Как рассчитать конденсатор для светодиода? - ELSTROIKOMPLEKT.RU

Как рассчитать конденсатор для светодиода?

Расчет конденсатора для светодиодов

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.

Как рассчитать и подобрать гасящий конденсатор

В самом начале темы, относительно подбора гасящего конденсатора, рассмотрим цепь, состоящую из резистора и конденсатора, последовательно подключенных к сети. Полное сопротивление такой цепи будет равно:

Эффективная величина тока, соответственно, находится по закону Ома, напряжение сети делить на полное сопротивление цепи:

В результате для тока нагрузки и входного и выходного напряжений получим следующее соотношение:

А если напряжение на выходе достаточно мало, то мы имеем право считать эффективное значение тока приблизительно равным:

Однако давайте рассмотрим с практической точки зрения вопрос подбора гасящего конденсатора для включения в сеть переменного тока нагрузки, рассчитанной на напряжение меньшее стандартного сетевого.

Допустим, у нас есть лампа накаливания мощностью 100 Вт, рассчитанная на напряжение 36 вольт, и нам по какой-то невероятной причине необходимо запитать ее от бытовой сети 220 вольт. Лампе необходим эффективный ток, равный:

Тогда емкость необходимого гасящего конденсатора окажется равна:

Имея такой конденсатор, мы обретаем надежду получить нормальное свечение лампы, рассчитываем, что она по крайней мере не перегорит. Такой подход, когда мы исходим из эффективного значения тока, приемлем для активных нагрузок, таких как лампа или обогреватель.

Но что делать, если нагрузка нелинейна и включена через диодный мост? Допустим, необходимо зарядить свинцово-кислотный аккумулятор. Что тогда? Тогда зарядный ток окажется для батареи пульсирующим, и его значение будет меньше эффективного значения:

Иногда радиолюбителю может быть полезным источник питания, в котором гасящий конденсатор включен последовательно с диодным мостом, на выходе которого имеется в свою очередь конденсатор фильтра значительной емкости, к которому присоединена нагрузка постоянного тока. Получается своеобразный бестрансформаторный источник питания с конденсатором вместо понижающего трансформатора:

Здесь нагрузка в целом будет нелинейной, а ток станет уже далеко не синусоидальным, и вести расчеты необходимо будет несколько иначе. Дело в том, что сглаживающий конденсатор с диодным мостом и нагрузкой внешне проявят себя как симметричный стабилитрон, ведь пульсации при значительной емкости фильтра станут пренебрежимо малыми.

Когда напряжение на конденсаторе будет меньше какого-то значения — мост будет закрыт, а если выше — ток пойдет, но напряжение на выходе моста расти не будет. Рассмотрим процесс более подробно с графиками:

В момент времени t1 напряжение сети достигло амплитуды, конденсатор C1 также заряжен в этот момент до максимально возможного значения минус падение напряжения на мосте, которое будет равно приблизительно выходному напряжению. Ток через конденсатор C1 равен в этот момент нулю. Далее напряжение в сети стало уменьшаться, напряжение на мосте — тоже, а на конденсаторе C1 оно пока не изменяется, да и ток через конденсатор C1 пока что нулевой.

Далее напряжение на мосте меняет знак, стремясь уменьшиться до минус Uвх, и в тот момент через конденсатор C1 и через диодный мост устремляется ток. Далее напряжение на выходе моста не меняется, а ток в последовательной цепочке зависит от скорости изменения питающего напряжения, словно к сети подключен только конденсатор C1.

Читайте также  Как рассчитать мощность трансформатора по нагрузке?

