Как устроена светодиодная лента — принцип действия и схема

Основные технические характеристики светодиодных лент

Различие светодиодных лент выражается не только в их герметичности и цвете светодиодов, но и в зависимости от других технических параметров

Чтобы выбрать ленту, которая будет максимально соответствовать поставленным задачам, важно знать на какие характеристики стоит обратить внимание. К параметрам относят напряжение питания, вид и размер применяемых светодиодов, плотность размещения светодиодов на ленте, длину, класс герметичности и другие свойства. Рассмотрим каждый из них подробнее

Рассмотрим каждый из них подробнее

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Напряжение питания

Светодиодные ленты чаще всего имеют напряжение 12, 24 или 36 В. 12 вольт используют стандартные ленты, которые не имеют большой мощности и плотности светодиодов. Более мощные устройства работают с напряжением 24 В, реже 36 В.

Вне зависимости от того, какое напряжение (12 – 36 В) использует прибор, для работы в стандартных электрических сетях 220 В, они комплектуются специальными понижающими трансформаторами. Если подать на светодиодную ленту напряжение сети напрямую, такая лента, естественно, сгорит

Поэтому, при подключении светодиодных устройств, важно понимать с каким напряжением работает подключаемая лента

Вид и размер применяемых светодиодов

Вид и размер светодиодов, которые устанавливают на лентах, обозначаются четырехзначными числами. Две первые цифры обозначают длину светодиода в миллиметрах, а вторые – его ширину. По виду, светодиоды бывают:

• 3528 – имеют небольшой световой поток (около 5 лм на светодиод) и применяются в декоративных целях, так как не светят достаточно ярко. • 5050 (5060) – распространенный тип светодиодных лент, который отличается крупным размером светодиодов и выдает свечение в 12-14 лм на один светодиод. • 2835 – ленту с такими диодами применяют для организации основного освещения, так как они имеют высокую яркость (около 25 лм), а вот в декоре такие варианты практически не применяют. • 5630 – самые яркие светодиоды, которые используют для освещения всех типов помещений. Диоды могут выдавать до 75 лм и при работе сильно нагреваются. Для защиты от перегрева их монтируют на специальных теплоотводящих пластинах из алюминия или другого теплопроводного материала.

Плотность размещения светодиодов на ленте

Качество и яркость освещения при использовании светодиодных лент связано с плотностью монтажа светодиодов

Другими словами, при покупке светодиодной ленты, нужно обратить внимание на количество светодиодов в погонном метре ленты. Стандартные изделия имеют плотность в 30, 60, 90, 120 или 240 светодиодов на один метр длины. Некоторые производители выпускают варианты лент со светодиодами, расположенными в несколько рядов

Это характерно для светодиодных лент типа «бегущий огонь» и других разноцветных лент

Некоторые производители выпускают варианты лент со светодиодами, расположенными в несколько рядов. Это характерно для светодиодных лент типа «бегущий огонь» и других разноцветных лент.

Главное правило здесь очевидно: чем больше плотность светодиодов на ленте, тем выше яркость ленты и больше возможности в управлении цветом.

Степень защиты

Герметичность светодиодной ленты – важное условие для монтажа в помещениях с повышенной влажностью, бассейнах, а также на улице. Существует показатель, который обозначает степень защищенности прибора от проникновения влаги или пыли внутрь корпуса устройства или прямое воздействие на электронные компоненты. В маркировке светодиодной ленты он указывается английскими буквами «IP» и двумя цифрами

В маркировке светодиодной ленты он указывается английскими буквами «IP» и двумя цифрами.

Первая цифра обозначает степень защиты от воздействия пыли и других частиц, вторая о защите от воды. Чем больше каждая цифра – тем существеннее защита светодиодной ленты. Максимальная защита от пыли и влаги обозначается маркировкой IP68. Исходя из условий эксплуатации ленты выбирают её степень защиты. Например, в жилых помещениях с нормальной влажностью применяют ленты IP20 (то есть, не имеющие защиты), для улицы подойдет класс IP55, а вот в бассейнах используют IP67 или IP68.

