Светодиодные ленты и их подключение

Ряд светодиодных источников света пополнился тонкими гибкими лентами длиной 5 метров с возможностью наращивания до неограниченной длины. Ленту также можно разрезать на небольшие отрезки, длиной в несколько сантиметров. Такая свобода в придании светодиодной ленте практически любой геометрической формы открыла неограниченные возможности в создании светотехнического дизайна помещений развлекательной индустрии, подсветке фасадов зданий и бассейнов, созданию световой рекламы, светящихся вывесок торговых и других заведений.

Светодиодные ленты выпускаются монохромные, светящиеся только одним цветом (красным, синим, зеленым, желтым или белым) и универсальные (RGB), цвет свечения которых можно изменять самостоятельно с помощью пульта дистанционного управления включая один из основных цветов или выбирая любой, существующий в природе. Возможно, также включать режим, при котором цвет свечения светодиодной ленты будет плавно меняться во всем диапазоне с заданной скоростью изменения во времени.

RGB светодиодные ленты

По организации излучения света RGB светодиодные ленты бывают двух типов. У первого типа ленты используются светодиоды LED-R-SMD3528 или LED-R-SMD5050 (красный), LED-G-SMD3528 или LED-G-SMD5050 (зеленый) и LED-B-SMD3528 или LED-B-SMD5050 (синий), припаянные по три штуки рядом повторяющимися триадами по всей длине ленты. Изменение цвета свечения ленты достигается групповым изменением интенсивности свечения светодиодов каждого цвета. Такие светодиодные ленты хорошо подойдут для подсветки интерьера в случаях, когда светодиоды спрятаны от глаз человека. Если светодиоды будут видны, то изменение цвета свечения будет менее эффективным.

R, G и B светодиоды серии SMD3528 имеют размер 3,5×2,8 мм и излучают световой поток от 0,6 до 2,2 люменов, в зависимости от цвета свечения. Светодиоды серии SMD5050 по размеру больше, их размер 5×5 мм и соответственно светят ярче, световой поток составляет в зависимости от цвета свечения от 2 до 8 люменов. Поэтому, по размеру припаянных светодиодов на ленте, даже не зная технических характеристик, легко определить какая из них будет светить ярче.

Во втором типе лент применяются RGB светодиоды серии LED-RGB-SMD3528 или LED-RGB-SMD5050, отличительная особенность этих светодиодов в том, что в одном корпусе смонтированы сразу три светодиода – красный, зеленый и синий. Поэтому световой поток у таких светодиодов на много меньше и составляет у LED-RGB-SMD3528 всего 0,3-1,6 люменов, у LED-RGB-SMD5050 всего 0,6-2,5 люменов. Но благодаря тому, что излучатели цветов расположены практически в одной точке, достигнута высокая эффективность градации цветов, что позволяет светодиодные ленты такого типа использовать в создании светового дизайна без ограничений.

Стойкость светодиодных лент к воздействию влаги

По степени защиты от воздействия влаги светодиодные ленты можно разделить на три категории. Влаго не защищенные, влагозащищенные и влагостойкие. Влаго не защищенные светодиодные ленты можно применять только в сухих помещения, где нет высокой влажности. Влагозащищенные светодиодные ленты предназначены для эксплуатации в помещениях с повышенной влажностью (ванные комнаты, бани, фасады зданий, где исключено прямое попадание воды на ленту). Влагостойкие ленты предназначены для работы непосредственно в водной среде, например в аквариуме, их можно разместить для подсветки на дне бассейна.

Светодиодная лента, полностью герметизированная силиконом, поэтому светодиоды и резисторы надежно защищены от воздействия воды. Влагозащищенные светодиодные ленты можно использовать без ограничений для наружной рекламы, светового украшения улиц и зданий. При выборе влагозащищенной ленты следует учитывать, что часть светового потока при прохождении через слой силикона теряется.

Плотность размещения светодиодов на ленте

Яркость свечения светодиодной ленты зависит не только от типа установленных светодиодов, но и от их количества. За единицу измерения принято считать количество светодиодов, установленных на один метр длины ленты. Чем светодиодов больше, тем, естественно световой поток будет тоже больше. Обычно количество светодиодов на метр длины ленты лежит в переделах, для светодиодных лент на 12 В от 30 до 120 шт. Для светодиодных лент, рассчитанных на питающее напряжение 24 В, число светодиодов может доходить до 240 шт. на метр длины, в таких лентах светодиоды размещены параллельно в два ряда.