По достижении сетевой синусоидой противоположной амплитуды, ток через C1 опять становится равным нулю и процесс пойдет по кругу, повторяясь каждые пол периода. Очевидно, что ток течет через диодный мост только в промежутке между t2 и t3, и величину среднего тока можно вычислить, определив площадь закрашенной фигуры под синусоидой, которая будет равна:

Если выходное напряжение схемы достаточно мало, то данная формула приближается к полученной ранее. Если же выходной ток положить равным нулю, то получим:

То есть при обрыве нагрузки выходное напряжение станет равно амплитуде сетевого. Значит следует применять такие компоненты в схеме, чтобы каждый из них выдержал бы амплитуду напряжения питания.

Кстати, при снижении тока нагрузки на 10%, выражение в скобках уменьшится на 10%, то есть напряжение на выходе увеличится примерно на 30 вольт, если изначально имеем дело, скажем, с 220 вольтами на входе и с 10 вольтами на выходе. Таким образом, использование стабилитрона параллельно нагрузке строго обязательно.

А что если выпрямитель однополупериодный? Тогда ток необходимо рассчитывать по такой формуле:

При небольших значениях выходного напряжения ток нагрузки станет вдвое меньшим, чем при выпрямлении полным мостом. А напряжение на выходе без нагрузки окажется вдвое большим, так как здесь мы имеем дело с удвоителем напряжения.

Итак, источник питания с гасящим конденсатором рассчитывается в следующем порядке:

Первым делом выбирают, каким будет выходное напряжение.

Затем определяют максимальный и минимальный токи нагрузки.

Далее определяют максимум и минимум напряжения питания.

Если ток нагрузки предполагается непостоянный, стабилитрон параллельно нагрузке обязателен!

Наконец, вычисляют емкость гасящего конденсатора.

Для схемы с двухполупериодным выпрямлением, для сетевой частоты 50 Гц, емкость находится по следующей формуле:

Полученный по формуле результат округляют в сторону емкости большего номинала (желательно не более 10%).

Следующим шагом находят ток стабилизации стабилитрона для максимального напряжения питания и минимального тока потребления:

Для однополупериодной схемы выпрямления гасящий конденсатор и максимальный ток стабилитрона вычисляют по следующим формулам:

Выбирая гасящий конденсатор, лучше ориентироваться на пленочные и металлобумажные конденсаторы. Конденсаторы пленочные небольшой емкости — до 2,2 мкф на рабочее напряжение от 250 вольт хорошо работают в данных схемах при питании от сети 220 вольт. Если же вам нужна большая емкость (более 10 мкф) — лучше выбрать конденсатор на рабочее напряжение от 500 вольт.

Схема подключения светодиода к сети 220 вольт

Светоиндикация – это неотъемлемая часть электроники, с помощью которой человек легко понимает текущее состояние прибора. В бытовых электронных устройствах роль индикации, выполняет светодиод, установленный во вторичной цепи питания, на выходе трансформатора или стабилизатора. Однако в быту используется и множество простых электронных конструкций, неимеющих преобразователя, индикатор в которых был бы нелишним дополнением. Например, вмонтированный в клавишу настенного выключателя светодиод, стал бы отличным ориентиром расположения выключателя ночью. А светодиод в корпусе удлинителя с розетками будет сигнализировать о наличии его включения в электросеть 220 В.

Ниже представлено несколько простых схем, с помощью которых даже человек с минимальным запасом знаний электротехники сможет подключить светодиод к сети переменного тока.

Схемы подключения

Светодиод – это разновидность полупроводниковых диодов с напряжением и током питания намного меньшим, чем в бытовой электросети. При прямом подключении в сеть 220 вольт, он мгновенно выйдет из строя. Поэтому светоизлучающий диод обязательно подключается только через токоограничивающий элемент. Наиболее дешевыми и простыми в сборке является схемы с понижающим элементом в виде резистора или конденсатора.

Важный момент, на который нужно обратить внимание при подключении светодиода в сеть переменного тока – это ограничение обратного напряжения. С этой задачей легко справляется любой кремниевый диод, рассчитанный на ток не менее того, что течет в цепи. Подключается диод последовательно после резистора или обратной полярностью параллельно светодиоду.