Сколько это работает

Чтобы рассчитать, сколько батареек нам нужно и на какое время их хватит, ищем количество потребляемого светодиодами тока. Эта величина отличается у разных видов оборудования и указана в документации. Количество бывает обозначено как из расчета на один светодиод, так и на единицу длины.

Подсчитав общее количество потребляемого тока, выбираем элементы питания необходимой емкости. Литиевые аккумуляторы 18650 имеют емкость 2600 мА/час — при потреблении 2600 мА (или 2,6 А) они могут обеспечить непрерывный свет в течение часа. Пять метров диодной ленты на 30 диодов, в зависимости от спецификации, могут потреблять ток в 1-3 А, на час-полтора эксплуатации для них потребуется два аккумулятора 18650.

Качество и время работы зависят от аккуратности пайки или используемых коннекторов.

Достоинства и недостатки светодиодов

Плюсы

  • Высокая механическая и вибрационная стойкость.
  • Небольшой разогрев.
  • Маленькие габаритные размеры, легкий
  • Долговечность.
  • Низкое энергопотребление и мощность.
  • Возможность регулирования интенсивности свечения.
  • Высокие декоративные качества: разнообразие цветов и оттенков свечения.
  • Безынерционность: включаются сразу на полную мощность.
  • Возможность работы при низких температурах.
  • Низкая цена индикаторных светодиодов.
  • Безопасность: низкие рабочие значения напряжения и тока.

Минусы

  • Высокая цена SMD.
  • Ухудшения со временем качества кристалла: чем дольше светодиод работает, тем он тусклее.
  • Повышенные требования к источнику питания.
  • Недопустимы даже небольшие превышения минимальных и максимальных значений электрических параметров.

Устройство светодиода.

Led-диод состоит из полупроводникового кристалла, который закреплен на подложке, корпуса с контактами и оптической системы.

Устройства индикаторных (DIP), плоских (SMD) и СОВ элементов различаются снаружи. 

Конструктивное устройство DIP.

DIР-светодиод в разрезе.

В основании прибора монтируются контакты. Кристалл (один или несколько) закреплен на катоде. К кристаллу присоединяется проволока. Она соединяет полупроводники с анодом. Это необходимо для группировки двух проводников с различными типами проводимости. Сверху led-элемент герметично покрывается линзой. Корпус устройства изготавливается в виде цилиндра из эпоксидной смолы, край которого обрезан со стороны катода. Монтаж led-элемента происходит путем пайки длинных выводов.

Конструктивное устройство SMD.

SMD-светодиод в разрезе.

Корпус изготавливается параллелепипедом. Его основа – теплоотвод от кристалла. На  нее монтируется полупроводниковый элемент. Контактный провод соединяет его с анодом. Контакты выполняются плоскими. Сверху элемент герметично накрывается линзой.

Конструктивное устройство СОВ.

COB-технология – новейшее направление в производстве.

Такие светоизлучающие диоды имеют в основании теплопроводящую подложку (обычно алюминиевую). На нее непроводящим клеем закрепляют полупроводниковые кристаллы, которые объединены по последовательно-параллельной схеме. Сверху все покрывается люминофором.

Такой тип led легко монтируется, выдает хороший световой поток и не искажает цвета. Востребованы в производстве небольших, ярких прожекторов и декоративной подсветки. В отличие от DIP и SMD способны работать при повышенных температурах. Но из-за своего устройства имеют меньший срок эксплуатации по сравнению.

Если на одной подложке смонтировано множество кристаллов, то такой led-элемент называется светодиодной матрицей.

Конструктивное устройство PCB Star.

Состоит из одного большого кристалла, который монтируется на алюминиевую подложку в форме звезды. За счет увеличенной площади кристалла повышается мощность светодиода. Упрощается его фокусировка. Поэтому РCB Star востребованы в производстве ярких источников света: от фонариков до прожекторов.

Питание от батарейки

Если покупка аккумулятора – дорогое удовольствие, а заряжать его негде, то заставить светодиодную ленту светиться можно с помощью батареек. Рассмотрим 3 наиболее распространённых варианта подключения.

