Пристрій світлодіодної стрічки

Від створення домашньої затишної домашньої підсвічування до мерехтливих під управлінням контролерів рекламних банерів, різнокольорові, економічні і найголовніше гнучкі в прямому і переносному сенсі світлодіодні стрічки не просто міцно зайняли свою нішу освітлювального обладнання, а все частіше впроваджуються в перш консервативні сфери.

Відзначимо ще важливий аспект, особливо актуальний, якщо підключення і монтаж світловипромінюючих стрічок проводиться в домашніх умовах, без електротехнічної освіти.

А це відбувається все частіше, оскільки установка надзвичайно проста і за пару годин при бажанні можна оперезати всю кімнату.

LED – стрічки підключаються до низьковольтного джерела напруги, як правило 12 В, а значить на порядок більш безпечні, ніж наприклад їх мережеві “побратим” по світлодіодному освітленню: світильники або потужні прожектори.

Як влаштована світлодіодна стрічка ?

Вже по самому способу зберігання: бухта або рулон, можна судити про те, що світлові смужки досить гнучкі.

Звичайно в обмежених межах. Згинати під гострими кутами їх не рекомендується. В 99% випадках вони успішно продовжувати працювати – тоненькі провідники, що підводять живлення, легко перенесуть вигин, але краще лише раз не відчувати це в принципі дуже надійне освітлювальний пристрій.

А якщо немає механічних пошкоджень не буде, то світлодіодне світло дасть за часом експлуатації фору будь ненажерливою лампі розжарювання. Не кажучи вже про економічність, що особливо актуально при стабільно зростаючих тарифах на електроенергію. Саме тому популярні не тільки створюють приємну, вечірню підсвічування світлодіодні світильники, але і вражаючі поєднанням потужнісних параметрів і яскравості, прожектора.

Та й необхідності в різких вигинах немає – чи йде мова про декоративне підсвічування, вбудовуванні в натяжна стеля або підсвічуванні магазинних вітрин, щоб покупець ознайомився з усіма особливостями товарів і при цьому щадний, приємний світло не буде дратувати очі.

Если LED- стрічки гнучкі і при цьому світяться, значить логічно припустити, що присутній як мінімум 2 конструктивних компонента:

• гнеться основа;
• нанесені на ній методом пайки або іншим, електронні компоненти, що випромінюють світло.

Так і є. Хоча якщо заглибитися в пристрій світлодіодної стрічки, електрична частина трохи складніше, але спочатку розберемо детально кожну з двох перерахованих складових.

Незважаючи на вражаючу різноманітність: можна купити недорого світлодіодну стрічку монохромну або RGB - світиться різними кольорами в залежності від подачі напруги на відповідний SMD- світлодіод, з різними розмірами, яскравістю і колірною температурою, базова основа залишається незмінною.

Хоча найцікавіше і ключове з точки зору випромінювання світла знаходиться зверху, ми все-таки почнемо з нижньої частини світловипромінюючих смуг.

Підкладка виконує ряд важливих функцій

1. Монтаж. Якщо зняти паперовий захист, то виявляється клейка основа. А значить не потрібні ніякі витратні матеріали, скотчі, скоби для кріплення в потрібному місці.

   Якщо стрічка клеїться до гладких поверхонь дверей, стінці шафи, то LED- підсвічування протримається довго, а ось якщо є виступи, нерівності, можливо доведеться пошукати інші варіанти, про що ми розповімо в наших наступних матеріалах, присвячених світлодіодним освітлювальним приладам.

2. Струмопровідні шини. Якщо далі продовжити “розбирати” джерело освітлення і акуратно зішкребти ножем або іншим гострим ручним інструментом клейку основу, виявимо мідні, малої товщини, досить широкі і гнучкі провідники.

   Виняток: у продажу представлені потужні світлодіодні лінійки, як раз саме жорсткі – їх пристрій таке, що для відводу великої кількості тепла, в цьому варіанті в якості основи присутній справжнісінька алюмінієва смуга, а не стрічка.

Провідники мають відразу 3 функції:

• створюють баланс між жорсткістю і гнучкістю. Без них, смужка дуже легко гнулася, могла пошкодитися;
• через них проходить постійний електричний струм до струмообмежувальних резисторів і SMD світлодіодам;
• виконують роль тепловідведення.

Останній пункт заслуговує окремої розповіді про охолодження світлодіодних освітлювальних приладів, включаючи Прожектори, Світильники, лампи, і дискретні світлодіоди, про що ми поговоримо в наступних статтях.

Поки ж відзначимо, що незважаючи на те, що 1 світловипромінюючий діод споживає відносно мало струму – близько 20 мА, але на стрічці може бути розташоване, в залежності від щільності розміщення і розмірів і 60 і 120 світлодіодів, пропорційно зростає відбір потужності і підключений освітлювальний пристрій, якщо його тримають в руках, буде нехай трохи, але нагріватися.

Щоб p-n перехід не вийшов з ладу через перегрів і не погіршилися світловипромінюючі якості, гнучкі площинні провідники одночасно і відводять тепло.

Саме тому вони зазвичай робляться широкими, з максимальною площею, як радіатори для силових радіодеталей: тиристорів, діодів, транзисторів.

Тепер перейдемо до розбору верхньої, головної частини стрічки, де розміщені дискретні електронні SMD-компонента.