Существует мнение, что можно обойтись без ограничения обратного напряжения, так как электрический пробой не вызывает повреждения светоизлучающего диода. Однако обратный ток может вызвать перегрев p-n перехода, в результате чего произойдет тепловой пробой и разрушение кристалла светодиода.

Вместо кремниевого диода можно использовать второй светоизлучающий диод с аналогичным прямым током, который подключается обратной полярностью параллельно первому светодиоду.

Отрицательной стороной схем с токоограничивающим резистором является необходимость в рассеивании большой мощности. Эта проблема становится особо актуальной, в случае подключения нагрузки с большим потребляемым током. Решается данная проблема путем замены резистора на неполярный конденсатор, который в подобных схемах называют балластным или гасящим.

Включенный в сеть переменного тока неполярный конденсатор, ведет себя как сопротивление, но не рассеивает потребляемую мощность в виде тепла.

В данных схемах, при выключении питания, конденсатор остается не разряженным, что создает угрозу поражения электрическим током. Данная проблема легко решается путем подключения к конденсатору шунтирующего резистора мощностью 0,5 ватт с сопротивлением не менее 240 кОм.

Расчет резистора для светодиода

Во всех выше представленных схемах с токоограничивающим резистором расчет сопротивления производится согласно закону Ома: R = U/I, где U – это напряжение питания, I – рабочий ток светодиода. Рассеиваемая резистором мощность равна P = U * I. Эти данные можно рассчитать при помощи онлайн калькулятора.

Важно. Если планируется использовать схему в корпусе с низкой конвекцией, рекомендуется увеличить максимальное значение рассеиваемой резистором мощности на 30%.

Расчет гасящего конденсатора для светодиода

Расчёт ёмкости гасящего конденсатора (в мкФ) производится по следующей формуле: C = 3200*I/U, где I – это ток нагрузки, U – напряжение питания. Данная формула является упрощенной, но ее точности достаточно для последовательного подключения 1-5 слаботочных светодиодов.

Важно. Для защиты схемы от перепадов напряжения и импульсных помех, гасящий конденсатор нужно выбирать с рабочим напряжением не менее 400 В.

Конденсатор лучше использовать керамический типа К73–17 с рабочим напряжением более 400 В или его импортный аналог. Нельзя использовать электролитические (полярные) конденсаторы.

Это нужно знать

Главное – это помнить о технике безопасности. Представленные схемы питаются от 220 В сети переменного тока, поэтому требуют во время сборки особого внимания.

Подключение светодиода в сеть должно осуществляться в четком соответствии с принципиальной схемой. Отклонение от схемы или небрежность может привести к короткому замыканию или выходу из строя отдельных деталей.

При первом включении, сборки рекомендуется дать поработать некоторое время, чтобы убедиться в ее стабильности и отсутствии сильного нагрева элементов.

Для повышения надёжности устройства рекомендуется использовать заранее проверенные детали с запасом по предельно допустимым значениям напряжения и мощности.

Собирать бестрансформаторные источники питания следует внимательно и помнить, что они не имеют гальванической развязки с сетью. Готовая схема должна быть надёжно изолирована от соседних металлических деталей и защищена от случайного прикосновения. Демонтировать её можно только с отключенным напряжением питания.

Небольшой эксперимент

Чтобы немного разбавить скучные схемы, предлагаем ознакомится с небольшим экспериментом, который будет интересен как начинающим радиолюбителям, так и опытным мастерам.

Falconist. Мемуары

Ещё один конденсаторный балласт для LED-ламп

Запись опубликована Falconist · 18 сентября 2018

Читайте также  Как рассчитать трехфазный автомат по мощности?

6 807 просмотров

Описываемое ниже техническое решение, в принципе, составляет предмет изобретения, т.к. его аналоги мне не встречались. Однако, по зрелому размышлению, поскольку оно не устраняет всех недостатков конденсаторных балластов для светодиодных ламп, то и не заслуживает оформления в виде отдельной статьи. В то же время, сам принцип представляется достаточно оригинальным и может быть основой для дальнейших разработок в этом направлении.