Вариант №1 предусматривает использование 6 пальчиковых батареек на 1,5 В, соединённых последовательно. Почему именно 6 штук? Потому что светодиодная лента даже при питании от 9В будет работать примерно в половину своей мощности. Во-первых, такого уровня света от ленты вполне хватит для подсветки чего-либо. Во-вторых, через светодиоды будет протекать вдвое меньший ток (нелинейность ВАХ), что позволит значительно продлить срок службы батареек. Но при желании можно увеличить количество элементов питания до 8.

Собрать схему светодиодной подсветки на батарейках можно двумя способами:

  • с помощью коротких проводков все батарейки запаивают между собой последовательно, скрепляют их изолентой и к крайнему «+» и «–» припаивают два провода для подключения светодиодной ленты;
  • в кассету (контейнер) вставляют 6 батареек, соблюдая указанную полярность. Провода, выходящие из кассеты, вместе со светодиодной лентой зажимают в коннекторе.

Ёмкость батарейки типа АА примерно в 2 раза больше, чем у батарейки ААА того же производителя.

Вариант №2 предполагает использование в схеме питание от одной 9 В батарейки «Крона». Ёмкость щелочной кроны примерно равна 0,5-0,6 А*ч. Это значит, что, например, лента на SMD 3528 длиной 30 см будет непрерывно светить в течение 5 часов. Крону часто используют для светодиодного тюнинга велосипеда.

Вариант №3 подразумевает совместное использование аккумулятора от телефона (смартфона) и повышающего преобразователя до 12 вольт. В такой комплектации светодиодная подсветка имеет несколько весомых плюсов:

  • надёжность и долговечность;
  • компактность (размер конвертера соизмерим с flash-накопителем);
  • приемлемая стоимость (конвертер 3,7 В-12 В – 2$, батарея – 10$);
  • аккумулятор легко зарядить от смартфона или зарядного устройства, а его ёмкость достигает 2000 мА*ч;
  • светоизлучающие диоды светят на полную яркость.

К конвертеру можно подключать батарейки и аккумуляторы любого типа. Главное, чтобы их напряжение совпадало с входным напряжением конвертера.

Мощность адресной светодиодной ленты

Мощность адресной цветной светодиодной ленты зависит от плотности размещения светодиодов на ленте и от длины ленты. Драйверы, которые управляют светодиодами, потребляют настолько мало, что при расчетах их можно не учитывать.

Каждый цветной светодиод на ленте потребляет в среднем около 60 мА, это примерно 20 мА на каждый цвет. Зная количество светодиодов, размещенных на одном метре ленты, можно легко подсчитать общую мощность подключенной ленты.

В светодиодной ленте на 5В все светодиоды подключены параллельно. Если взять для примера один метр адресной светодиодной ленты с плотностью светодиодов 60 штук на метр, то общий потребляемый ток такой ленты составит 3.6А. Это обязательно нужно учитывать при выборе блока питания.

Способы подключения светодиодной ленты к источнику питания

Светодиодная лента обычно поставляется намотанной на катушки отрезками длиной пять метров с припаянными на внешнем конце короткими проводами, как на фотографии.

Для защиты места пайки контактных площадок светодиодной ленты от внешних воздействий и из эстетических соображений их обычно сверху закрывают отрезком термоусаживающейся трубкой.

Подключение питания с помощью LED коннектора

При подготовке светодиодной ленты к установке, отрезок ленты длиной пять метров приходится разрезать на более короткие отрезки, исходя из размеров поверхностей или предметов, на которые лента будет устанавливаться. Поэтому возникает необходимость самостоятельного присоединения проводников к контактным площадкам.

Самым простым и быстрым способом присоединения проводов к контактным площадкам светодиодной ленты для ее питания является механический способ, с помощью специального LED коннектора, один из разновидностей которых Вы видите на фотографии. Достаточно приложить ленту контактными площадками к контактам коннектора и защелкнуть крышку. Но этот способ очень дорогой, так как цена одного коннектора сравнима со стоимостью полметра самой ленты и менее надежный, чем подключение с помощью пайки припоем. Не каждый домашний мастер захочет нести такие расходы, особенно если система освещения состоит не из одного отрезка светодиодной ленты, а множества.

