e jest w naszych rozwa¿a-

niach nieistotne):

i =

ω

C U

0

cos(

ω

t) = I

o

cos(

ω

t)

Widaæ wiêc, ¿e napiêcie i pr¹d s¹ przesuniê-

te wzglêdem siebie w fazie o 90 stopni. Kon-

densator nie mo¿e wiêc rozpraszaæ mocy, po-

mimo, ¿e wystêpuje na nim napiêcie i p³ynie

przez niego pr¹d. £atwo to sprawdziæ oblicza-

j¹c moc wydzielan¹ na kondensatorze w cza-

sie trwania jednego okresu napiêcia (wszy-

stkie okresy s¹ takie same, wiêc wystarczy

znaleŸæ moc dla jednego okresu):

Wynik ten po odrobinie zastanowienia przesta-

je byæ zaskakuj¹cy _ podczas czêœci okresu

sinusoidalnie zmiennego napiêcia i kosinu-

soidalnie zmiennego pr¹du iloczyn u. i jest do-

datni, a podczas pozosta³ych ujemny _ mo¿-

na to zobaczyæ analizuj¹c wykresy tych dwóch

funkcji. Oznacza to, ¿e kiedy iloczyn ten jest

dodatni _ kondensator energiê pobiera, ale od-

daje j¹ wtedy, gdy iloczyn u . i jest ujemny.

Nale¿y pamiêtaæ o tym, ¿e amplituda napiê-

cia sieciowego wynosi w przybli¿eniu 324,3 V,

dlatego u¿yty w uk³adzie kondensator musi

mieæ odpowiednio wysokie napiêcie przebicia

(ok. 400 V). Z oczywistych wzglêdów (zasi-

lanie uk³adu napiêciem przemiennym) nie

mo¿e byæ to kondensator elektrolityczny.

Rezystor 150

Ω

zapobiega uszkodzeniu

diody LED w wyniku zmniejszania siê reak-

tancji kondensatora dla wspomnianych wcze-

œniej szpilek, skoków i zak³óceñ obecnych

w sieci oœwietleniowej. Rezystancjê tego re-

zystora dobrano wg charakterystyki zastoso-

wanej diody, tzn. 1N4007 oraz standardowej

LED o U

zmax

= 5 V. Bardzo istotne jest to

w przypadku montowania przedstawionego

uk³adu w tyrystorowych regulatorach mocy,

w szczególnoœci wykorzystywanych do regu-

lacji obrotów silników (np. wiertarki, obra-

biarki itp.) lub regulacji mocy urz¹dzeñ stano-

wi¹cych obci¹¿enie indukcyjne. W takich

przypadkach skoki i szpilki w napiêciu sieci

s¹ typowym skutkiem ubocznym pracy takich

urz¹dzeñ. Dla przedstawionej aplikacji na

rezystorze tym wydzielana jest moc:

P = I

2

R = (33,8 mA)

2

150

Ω ≈

171,37 mW

Rezystor ten powinien wiêc charakteryzo-

waæ siê dopuszczaln¹ moc¹ strat co najmniej

0,5 W.

n

Adam Piekarz

atko

@

hoth.amu.edu.pl

Schemat przy³¹czenia diody LED

do sieci energetycznej

230 V/50 Hz

D1

Dioda prostownicza D1 zabezpiecza LED

przed przebiciem wstecznym. Dzieje siê tak

dlatego, ¿e po wyst¹pieniu na LED w kierun-

ku zaporowym napiêcia ok. 0,7 V dioda pro-

stownicza zaczyna przewodziæ, nie pozwa-

laj¹c na dalszy wzrost napiêcia na LED w kie-

runku zaporowym.