От создания домашней уютной домашней подсветки до мерцающих под управлением контролеров рекламных баннеров, разноцветные, экономичные и самое главное гибкие в прямом и переносном смысле светодиодные ленты не просто прочно заняли свою нишу осветительного оборудования, а все чаще внедряются в прежде консервативные сферы.

Отметим еще немаловажный аспект, особенно актуальный, если подключение и монтаж светоизлучающих лент проводится в домашних условиях, без электротехнического образования.

А это происходит все чаще, поскольку установка чрезвычайно проста и за пару часов при желании можно опоясать всю комнату.

LED – ленты подключаются к низковольтному источнику напряжения, как правило к блоку питания 12 В, а значит на порядок более безопасны, чем например их сетевые “собратья” по светодиодному освещению: светильники или мощные прожектора.

 

Как устроена светодиодная лента ?

Уже по самому способу хранения: бухта или рулон, можно судить о том, что световые полоски достаточно гибкие.

ленты светодиодные поставляются в бухтах

Конечно в ограниченных пределах. Сгибать под острыми углами их не рекомендуется. В 99% случаях они успешно продолжать работать – тоненькие проводники, подводящие питания, легко перенесут изгиб, но лучше лишь раз не испытывать это в принципе очень надежное осветительное устройство.

А если нет механических повреждений не будет, то светодиодный свет даст по времени эксплуатации фору любой прожорливой лампе накаливания. Не говоря уже об экономичности, что особенно актуально при стабильно растующих тарифах на электроэнергию. Именно поэтому популярны не только создающие приятную, вечернюю подсветку светодиодные светильники, но и впечатляющие сочетанием мощностных параметров и яркости, прожектора.

Да и необходимости в резких изгибах нет – идет ли речь о декоративной подсветке, встраивании в натяжной потолок или подсвечивании магазинных витрин, чтобы покупатель ознакомился со всеми особенностями товаров и при этом щадящий, приятный свет не будет раздражать глаза.

освещение витрин в магазинах светодиодными экономичными лентами

Если LED-ленты гибкие и при этом светятся, значит логично предположить, что присутствует как минимум 2 конструктивных компонента:

Так и есть. Хотя если углубиться в устройство светодиодной ленты, электрическая часть несколько сложнее, но сначала разберем подробно каждую из двух перечисленных составляющих.

устройство светодиодной ленты

Несмотря на впечатляющее разнообразие: можно купить недорого светодиодную ленту монохромную или RGB - светящуюся разными цветами в зависимости от подачи напряжения на соответствующий SMD-светодиод, с разными размерами, яркостью и цветовой температурой, базовая основа остается неизменной.

 

Хотя самое интересное и ключевое с точки зрения излучения света находится сверху, мы все-таки начнем с нижней части светоизлучающих полос.

Подложка выполняет ряд важных функций

  1. Монтаж. Если снять бумажную защиту, то обнаруживается клейкая основа. А значит не нужны никакие расходные материалы, скотчи, скобы для крепления в нужном месте. Правда, немного забегая вперед, отметим, что при электрическом подключении светодиодных лент, понадобится еще маломощный паяльник, отдельный или в составе паяльной станции и купить минимальный “джентельменский” набор расходников для пайки: припой и флюс.

    Если лента клеится к гладким поверхностям двери, стенке шкафа, то LED-подсветка продержится долго, а вот если имеются выступы, неровности, возможно придется поискать другие варианты, о чем мы расскажем в наших следующих материалах, посвященных светодиодным осветительным приборам.

  2. Токопроводящие шины. Если дальше продолжить “разбирать” источник освещения и аккуратно соскоблить ножом или другим острым ручным инструментом клейкую основу, обнаружим медные, малой толщины, достаточно широкие и гибкие проводники.медные токопроводящие дорожки на подложке LED - ленты

    Исключение: в продаже представлены мощные светодиодные линейки, как раз именно жесткие – их устройство таково, что для отвода большого количества тепла, в этом варианте в качестве основы присутствует самая настоящая алюминиевая полоса, а не лента.

алюминиевые светодиодные полосы

Проводники имеют сразу 3 функции:

Последний пункт заслуживает отдельного рассказа об охлаждении светодиодных осветительных приборов, включая прожекторы, светильники. лампы, и дискретные светодиоды, о чем мы поговорим в последующих статьях.

Пока же отметим, что несмотря на то, что 1 светоизлучающий диод потребляет относительно мало тока – порядка 20 мА, но на ленте может быть расположено, в зависимости от плотности размещения и размеров и 60 и 120 светодиодов, пропорционально возрастает отбор мощности от источника питания и подключенное осветительное устройство, если его держат в руках, будет пусть немного, но нагреваться.

Чтобы p-n переход не вышел из строя из-за перегрева и не ухудшились светоизлучающие качества, гибкие плоскостные проводники одновременно и отводят тепло.

Именно поэтому они обычно делаются широкими, с максимальной площадью, как радиаторы для силовых радиодеталей: тиристоров, диодов, транзисторов.

Теперь перейдем к разбору верхней, главной части ленты, где размещены дискретные электронные SMD-компоненты.

изучаем устройство LED ленты

Именно эта поверхность излучает световой поток и на ней расположены;

 

Каждая светодиодная лента имеет модульное устройство.