Подключение питания способом пайки припоем

При самостоятельной подготовке к монтажу светодиодной системы освещения или подсветки дешевле и надежнее выполнить подключение проводов к светодиодной ленте методом пайки. При кажущейся на первый взгляд сложности, припайка проводов к контактам светодиодной ленты не сложней, чем любая другая пайка. Главное соблюдать технологию и паять паяльником с нагретым до требуемой температуры узким концом жала шириной около 2 мм. Искусству пайки паяльником на сайте посвящен ряд статей.

Отрезанный конец светодиодной ленты обычно приобретает вид, какой Вы видите на фотографии. Количество контактных площадок зависит от вида ленты. Например, RGB лента на фото имеет четыре контактных площадки и к каждой из них необходимо припаять отдельный проводник.

Для получения качественной пайки в обязательном порядке нужно подготовить спаиваемые поверхности, покрыв их слоем припоя. Посмотрев видеоролик, Вы убедитесь, что лудить контактные площадки светодиодной ленты не сложная работа.

Всего просмотров:
115572

Контактные площадки светодиодной ленты не являются исключением и прежде, чем припаять к ним провода, их тоже необходимо залудить, как показано на фотографии.

Далее необходимо залудить концы проводов. Для этого необходимо предварительно нарезать их на куски нужной длины и снять с концов изоляцию. Цвет изоляции проводов значения не имеет, просто, когда используют провода с разным цветом изоляции, то не нужно будет в дальнейшем заниматься их прозвонкой мультиметром. Снять изоляцию на пару миллиметров и залудить провода сложно. Поэтому изоляция снимается на 8-10 мм,а после залуживания концов проводов, они подрезаются бокорезами до длины трех миллиметров.

Теперь осталось приложить залуженные концы проводов к контактным площадкам и по очереди касанием каждой площадки жалом паяльника с каплей припоя в течение пару секунд получить пайку, как на фотографии. После пайки нужно внимательно осмотреть, не соприкоснулись ли капли припоя соседних площадок. Для уверенности в отсутствии короткого замыкания между соседними площадками желательно воспользоваться мультиметром.

Напряжение на контактах светодиодной ленты не превышает 24 В, поэтому место пайки можно не изолировать. Но, все же, лучше обернуть его пару витками изоляционной ленты или надеть термоусадочную трубку с последующим прогревом строительным феном.

Устройство

Самый базовый вариант блока питания 12 В для выполнения своей первоочередной функции – преобразования напряжения, должен иметь следующее устройство:

  1. Понижающий трансформатор, который имеет подходящую для поставленных целей мощность.
  2. Диодный мост, в состав которого обычно входят 4 идентичных друг другу светодиода, выполняющие задачи устройства, изменяющего переменное напряжение на постоянное.
  3. Конденсатор, обеспечивающий отсутствие провалов. Различаются по своей емкости, и чем этот показатель выше, тем предпочтительнее конденсатор. Выполняет роль сетевого фильтра и подавляет все помехи, которые образуются в сети. Если уровень помех слишком высок, то используется полупроводниковый элемент – варистор.
  4. Защитный корпус, внутрь которого убраны все перечисленные устройства, входящие в состав блока питания.

Характеристики изделий

Led ленты представляют собой длинные эластичные платы, на которых расположены контакты и диоды. Между ними имеется определенная дистанция. Чтобы ограничить силу тока, протекающего по системе, в конструкцию впаяны специальные резисторы.

Дизайнеры часто используют светодиоды для декора интерьера, зрительного расширения пространства комнаты, сокрытия световых источников при обустройстве разнообразных потолочных конструкций.

Существует несколько видов светодиодных конструкций. Некоторые из них:

  • Клеящиеся. Для фиксации изделия необходимо удалить с липкого слоя защитную пленку и изгибая ленту под нужным углом приложить ее к ровной поверхности.
  • Бесклеевые. Для крепежа используются специальные скобки из пластмассы.
  • Влагозащищенные востребованы при установке подсветки в помещениях, где имеются повышенные показатели влажности.
  • Герметичные нужны для осветительной системы в местах высокой влажности, а также в бассейнах.
  • Открытые. Используются для монтажа освещения под потолочной конструкцией или на стенах.
  • Многоцветные системы изменяют цветовые характеристики под действием специального элемента — контроллера.
  • Одноцветные (белые). Уровень их яркости можно отрегулировать специальным диммером.

