Схема подключения светодиодной ленты к сети 220В

Осветительные приборы в большинстве случаев питают от бытовой электрической сети 220 В. Из альтернативных вариантов можно упомянуть, пожалуй, лишь светотехнические устройства, подключаемые к бортсети автомобилей или мотоциклов. В остальных случаях в начале схемы электроснабжения светодиодной ленты всегда находится источник переменного напряжения на 220 вольт, будь это бытовая розетка или распределительный щит. На практике существуют различные варианты подключения LED-светильников, которые зависят от параметров осветительного прибора.

Особенности ленты на 220 В

Самый тривиальный вариант – применение ленты, рассчитанной на полное напряжение сети. Однако напрямую подсоединять светильник к бытовой сети крайне нежелательно. Хотя светоизлучающие элементы обладают односторонней проводимостью и светятся во время положительной полуволны синусоиды, во время отрицательной к ним прикладывается напряжение обратной полярности. Светодиоды не рассчитаны на работу в качестве высоковольтных выпрямителей, поэтому обратное напряжение для них будет слишком велико, а время жизни элементов — мало. Включать LED-ленту в работу следует через выпрямитель – лучше через собранный по мостовой (двухполупериодной схеме).

Обратной стороной использования высокого напряжения при равной мощности является пониженный ток, поэтому отрезки полотна можно соединять последовательно суммарной длиной до 100 м (низковольтные светильники – до 5 м). Также плюсом служит возможность для соединения применить проводники пониженного сечения, но не в ущерб механической прочности.

Для регулирования яркости можно применить диммер – он включается до выпрямителя. Светорегулятор может быть как ручным с поворотной клавишей, так и с дистанционным управлением.

Низковольтная лента

Если по местным условиям применить светильник на 220 вольт невозможно, придется использовать ленты на напряжение 5/12/24/36 вольт. И здесь имеются различные варианты подключения к бытовой сети.

Блок питания

Самый очевидный вариант – эксплуатация осветительного прибора совместно с блоком питания на соответствующее напряжение. Громоздкие и неэкономичные источники, построенные по классической схеме с понижающим трансформатором, давно вытеснены из сферы LED-освещения легкими и мощными импульсными блоками. Поэтому выбор БП производится, в основном, по двум параметрам:

• выходное напряжение;
• максимально допустимая мощность нагрузки.

Первая характеристика подбирается просто: напряжение должно соответствовать напряжению ленты. Вторая зависит от нагрузки и вычисляется по формуле Рбп=Руд*L*K, где:

• Руд – мощность, потребляемая одним метром полотна;
• L – общая длина отрезков ленты;
• К – коэффициент запаса, равный 1,2..1,4.

Полученный результат округляется в большую сторону до ближайшего стандартного значения. Если на блоке питания указана не мощность, а наибольший допустимый ток, его можно пересчитать в мощность по формуле Рбп=Imax*Uвых.

С балластным элементом

Подключение светодиодной ленты к сети 220 В без блока питания возможно, но нежелательно из соображений безопасности. Каждая точка цепи будет находиться под полным сетевым напряжением, поэтому все манипуляции надо производить при полном отключении ленты. Но если более безопасные варианты недоступны, можно подключить к сети через резистор, который погасит излишек напряжения. Его номинал выбирают так, чтобы при рабочем токе (определяемым мощностью светильника) на нем падала разница между напряжением сети и номинальным напряжением ленты:

Rб=(Uсети-Uном)/( Iном), где:

• Rб – значение балластного сопротивления;
• Uсети – сетевое напряжение;
• Uном – номинальное напряжение ленты;
• Iном – номинальный ток ленты, вычисляемый по формуле Руд*L /Uном.

Если задаться значениями номинального напряжения ленты 5 вольт, мощностью 1 метра полотна 10 Вт и общей длиной 5 м, можно вычислить значение Rб:

Rб=(310-5)/((10*5)/5)=305/10=30,5 Ом. Можно взять ближайший стандартный номинал 33 Ом. На первый взгляд, такое подключение намного дешевле и проще, чем с блоком питания.

На самом деле, все не так радужно. Для начала надо посчитать мощность, рассеиваемую на балласте, как ток, умноженный на напряжение (здесь берется действующее значение напряжения 220 В):

Рб=Iном*220В = 10А*220В=2200 Вт. Найти резистор такой мощности сложно, да и габариты у него будут соответствующие. И с ростом мощности полотна расчетное сопротивление будет падать, а рассеиваемая (впустую!) мощность – расти, поэтому такой способ применим только для маломощных светильников. Эту проблему можно обойти применением в качестве балласта конденсатора вместо резистора. Его емкость рассчитывается по приведенной формуле:

С=4,45 (Uсети-Uном)/( Iном), где С – емкость в мкФ.