4 следствия этого :

  1. Каждый модуль это автономный источник света.
  2. Для каждого типа ленты существует минимальное количество светодиодов и резисторов, для того чтобы модуль мог работать автономно.
  3. Модули можно соединять друг другом.
  4. Каждый модуль можно получить путем разрезания ленты по линии размера.

Теперь разберем более подробно, что это такие за  базовые единицы в устройстве светодиодных лент. Как атомы, из которых состоит материя.

Их можно определить визуально. По так называемым линиям разреза. Там обычно нарисованы ножницы. И кстати, этим же ручным инструментом LED-ленты действительно можно разрезать. Ножом это будет сделать затруднительно.

светоизлучающие полоски разрезаются но линии отреза

Можно заметить, что линии всегда совпадают с контактными площадками.

Это место пайки – достаточно малой площади, поэтому паяльником, желательно с регулировкой температуры (а я еще лучше вариант - контактная цифровая паяльная станция), нужно действовать оперативно, чтобы не перегреть место пайки, с минимальным количеством флюса (подойдет и канифоль) и припоя.

Та же проблема возникает и при пайке электронных компонентов и микросхем к узким печатным дорожкам на печатной плате. Дорожки от перегрева могут отслоиться от подложки.

Возможности медных теплоотводов не безграничны и в лентах – тепло от светодиода они еще могут отвести, а вот работа паяльного оборудование, а в частности горячее  жало паяльника для них это серьезное испытание.

Рассмотрим для примера 2 модуля от разных ленточек.

как выглядит вблизи устройство ленты со светодиодамикак работает лента с SMD-светодиодами

Эти минимальные компоненты, структурные “кирпичики” в устройстве светодиодной ленты, мы отрезали по пиниям разреза.

Кстати, если вдруг возникнет необходимость, эти модули можно припаять обратно, соединить друг другом. Но это все-таки исключение из правил.

Обычно сначала просчитывают длину, а потом уже режут. Если получилось с запасом, один из модулей можно отрезать, а если ошиблись и длина вышла меньше – поработать с пальником и припаять еще один.

По виду они различны, но по сути полностью идентичны.

  1. В одном модуле могут присутствовать 3,6 или другое количество светоизлучающих диодов.
  2. Питание на них подается через ограничительный резистор, который подключен последовательно с группой диодов. P-n переход светодиодов при подаче напряжения открывается в прямом направлении, начинает протекать ток, в т.ч. и через резистор, на котором падает часть напряжения, чтобы светоизлучающий элемент не сгорел.
  3. Все светодиоды в модуле и в целом в ленте соединены параллельно.  

 

Почему не все светодиоды в ленте светят одинаково ярко ?

Визуально это можно и не заметить, но самом деле, чем дальше источники света, расположены от места подключения источника питания, тем они светят тускнее.

Почему это происходит, если подключение производится параллельно ? А значит напряжение, измеренное мультиметром в каждой из контрольных точек, на расстоянии 1 метр, 2 метра и т.д. должно оставаться одинаковым.

Все правильно, если не учитывать сопротивление токопроводящих шин.

В радиолюбительской практике в большинстве случаев этим пренебрегают, поскольку контактные площадки на плате достаточно короткие и токи не достигают десятков ампер.

Сделаем простой расчет.

Имеется светоизлучающая лента длиной 5 м, с 60-тью светодиодами на метр, от которой мы отрезали участок 1 метр, например для подсветки на кухне.

Если измерить сопротивление одной из шин омметром, или цифровым мультиметром, включенным в соответствующем режиме измерения (Ом, а не Ком или Мом), хотя лучше для этих целей купить миллиомметр - специализированный измерительный прибор для сверх низких сопротивлений, то результат не будет равен нулю и может составить несколько Ом.

Возьмем минимальное значение – 1 Ом. Напряжение подается через блок питания 12 В, например сетевой адаптер.

блок питания для светодиодной ленты

Сведем данные в таблицу.

Количество светодиодов

Ток 1-го светодиода

Напряжение питания

Сопротивление

30

20 мА

12 В

1 Ом

 

Подсчитаем падение напряжения:

60 * 0.02А * 1Ом = 1,2В.

Следовательно, если в начале участка ленты, напряжение равняется входному источника питания: +12 В, то в конце ленты, оно снизится до (12-1,2)=10,8 В.

Казалось бы незначительная величина, но отсюда делаем 2 важных вывода:

 

Теоретически, чтобы добиться максимальной световой отдачи, вместо одной 5-ти метровой ленты, можно взять 5 отрезков по 1-му метру и каждый подключать к своему, “персональному” источнику напряжения, но на практике так никто не делает - экономически не оправдано.

Причина понятна: если купить одну светодиодную ленту, и 5 блоков питания, можно подсчитать сколько это будет стоить.

Но нельзя впадать и в другую крайность: если попытаться сэкономить и на один источник постоянного напряжения “навешать“ несколько лент, без предварительного расчета мощности, то последний, если не содержит механизма защиты, может запросто сгореть. В этом случае на этапе настройки, тестирования потребляемого тока, лучшим решением будет лабораторный блок питания с защитной схемой от короткого замыкания, стабилизацией и регулировкой выходных параметров, но этот источник, инструмент по большей части для радиолюбителей, для бытового применения его цена велика, а функционал не будет задействован.

И о тонкостях расчета, схемах подключения, мы поговорим в одной из наших следующих статей.