Но надо учесть, что чем больше светодиодов на метре длины светодиодной ленты, тем мощнее потребуется блок питания и дороже обойдется покупка. К выбору этого параметра нужно подходить с позиции «необходимо и достаточно». Например, на метре ленты имеется 30 светодиодов, следовательно, расстояние между ними составляет 3,3 см, что в подавляющем числе случаев вполне достаточно.

Выбор светодиодной ленты по величине светоотдачи

Главной светотехнической характеристикой является интенсивность светового потока, которая выражается в люменах на метр. Величина светового потока определяется типом и количеством светодиодов, установленных на одном метре ленты. Зная тип светодиодов и их количество легко самостоятельно определить световой поток.

Например, на метре светодиодной ленты белого света установлено 30 светодиодов типа LED-CW-SMD3528 (размер 3,5×2,8 мм), имеющий световой поток 5 лм каждый. Умножаем 5 лм на 30, получаем 150 лм. Такой световой поток излучает 10 ватная лампочка накаливания. Если лента сделана на основе 30 светодиодов LED-CW-SMD5050 (размер 5×5 мм), имеющий уже световой поток 12 лм, то 12×30=360 лм, что равносильно применению 24 ваттной лампе накаливания. Опытом применения ламп накаливания обладает каждый, поэтому воспользовавшись вышеприведенной методикой легко определиться с типом, установленных на ленте светодиодов, их количестве и длиной ленты. А если длина ленты уже определена, то выполнить обратный расчет.

Выполним обратный расчет на конкретном примере. Предположим нужно сделать потолочное освещение в комнате размером 5 м × 4 . Периметр комнаты такого размера составит 5+4+5+4=18 метров. Необходимо создать мягкое и не очень яркое освещение. Если использовать лампы накаливания, то суммарная их мощность должна будет составлять порядка 200 Ватт, световой поток от которой составит 3000 лм (15 лм×200). Длина ленты должна быть равна длине периметра комнаты, то есть 18 метров. Для определения светового потока, который должен излучать один метр светодиодной ленты нужно разделить 3000 лм на 18 метров. Получается 166 лм/м. Для этого случая подойдет лента с 30 светодиодами LED-CW-SMD3528 на метре длины. Расчет делался, без учета потерь на отражение от потолка, а они составляют не менее 50%. Следовательно, для гарантированной освещенности комнаты нужно выбрать ленту с большим в два раза световым потоком. Есть два варианта, либо взять ленту с 30 светодиодами LED-CW-SMD5050, или LED-CW-SMD3528, но уже в количестве 60 шт. на метре. Первый вариант предпочтительнее, так как обеспечит гарантированный запас.

Для RGB и монохромных светодиодных лент расчет выполняется точно так же, как и для лент белого свечения.

На светодиодных лентах не всегда нанесена маркировка, что затрудняет сделать расчеты. Но узнать технические параметры светодиодной ленты очень просто, если воспользоваться данными, приведенными в таблице 1. В настоящее время в светодиодных лентах, как правило, применяются два типа светодиодов SMD3528, имеющие размер 2,8 ×3,5 мм и SMD5050 размером 5,0×5,0мм. Поэтому, по размеру светодиодов, можно определить, какой тип светодиодов запаян на ленте. Посчитав количество светодиодов на метре длины, по таблице можно получить данные о технических характеристиках светодиодной ленты.

Таблица 1.

С помощью таблицы не сложно подобрать тип и длину светодиодной ленты – аналога лампочкам накаливания. Например, что бы заменить одну лампочку накаливания мощностью 80Вт светодиодной лентой, нужно взять 8 метров SMD3528 (30), или два метра светодиодной ленты SMD3528 (120) или SMD5050(60).

Подключение светодиодной ленты к электросети

Подключение светодиодной ленты к бортовой сети автомобиля

Светодиодные ленты идеально подходят для непосредственного подключения к бортовой сети автомобиля. Главное, что бы лента соответствовала по напряжению питания напряжению бортовой сети автомобиля. Для легковых автомобилей нужно выбирать влагозащищенную ленту, рассчитанную на напряжение питания 12 В, для грузовых – на 24 В. На какое напряжение установлен в автомобиле аккумулятор, на такое напряжение и нужно брать ленту. При подключении светодиодной ленты к бортовой сети автомобиля необходимо соблюдать полярность, на ленте нанесено обозначение «+» и «–». Если полярность перепутать, то ничего плохого не произойдет, просто светодиоды не будут светиться.