Саме ця поверхня випромінює світловий потік і на ній розташовані;

• світлодіоди;
• резистори, що обмежують струм;
• контактна площинка.

Кожна світлодіодна стрічка має модульний пристрій.

4 наслідки цього :

1. Кожен модуль це автономне джерело світла.
2. Для кожного типу стрічки існує мінімальна кількість світлодіодів і резисторів, для того щоб модуль міг працювати автономно.
3. Модулі можна з'єднувати один одним.
4. Кожен модуль можна отримати шляхом розрізання стрічки по лінії розміру.

Тепер розберемо більш детально, що це такі за базові одиниці в пристрої світлодіодних стрічок. Як атоми, з яких складається матерія.

Їх можна визначити візуально. По так званим лініях розрізу. Там зазвичай намальовані ножиці. І до речі, цим же ручним інструментом LED- стрічки дійсно можна розрізати. Ножем це буде зробити важко.

Можна помітити, що лінії завжди збігаються з контактними майданчиками.

Це місце пайки – досить малої площі, тому паяльником потрібно діяти оперативно, щоб не перегріти місце пайки.

Та ж проблема виникає і при пайку електронних компонентів і мікросхем до вузьких друкованих доріжках на друкованій платі. Доріжки від перегріву можуть відшаруватися від підкладки.

Можливості мідних тепловідводів не безмежні і в стрічках – нагрівання від світлодіода вони ще можуть відвести, а ось дотик гарячого жала для них це серйозне випробування.

Розглянемо для прикладу 2 модуля від різних стрічок.

Ці мінімальні компоненти, структурні “цеглинка” у пристрої світлодіодної стрічки, ми відрізали по піній розрізу.

До речі, якщо раптом виникне необхідність, ці модулі можна припаяти назад, з'єднати один одним. Але це все-таки виняток з правил.

Зазвичай спочатку прораховують довжину, а потім вже ріжуть. Якщо вийшло з запасом, один з модулів можна відрізати, а якщо помилилися і довжина вийшла менше – припаяти ще один.

По виду вони різні, але по суті повністю ідентичні.

1. В одному модулі можуть бути присутніми 3,6 або інша кількість світловипромінюючих діодів.
2. Харчування на них подається через обмежувальний резистор, який підключений послідовно з групою діодів. P-n перехід світлодіодів при подачі напруги відкривається в прямому напрямку, починає протікати струм, в т.ч. і через резистор, на якому падає частина напруги, щоб світловипромінюючий елемент не згорів.
3. Всі світлодіоди в модулі і в цілому в стрічці з'єднані паралельно.

Чому не всі світлодіоди в стрічці світять однаково яскраво ?

Візуально це можна і не помітити, але насправді, чим далі джерела світла, розташовані від місця підключення, тим вони світять тьмяніше.

Чому це відбувається, якщо підключення проводиться паралельно ? А значить напруга, виміряна в кожній з контрольних точок, на відстані 1 метр, 2 метри і т.д. має залишатися однаковим.

Все правильно, якщо не враховувати опір струмопровідних шин.

У радіоаматорській практиці в більшості випадків цим нехтують, оскільки контактні площадки на платі досить короткі і струми не досягають десятків ампер.

Зробимо простий розрахунок.

Є світловипромінювальна стрічка довжиною 5 м, з 60-ма світлодіодами на метр, від якої ми відрізали ділянку 1 метр, наприклад для підсвічування на кухні.

Якщо виміряти опір однієї з шин, підключивши мультиметр, у відповідному режимі (Ом, а не Ком або Мом), а ще краще купити мілліомметр або зібрати самому, то результат не буде дорівнює нулю і може скласти кілька Ом.

Візьмемо мінімальне значення – 1 Ом. Напруга подається наприклад через блок живлення 12 В В металевому корпусі або лабораторне джерело.

Зведемо дані в таблицю.

Підрахуємо падіння напруги:

60 * 0.02А * 1Ом = 1,2В.

Отже, якщо на початку ділянки стрічки, напруга дорівнює вхідному Джерела живлення: +12 В, то в кінці стрічки, воно знизиться до (12-1,2)=10,8 В.

Здавалося б незначна величина, але звідси робимо 2 важливих висновки:

• чим коротше ділянку LED- стрічки, тим більше рівномірне світіння всіх SMD- світлодіодів;
• одна їх причин, по якій в бухті тільки 5 метрів, а не 10 або 20, це якраз падіння напруги. На довжині вже в 10-20 метрів, останні світловипромінюючі діоди будуть ледве горіти, і фактично не виконувати свою основну функцію.

Теоретично, щоб домогтися максимальної світлової віддачі, замість однієї 5-ти метрової стрічки, можна взяти 5 відрізків по 1-му метру і кожен підключати до свого, “персональний” джерела напруги, але на практиці так ніхто не робить-економічно не виправдано.

Причина зрозуміла: при наявності однієї світлодіодної стрічки і 5-ти блоків живлення, можна підрахувати скільки це буде коштувати.

Але не можна впадати і в іншу крайність: якщо спробувати заощадити і на одне джерело постійної напруги “навішавши“ кілька стрічок, без попереднього розрахунку потужності, то останній, якщо не містить механізму захисту, може запросто згоріти.

І про тонкощі розрахунку, схемах підключення, ми поговоримо в одній з наших наступних статей.