В лед системах может быть разнообразное количество элементов подсветки различного типа. Самые востребованные устройства с маркировкой 3528 или 5050. Цифровые значения указывают на размер диодов: 3,5 на 2,8 мм или 5 на 5 мм. Первые оборудованы специальным корпусом из пластмассы с одним кристаллом. Последние также оснащены пластиковой конструкцией, в которой расположены три кристалла, поэтому они освещают гораздо ярче.

Ввиду небольшой стоимости и высокой способности отдавать свет изделия становятся популярными с каждым днем. Такие ленты функционируют в безопасном режиме со сниженными показателями тока. Этот фактор способствует увеличению эксплуатационного срока без утраты степени яркости. Они могут проработать 50 тысяч часов. Именно такие показатели заявлены производителем.

Вам это будет интересно Использование программ для расчета освещения

Достоинства конструкций

Для светодиодных систем характерно минимальное потребление электричества. Сейчас имеется множество типов с различными мощностными показателями от 4,8 до 14,4 Вт/мин и выше. Диоды выдают достаточно яркий свет, поэтому ими можно пользоваться не только для вспомогательной подсветки, но и в качестве основного источника света. Зачастую для этого применяют наиболее яркие ленты LED-ТED.

Светодиодная подсветка обладает рядом неоспоримых преимуществ по сравнению с другими системами освещения. Некоторые из них:

  • Длительный срок службы не менее 10 лет.
  • Освещение распределяется равномерно по площади всей комнаты.
  • Высокие показатели пожарной безопасности.
  • Свет остается ярким на протяжении всего эксплуатационного периода.
  • Экологически безопасные материалы в составе.
  • Минимальное потребление электричества.
  • Возможность фиксации ленты под различными углами.
  • Разнообразная цветовая палитра.
  • В составе светодиодов отсутствует ртуть.
  • Устойчивость к радиопомехам.
  • В комнату выделяется минимум тепловой энергии.

Ремонт светодиодной ленты

Светодиодные ленты выходят из строя очень редко, но иногда такое случается. Если не горит вся лента, то, скорее всего, неисправен блок питания или утерян контакт в проводах или на подключении, например, отпала пайка. При механическом повреждении гаснут светодиоды, расположенные после места повреждения. В случае если гаснет одна секция с тремя светодиодами или механическом повреждении, ремонт заключается в замене поврежденного участка. Соединение производят коннекторами, предназначенными для соединения ленты встык или пайкой короткими отрезками проводов. До сращивания на ленту надевают кусочек термоусадочной трубки, который одевают на оба места пайки одновременно и прогревают строительным феном.

Светодиодная лента очень широко применяется в интерьере. И если вы хотите, чтобы она служила долго и украшала ваш дом, то нужно правильно её выбрать  и подобрать подходящий блок питания.

Как устроен светодиод

Устройство светодиода достаточно простое. Кристалл с защитным корпусом располагается на подложке, излучающей тот или иной цвет. Для определенного свечения используют химический состав и люминофор.

У светодиода два контактных вывода – анод и катод, катод короче анода. Если длина одинаковая, то определить их можно пальчиковой батарейкой. Если появился свет, значит, перед вами анод.

Корпус заканчивается линзой. Рефлектор и линза образуют оптическую систему, формирующую угол потока. В нижней части корпуса можно увидеть алюминиевый или латунный поясок, выступающий в роли радиатора для отвода тепла, которое выделяется во время работы.

Из чего делают

Пластина подложки помещается в камеру, заполненную газообразными химическими веществами. Для пластины используют различные материалы, например, искусственный сапфир с подходящей кристаллической решеткой. Камеру нагревают, химические вещества оседают на пластине. Так образуется несколько слоев.

Нет идентичных светодиодов. Они, как отпечатки пальцев — у  каждого свои характеристики. Светодиоды распределяют по цветам.

Как сделать светодиодную подсветку своими руками

Прелесть  ледподсветки заключается в том, что для монтажа освещения своими руками не требуется навыков профессионального электрика. Самым простым решением является приобретение комплекта для монтажа светодиодного освещения в который входит:

  • лента (обычно 5 метров);
  • блок питания;
  • диммер – регулятор уровня освещенности;
  • RGB контроллер (пульт дистанционного управления включением/выключением), изменения цветового режима и задания последовательности включения световых каналов;
  • коннекторы.