Подключение светодиодной ленты к бытовой электросети 220 В

В отличие от электрических ламп, светодиодные ленты нельзя подключать непосредственно в бытовую электрическую сеть 220 В. Для них нужно питающее напряжение постоянного тока величиной 12 В или 24 В. На ленте напряжение питания указано по всей ее длине. Для получения необходимого напряжения применяют преобразователи напряжения – драйверы - устройства, преобразующее сетевое напряжение переменного тока 220 В в напряжение постоянного тока требуемой величины, для лент в зависимости от типа, 12 В (используется часто) или 24 В (применяется редко, как правило, в RGB лентах).

Для выбора блока питания для светодиодной ленты важна не только величина постоянного напряжения на выходе, но и величина тока, которую он сможет выдать в нагрузку. Для выбора подходящего блока питания для конкретного случая нужно узнать суммарную величину тока, которую будут потреблять все установленные светодиодные ленты.

Для примера, подберем блок питания для светодиодной ленты, которую выбрали для подсветки потолка. Обычно потребляемый ток метра ленты указывается в сопроводительной документации, но если таковой нет, то не сложно расчет выполнить самостоятельно. Достаточно количество установленных светодиодов умножить на ток потребления каждого из них. Так как мы выбрали светодиодную ленту с установленными светодиодами типа LED-CW-SMD5050, длина ленты 18 метров и на метре длины по 30 светодиодов. Общее количество светодиодов получается 18×30=540 шт. Один светодиод LED-CW-SMD5050 (по Таблице 2) потребляет ток 0,02 А, следовательно, суммарный ток потребления всей подсветки составит: 540×0,02 А=10,8 А. Но необходимо учесть, что светодиоды при напряжении питания ленты 12 В подключаются по три последовательно через резисторы, следовательно, расчетный ток нужно уменьшить в три раза. 10,8/3=3,6 А. Но в одном корпусе светодиода LED-CW-SMD5050 находиться три элементарных светодиода, поэтому полученный ток нужно умножить на 3. То есть, результирующий ток составит 10,8 А. Итак, в результате расчетов определено, что потребуется блок питания напряжением 12 В с током допустимой нагрузки до 10,8А.

Таблица 2.

Рассчитаем мощность требуемого блока питания, умножив напряжение на ток 12 В×10,8 А=130 Вт, получилось, что нужен блок питания мощностью 130 Вт. Для надежной работы блока питания необходим 20% запас по мощности. В результате потребуется блок питания мощностью 156 Вт. Практически можно использовать любой блок питания, который удовлетворяет необходимым требованиям. С успехом подойдет блок питания от стационарного компьютера, подобные блоки имеют мощность не менее 250 Вт. Так как нагрузка на блок будет не полной, то можно уменьшить обороты кулера, что бы ни мешал шум. Обычно на блоке питания компьютера приклеена табличка, где указан допустимый ток для каждого напряжения.

Но можно рассчитать мощность блока, не углубляясь в тонкости с помощью Таблицы 1. После того, как выбран тип ленты, нужно взять против типа ленты данные из колонки таблицы «Потребляемая мощность одного метра длины светодиодной ленты, ватт» и умножить это число на длину светодиодной ленты в метрах. Полученный результат умножить на 1,2 (блок питания должен иметь 20% запас по мощности).

Например, расчет для выбранной ленты для подсветки потолка CW-SMD5050 с 30 светодиодами на метре длины. Потребляемая мощность метра светодиодной ленты составляет по таблице 7,2 Вт. Умножаем 7,2 на 18 м, получается 129,6 Вт. Полученный результат умножаем на коэффициент запаса 1,2 и получается, что нужен блок питания, выдающий напряжение 12 В мощностью 156 Вт.

Подключение RGB светодиодной ленты

Если RGB светодиодную ленту подключить к обыкновенному блоку питания, то динамического светового эффекта достичь не удастся. Все светодиоды будут светить непрерывно, можно конечно манипулируя переключателем менять цвет свечения, но плавного изменения цвета получить будет невозможно. Для такой задачи выпускаются специальный контроллер с пультом дистанционного управления, позволяющие автоматически изменять величину выходных напряжений каждого цветового канала по заданному алгоритму и тем самым обеспечить переливание цветов.