Конденсатор должен быть рассчитан на напряжение не менее 400 В, а в схему надо добавить два резистора:

• R1 – сопротивлением в несколько сот килоом для разрядки конденсатора после выключения;
• R2 – для ограничения тока заряда в момент включения, его номинал может составлять несколько десятков Ом.

Но эта проблема не единственная:

1. Упоминалось о вопросах с электробезопасностью при эксплуатации лент с таким подключением. Поэтому запитать таким образом можно лишь ленту в силиконовой оболочке, а места соединений должны быть тщательно изолированы. И совсем плохой идеей будет применить такое подключение во влажных помещениях (бассейнах, банях, аквариумах).

   

2. Расчет верен только для определенной ленты заданной длины. При любой замене или изменении длины полотна балласт надо пересчитать заново.
3. Напряжение в сети в нормальном режиме может отклоняться в пределах 5%, максимально допустимым считается 10%. Также точность самых распространенных резисторов составляет 10%. С учетом разброса параметров лент относительно заявленных, напряжение на ленте (и ток через светодиоды) может значительно отличаться от расчетных, даже если уточнить расчеты фактическими замерами – просто по причине колебаний напряжения сети. Итогом может стать с одной стороны снижение яркости свечения, с другой – выход светильника из строя из-за сверхтока. Эта проблема проявляется тем отчетливей, чем ниже напряжение питания ленты. При применении конденсатора проблема лишь усугубляется, потому что ряд номиналов емкостей реже, чем ряд сопротивлений, а фактическая точность ниже.
4. При применении диммера для регулирования яркости или контроллера для управления цветом свечения RGB-лент ток через светодиоды будет изменяться, одновременно будет меняться падение напряжения на балласте, что также усугубит нестабильность падения напряжения на ленте синхронно с изменением тока. Поэтому применение устройств для регулирования интенсивности излучения исключено.

По совокупности проблем такое подключение надо применять лишь при полной невозможности использования блока питания на соответствующее напряжение.

Если применяется несколько отрезков полотна общей длиной более 1 метра, их надо соединять параллельно. В противном случае проводники ленты не смогут выдержать общего тока системы освещения. Еще лучше рассчитать балласт для каждого отрезка раздельно. При необходимости замены пересчету будет подлежать только заменяемое полотно. Диодный мост должен с запасом выдерживать суммарный ток всех отрезков ленты.

Характерные ошибки при подключении

При подключении ленты к сети через блок питания самой распространенной ошибкой является неверный расчет мощности. Поэтому при первом включении идеальным вариантом будет замерить фактический потребляемый ток с помощью амперметра, пересчитать его в мощность и сравнить с максимальной мощностью источника питания. Эту процедуру надо сделать в обязательном порядке, если при включении блок питания начинает издавать нехарактерные звуки, появляются признаки чрезмерного нагрева и т.д.

При применении источника питания очень желательно предусмотреть коммутационный аппарат со стороны входа и со стороны выхода. С высокой стороны отключение может производиться простым выключением вилки из розетки. В случае неразъемного соединения должна быть возможность снять напряжение со входа отключением автоматического выключателя (он должен быть всегда!).

Соблюдать фазировку (подключение нуля и фазы к соответствующим клеммам БП) не обязательно, на работоспособность это никак не влияет – на входе импульсного блока питания стоит выпрямитель. Но разрывать при коммутации надо фазный проводник или фазный и нулевой одновременно (при подключении через розетку это выполняется само по себе). Заземляющий провод (PE) при его наличии надо подключать всегда – только так обеспечивается безопасность эксплуатации. Разрывать защитное заземление нельзя.

При бестрансформаторном подключении важность замера фактического тока еще важнее. Но вместо этого при первом включении можно замерить фактическое напряжение на контактных площадках ленты. Если оно сильно отклоняется от номинала, надо подкорректировать номинал балласта в соответствующую сторону. Если напряжение на потребителе ниже необходимого, то нужно уменьшить номинал резистора или увеличить емкость конденсатора. Если напряжение выше – поступить наоборот. Замер надо делать с соблюдением всех предосторожностей, не дотрагиваясь до неизолированных частей щупов мультиметра.

Также для низковольтных лент ошибкой может стать применение соединительных проводников сечением меньше потребного при существующем токе. При эксплуатации надо обращать внимание на температуру проводов (идеально, если для этой цели имеется пирометр, тепловизор или другая диагностическая техника). Если наблюдается повышенный нагрев, надо заменить проводники на более толстые. Чтобы не допустить ошибки изначально, можно воспользоваться таблицей сечений.

Сечение медного проводника, кв.мм	0,5	0,75	1	1,5	2
Максимально допустимый ток при открытой прокладке, А	11	15	17	23	26

Подключить светодиодную ленту к 220 В можно различными способами. Но оптимальным путем все же является применение импульсного источника питания. Все остальные методы являются альтернативой в безвыходных случаях.