Для монтажа ленты 120-240 потребуется приобрести алюминиевый монтажный профиль.

Если технические характеристики готового комплекта не устраивают, можно все элементы приобрести по отдельности. Это позволит немного сэкономить

Важно произвести предварительные расчеты мощности светодиодной ленты, чтобы подобрать соответствующий блок питания

Расчет крайне прост. Достаточно подставить в приведенную формулу значения, чтобы получить искомую мощность блока питания:

W = L х W1 х K,

Где:

W – Мощность устройства питания (W);

L – длина ленты (м);

W1 – потребляемая мощность 1 п.м ленты;

К – коэффициент интенсивности эксплуатации.

Для фонового освещения — 1,3, для основного – 1,5 – 1,7.

 Обрезка

Чтобы понять, как сделать освещение, и принцип устройства ленты необходимо внимательно посмотреть на рисунок.

РИСУНОК 1

Устройство светодиодной ленты

На рисунке обозначены места разреза. В них расположены выходы контактов токопроводящих каналов, на которые надеваются коннекторы – соединительные устройства. Режут ленту мощными портняжными ножницами или резаком, имеющимся в приспособлениях для снятия изоляции, который является одним из основных инструментов электрика.

Схема подключения подсветки

Подключение светодиодной ленты входящей в комплект не представляет трудностей Достаточно следовать приложенной инструкции. Для тех, кого больше греет светодиодная лента, сделанная своими руками, и кто решил собрать электрическую цепь самостоятельно, следует руководствоваться следующей схемой:

РИСУНОК 2

Простая схема подключения светодиодной ленты

Для большей наглядности, как сделать подсветку, чтобы даже начинающие электрики могли справиться с задачей, приводим фотографию предварительной сборки сложной схемы подключения светодиодной ленты SMD-5050 с блоком дистанционного управления:

РИСУНОК 3

Предварительная сборка светодиодной ленты SMD-5050

 Подготовка перед установкой

Для установки и монтажа светодиодной подсветки потребуются следующие инструменты:

  • рулетка;
  • электродрель;
  • отвертка или шуруповерт;
  • ножовка по металлу для отпиливания алюминиевого монтажного профиля;
  • набор дюбелей и саморезов;
  • двухжильный монтажный электрический провод ПВХ-2,5 мм.

Монтаж светодиодной подсветки

Монтаж светодиодной ленты своими руками осуществляется непосредственно на поверхность стены, плинтуса, мебели на двустороннюю клейкую ленту (скотч) если количество светодиодов 30-60 на 1 п.м. Такие ленты почти не нагреваются в процесс эксплуатации. Ленты 120-240 монтируются на алюминиевый профиль, который следует монтировать с использованием теплоизоляционных шайб, оставляющих зазор между профилем и поверхностью – для лучшей вентиляции и охлаждения.

Управление работой адресной светодиодной ленты

Адресная светодиодная лента при простом подключении питания не будет каким-либо образом реагировать на появление питания. Для включения ей требуется поступление управляющего кода на контакт DIN. Вполне возможно, что случайные или намеренный касания руками этого контакта могут привести к появлению помех, что воспримется драйвером как сигнал и какой-то из светодиодов начнет светиться.

При правильном подключении на управляющий вход светодиодной ленты поступает цифровой сигнал по 3 байта на каждый светодиод. 1 бит информации передается за 1.25 мкс, весь пакет данных для одного светодиода будет передан за 30 мкс. Первый ШИМ-драйвер забирает первый пришедший пакет из 3 байт и передает следующие данные дальше. После отправки первого пакета делается пауза 50 мкс, что дает понять следующему драйверу о необходимости принимать данные. Так происходит передача данных всем следующим светодиодам до момента, пока пауза не превысит 50 мкс. Более длительная пауза будет говорить о том, что цикл будет повторяться заново с отправкой новых данных.

При использовании Arduino предлагается использовать готовые библиотеки, с помощью которых наиболее просто написать программы для управления адресными светодиодными лентами. К таким относятся FastLED и Adafruit NeoPixel.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwittervKontakte
Напишите комментарий