У RGB светодиодных лент общим проводом является плюсовой. Для работы контроллера на его вход INPUT (V- и V+) необходимо подать с дополнительного блока питания, рассчитанный на ток нагрузки не менее 15 А, соблюдая полярность, постоянное питающее напряжение 12-24 В. Обычно от светодиодной ленты идут цветные провода черный, красный, зеленый и синий, которые подсоединяются к соответствующим клеммам OUTPUT (V+, R, G и B) соответственно.

К контроллеру CT305R, вместо RGB ленты, можно подключать от одной до трех монохромных лент и управлять порядком их включения и яркостью свечения. Для этого нужно плюсовые выводы лент соединить вместе, подключив к выводу контроллера OUTPUT (V+), минусовые выводы каждый отдельно в любом порядке подсоединить к OUTPUT (R, G и B)

Устройство и монтаж светодиодной ленты

На гибкой пластиковой ленте длиной до 5 м находиться тонкие медные токопроводящие дорожки требуемой конфигурации. К дорожкам припаиваются припоем светодиоды типа SMD3528 или SMD5050 и токоограничивающие SMD резисторы типа Р1–12, мощностью 0,125 Вт. В обозначении светодиода заложен его размер, например SMD5050 имеет размер 5,0×5,0 мм. При питающем напряжении 12 В устанавливается три последовательно соединенных светодиода и один или несколько, токоограничивающих резисторов. Количество резисторов определяется в зависимости от величины рассеиваемой на них мощности. Резистор можно ставить в любом месте схемы.

Электрическая принципиальная и монтажная схема сегмента светодиодной ленты

Полная схема светодиодной ленты представляет собой многочисленное количество таких схем, соединенных параллельно. При питающем напряжении 24 В, количество последовательно включенных светодиодов в схеме может доходить до 10 штук.

Маркировка резисторов

На резисторе нанесена маркировка в виде числа 151. Это означает, что номинал резистора составляет 150 Ом. Расшифровать маркировку просто. Она обозначается трехзначным числом. Последняя цифра в числе говорит, сколько нулей нужно приписать к первым двум цифрам. Например, на резисторе нанесена маркировка 153, значит нужно к 15 приписать 3 нуля, получим 15000 Ом.

Крепление и соединение светодиодных лент

На сторону ленты, противоположной светодиодам, нанесен липкий слой, защищенный пленкой. Для того, что бы ленту закрепить на поверхности, достаточно удалить защитную пленку и приложить липкой стороной на место установки. При организации подсветки с помощью светодиодных лент, часто длина в 5 метров является избыточной, поэтому предусмотрена возможность разрезать ленту на отрезки. Места, где можно ленту разрезать обозначены изображением условных ножниц и линией разреза. Шаг разрезки светодиодной ленты на отрезки задают количество последовательно включенных светодиодов. Рядом с линией разреза с двух сторон имеются контактные площадки, позволяющие припаивать к ним провода в случае сращивания отрезков ленты между собой.

Рядом с контактными площадками нанесена маркировка полярности подключения и величина напряжения питания. Существуют специальные клипсы, позволяющие соединять между собой светодиодные ленты без пайки.

К одному из концов светодиодной ленты обычно уже припаяны проводники для подключения к блоку питания. Для подключения монохромных лент требуется два провода, для RGB лент - четыре провода, черный (общий подключается к положительной клемме) и три цветных. Длина проводов составляет не более полметра и если блок питания невозможно установить рядом со светодиодной лентой, то проводники придется нарастить до нужной длины.

Светодиодные модули

Светодиодные ленты незаменимы, когда нужно обеспечить освещение или подсветку на большой длине. Разрезать на части можно только светодиодные ленты, не защищенные от влаги, то есть только те, которые предназначены для эксплуатации в помещениях. Влагозащищенные и влагостойкие светодиодные ленты, без последующей герметизации разрезать недопустимо. Для устранения этого недостатка созданы светодиодные модули, позволяющие осуществлять подсветку интерьера и световую рекламу легко быстро и надежно. Область применения светодиодных модулей на практике ограничена только фантазией человека. Особенно удобны модули для подсветки в автомобиле. Достаточно подключить через предохранитель к бортовой сети и приклеить, или закрепить саморезами модуль внутри салона автомобиля или с наружной его стороны.