Балласты для светодиодных ламп на гасящем конденсаторе, имеют существенный недостаток, перечеркивающий их положительные качества (простота и дешевизна). Он заключается в протекании экстра-токов через нагрузку (светодиоды) при подаче питающего напряжения в произвольный момент сетевой синусоиды. Результатом этого является сгорание светодиодов и выход лампы из строя. Типичная схема такого балласта приведена ниже:

Известны способы коррекции этой проблемы путем встраивания стабилизатора тока между гасящим конденсатором и светодиодами ( http://forum.cxem.net/index.php?/topic/144027-модернизация-светодиодной-лампы/ ; http://kazus.ru/forums/showthread.php?t=107959 ). Решение само по себе неплохое, поэтому по сути своей критике не подвергается, а вместо него предлагается альтернативный вариант, заключающийся в принципиальном устранении возможности подачи напряжения питания в любой другой момент сетевой синусоиды, кроме момента ее перехода через ноль.

Обеспечивается это применением оптоизолятора серии MOC30xx со встроенным детектором нуля сетевого напряжения. Схема приведена ниже:

При сравнении ее с приведенной выше «типичной» схемой, видно, что добавлены три детали: оптоизолятор U1, резистор R4 и конденсатор C3.

Работает эта схема следующим образом. Сразу же после подачи напряжения питания оптосимистор оптрона (выводы 4-6) закрыт и конденсатор С2 начитает заряжаться через дополнительный конденсатор С3 относительно малой емкости. Когда напряжение на нем достигнет порога открывания светодиода оптрона (выводы 1-2), оптотиристор откроется в начале следующей полуволны сетевого напряжения и напряжение питания начнет поступать на нагрузку (светодиоды) через «основной» конденсатор С1.

Для данной схемы совершенно спокойно подходят также оптроны MOC3043 и MOC3083. Важно только, чтобы в конце маркировки стояла «тройка», означающая, что для полного открывания достаточно всего 5 мА тока через светодиод. Хотя в настоящее время оптроны MOC304х, позиционируются, как для применения при напряжении питания 120. 127 В, но в начале 2000-х предназначались для сетей с напряжением 220. 240 В. А оптроны MOC308х, очевидно, избыточны. Аналогично дело обстоит и с оптронами MOC302х В сценических осветителях для галогенных ламп 500 Вт моей разработки уже почти 15 лет успешно работают оптроны MOC3023 без единого «вылета».

Схема апробирована «в железе» на подопытной «кошке» — светодиодной лампе «кукуруза» с вышедшим из строя и перемкнутым одним светодиодом (фото выполнено в процессе переделки):

Запитывалась она от сетевого напряжения через реле, управляемое импульсным коммутатором, работающим с частотой около 0,5 Гц, в течение всего воскресного дня (около 10 часов). По поводу мигания на балконе пришлось выдержать войнушку с женой , но консенсус (помещение в светонепроницаемую коробку) был достигнут и эксперимент завершился успешно, а именно, лампа выдержала более 15000 включений/выключений, не выйдя при этом из строя. Что и требовалось доказать.

Я прекрасно понимаю недостатки этой схемы, а именно, повышенный уровень пульсаций светового потока (с конденсатором С2 емкостью 10 мкф):

а также недостаточную защиту от импульсных помех, накладывающихся на сетевую синусоиду. В то же время, дребезг сухих контактов для нее не страшен — оптосимистор при прекращении протекания тока через него запирается и открывается снова только в начале следующего полупериода.

Естественно, лампы с подобным уровнем пульсаций светового потока крайне не рекомендую для применения в жилых и рабочих помещениях, если важны здоровые глаза (жилые комнаты, кухня, рабочий стол и т.п.), однако, вполне приемлемы в подсобных помещениях (прихожая, туалет, ванная, лестничная клетка и т.п.).