Конструкция светодиодных модулей представляет собой неглубокую «кроватку» из пластмассы или металла, в которой установлена печатная плата со светодиодами. Сверху плата залита прозрачным силиконом. Таким образом, обеспечивается защита от воздействия влаги и брызг воды. Светодиоды подключены по такой же схеме, как и в светодиодной ленте, приведенной выше. На внешней стороне дна кроватки имеется липкий слой, открыв который удалением защитной пленки, модуль можно фиксировать на любой плоской поверхности. Предусмотрена возможность крепления за проушины модулей с помощью саморезов. Все светотехнические и электрические расчеты, приведенные выше на странице для светодиодной ленты, справедливы и для светодиодных модулей.

Прямоугольные светодиодные модули продаются в виде блоков, на фото блок из 20 модулей.

Модули легко отделяются от блока по одному или группами. Электрически все модули уже соединены между собой. Достаточно подать питание на любой крайний из них и засветятся светодиоды на всех модулях. Блоки можно наращивать в любом количестве, соединяя их параллельно.

О выборе сечения провода для подключения светодиодной ленты

Светодиодная лента потребляет не большую мощность, и потребляемый ток, при длине ленты в один метр, даже самой яркой SMD5050 (60), составляет не более 1,2 А. Поэтому о сечении провода при подключении такого отрезка ленты можно не задумываться, подойдет практически любой имеющийся под рукой многожильный провод.

При подключении ленты длиной 18 метров типа LED-CW-SMD5050(30), которую мы подобрали для подсветки потолка комнаты выше, следует уже задуматься серьезно, как ток суммарный ток потребления составит 10,8А. Зная потребляемую мощность одного метра светодиодной ленты и напряжение питания, рассчитать величину тока, который будет потреблять светодиодные ленты разной длины популярных типов. Эти результаты  сведены в Таблицу 3.

Таблица 3

Так как светодиодные ленты выпускаются максимальной длиной до 5 метров, то производителем должно быть обеспечено необходимое сечение дорожек, выдерживающее ток потребления светодиодной лентой, и можно брать его величину за основу для разработки электромонтажной схемы подключения светодиодной ленты к источнику питания.

Исходя из экономических соображений, запас дорожек по току нагрузки не превышает 20%. Следовательно, подключать все четыре наши отрезка ленты последовательно, спаивая конец одного отрезка перемычками с началом следующей светодиодной ленты не допустимо, так как по проводникам ленты, подключенной непосредственно к блоку питания, потечет ток троекратно превышающий допустимый. Это приведет к перегреву первой ленты, что чревато выходом ее из строя, и слабому свечению остальных светодиодных лент. Поэтому необходимо двойным проводом с сечением жили не менее 0,5мм2подключать каждую ленту по отдельности непосредственно к выходу блока питания. Ниже приведена типовая схема подключения светодиодных лент к источнику питания при организации освещения помещения установкой светодиодных лент вдоль углов потолка за карнизами.

Так как один блок питания рассчитан на ток потребления 6А, то пришлось применить два одинаковых блока, запитав каждым по половине длины подсветки. Выключателем подключаются оба блока одновременно. Если применить двойной выключатель, то можно будет включать ленты участками. При подключении к блоку питания параллельных участков ленты, можно будет включать их по отдельности или все одновременно, меняя световой дизайн. RGB ленты подключаются по точно такой же монтажной схеме. Только вместо двух проводов, прокладывается четыре. Один общий и по одному на каждый цвет.

Если устанавливается один мощный бок питания в значительном удалении от лент, то целесообразно от блока питания протянуть пару толстых проводов к светодиодным лентам. Подобрать необходимое сечение провода для заданного тока можно по таблице. Например, для нашего случая, при токе 10,8 А понадобится провод диаметром жилы 1,5 мм (сечением 1,8 мм²). Поставить распределительную коробку и уже в ней тонкими проводами подключить ленты через клеммную колодку или пайкой к приходящему проводу от блока питания. В каждом конкретном случае нужно принимать индивидуальное решение, исходя из граничных условий.

Мощные блоки питания обычно имеют большие габариты и зачастую целесообразнее применить несколько менее мощных блоков, размещая их в непосредственной близости со светодиодными лентами.