Светлый угол — светодиоды

. форум о светодиодах и свете

  • Список форумовСВЕТОДИОДЫ — практическое применениеПитание и подключение светодиодов
  • Изменить размер шрифта
  • Для печати
  • FAQ
  • Регистрация
  • Вход

Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skalinas » 09 фев 2013, 15:06

Выкладываю файл расчета для схемы с гасящим конденсатором.
Для точного расчета необходимо точно знать напряжение на светодиоде при заданном токе.
Подставляем: количество светодиодов, напряжение на одном светодиоде, емкость гасящего конденсатора С1 (брать от 0,1мкФ до 10мкФ), токоограничительное сопротивление R1 и площадь вашего радиатора (считать всю поверхность радиатора которая соприкасается с воздухом). Получаем средний ток и общую среднюю мощность на светодиодах. Если мощность превысит больше 1Вт на 55см, то ячейка заливается красным цветом –нужно увеличивать общую площадь радиатора. R3 можно не ставить – при увеличении резистора на нем возрастает выделяемая мощность и уменьшается пульсации света. С2 можно брать в пределах 10-470мкФ.

В зеленые ячейки можно вводить данные, остальные закрыты.

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Дилетант » 09 фев 2013, 15:17

Нормальный продукт.

Может, как-то сделать отличающимися ячейки, в которых можно задавать данные, и неизменяемые ячейки, чтобы сразу видно было. И сделать пометку, куда кликать для рассчета.

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Dimus » 09 фев 2013, 15:49

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Дилетант » 09 фев 2013, 15:58

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Алекс78 » 09 фев 2013, 16:03

Полезная темка однако. Осталось только запроектировать, собрать и сверить практические результаты с расчетными.. я2ццйффйё2ЁЙФЦЫЙЯ

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skalinas » 09 фев 2013, 16:38

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

Dimus » 09 фев 2013, 17:56

Конденсаторы лежат в магазине, при расчете выбирается ближайший из ряда, который потом покупается

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skalinas » 09 фев 2013, 19:51

В том то и дело, что в магазине не всегда есть те кондеры что нужны. Я не программист, расчет делал под себя и мне этого достаточно.
По поводу «искрения», уверяю вас, что резистор горит и диодный мостик взрывается легко! А светики как правило живые остаются, если конечно через них не поперло 220В, это когда замкнет диодный мостик соответственно.
Если будут предложения или конкретные замечания — исправлю и выложу.
Не качалось — заменил на другой файл для 19 светиков (был для 3шт на ток 0,35А).

Кому интересно, сделал себе лампу на 9Вт, 33 светодиода (самсунг), 2мкФ — работает отлично. Ни чем не хуже, чем с обратноходовым драйвером. Единственно есть пульсации света, которые глазами не видно, только через фотоаппарат. Думаю, дополнительно прилепить генератор тока на транзисторах.
Когда будите подбирать кондер С1, смотрите, что бы максимальный ток (I пиковый, для 240В) через светодиоды не превышал разрешенный к применению для светодиодов.

Не правильно выше привел расчет для R1, нужно считать так. R1=(620В/30)*1,2 – где 1,2. 2 запас прочности, получается минимальное значение резистора порядка 24Ом.

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

изобретатель » 09 фев 2013, 20:41

Читайте также  Как рассчитать вводной автомат по мощности?

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skalinas » 09 фев 2013, 22:25

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

za50l » 11 фев 2013, 12:49

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skalinas » 15 фев 2013, 13:23

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

NowLex » 21 мар 2013, 12:19

48мА.
Получается, для 16мА нужно где-то 0.33мкФ.
Для успокоения можно поставить стабилитрон параллельно выходному конденсатору на нужное напряжение.

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

изобретатель » 21 мар 2013, 12:30

Re: Схема с гасящим конденсатором, расчет.

skleptik » 08 апр 2013, 10:40

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: