Подключение светодиодной ленты своими руками — с этим справится каждый
за статью
Содержание
Светодиодная лента – современный удобный и экономичный источник, применяемый как для освещения, так и для создания декоративного светового оформления. В отличие от светодиодных ламп она не совместима с повсеместно используемой осветительной арматурой, поэтому подключение светодиодной ленты своими руками требует знания ее особенностей и наличия специального электрооборудования.
Виды и особенности
Светодиодная лента (LED-лента) представляет собой набор электрически соединенных светодиодных модулей на гибкой подложке.
Подложка одновременно является основой для печатных соединений между модулями (монтажной или печатной платой).
Каждый модуль представляет собой светодиод или компактную группу светодиодов. Излучатели изготовлены по SMD (Surface Mounted Device – устройство для поверхностного монтажа) технологии, реже – в DIP-корпусе.
Кроме излучающих элементов на гибкой плате установлены балластные резисторы, обеспечивающие ограничение тока через светодиоды на уровне номинального при номинальном напряжении питания.
Этим задается величина светового потока модуля и обеспечивается защита цепи от короткого замыкания в случае его выгорания.
К классификационным параметрам ленты относятся:
- Номинальная мощность (на погонный метр), Вт. Определяет потребляемую мощность и, соответственно, требуемую для подключения мощность источника питания
- Номинальное напряжение питания, В. Указывает напряжение питания ленты, выходное напряжение источника.
- Цвет и цветовая температура светодиодных модулей. Выпускаются ленты монохромные со светодиодами одного цвета – белыми, желтыми, синими, зелеными, красными и т.д. и полноцветные (RGB). Последние могут содержать как однокомпонентные (одного цвета) модули трех цветов, так и трехкомпонентные (3-in-1) с красным, зеленым и синим светодиодами в одном корпусе. Кроме цвета в описаниях приводится, как правило, и цветовая температура, которая может лежать в пределах 2 700-10 000К.
- Тип корпуса светодиодных модулей – SMD или DIP, определяет габаритную высоту ленты.
- Линейные размеры светодиодного модуля, в десятых мм (5050 означает размеры корпуса 5х5 мм).
- Световой поток. Может указываться как для одного модуля, так и удельный, для отрезка ленты длиной 1 м. Применяется для расчета освещенности от источника.
- Исполнение по степени защиты. Определяет, в каких условиях может эксплуатироваться лента. Так, светодиодная лента в исполнении IP20 практически не имеет пыле- и влагозащиты и предназначена для монтажа в закрытых помещениях с нормальной влажностью или в герметичных защищенных корпусах. Лента в исполнении IP67 может использоваться для наружных источников освещения.
Кроме того, для подключения ленты своими руками следует знать такие важные показатели:
- Допустимая длина отрезка ленты. Как правило, изделия поставляются в бобинах, длина составляет от 1 до 30 м. Однако это вовсе не означает, что к источнику можно подключить только 1 м или все 30 м ленты. Допустимая длина определяет внутренние потери на элементах схемы и, соответственно, уменьшение тока на последнем светодиоде участка. Если она превышена, последние модули будут светиться менее ярко, а на первых от точки подключения участках будут повышенные тепловые потери, что приведет к перегреву. Для большинства доступных в продаже лент допустимая длина составляет 5 м.
- Допустимый радиус перегиба. При укладке ленты в запланированной конфигурации или в процессе монтажа перегибы неизбежны. При радиусе перегиба меньше допустимого возможно нарушение токоведущих проводников и, как следствие, выход участка из строя.
Монтаж и подключение
После выбора по параметрам и покупки ленты необходимой длины производят ее монтаж и подключение. Для этого потребуется выполнить несколько операций:
- Подбор оборудования.
- Нарезку ленты на отрезки нужной длины.
- Соединение участков ленты.
- Подключение ленты к источнику питания/контроллеру и проверка работоспособности.
- Монтаж на радиаторы, установка на отведенные места, сборка системы.
Необходимое оборудование
Для подключения светодиодной ленты используют источники постоянного напряжения и контроллеры (диммеры, регуляторы).
Источник питания
Светодиодная лента – низковольтное электрооборудование постоянного тока, поэтому напрямую к бытовой или промышленной электросети подключено быть не может.
Для ее питания используются источники (адаптеры), преобразующие переменное сетевое в постоянное напряжение, номинальной для выбранного типа ленты величины.
Уровень постоянного напряжения указывается в характеристиках. Для большинства видов номинальное питающее напряжение составляет 12В, хотя есть и продукты, работающие от 24 или 5 В.
Так, например, практически все ленты стандарта SMD 3528 (со светодиодами 3.5х2.8мм) рассчитаны на питание от 12В, как и часть SMD 5050. В то же время 240 SMD 5050, оснащенная 240 светодиодными модулями размеров 5х5мм на 1 м длины, использует питающее напряжение 24В.
Вторым параметром для источника питания является выходная мощность (или ток на выходе). Адаптер должен обеспечивать мощность не менее номинальной для соответствующего участка ленты. Она рассчитывается по номинальной удельной мощности (на 1 м) для конкретного образца.
Так, лента 60 SMD 3528 имеет удельную мощность 4.8Вт, а 240 SMD 5050 – 58 Вт. Соответственно для подключения пятиметрового участка потребуются мощности блоков питания 24 и 290Вт. По этим данным можно рассчитать и выходные токи источников:
- Для 5м 60 SMD 3528 – 12В, 2А.
- Для 5м 240 SMD 5050 – 24В, 24.6А.
При этом рекомендуется мощность блоков питания выбирать с запасом на 15-20%, чтобы обеспечить работу в номинальном режиме и максимум КПД.
Для подключения светодиодной ленты рекомендуется использовать источники питания с гальванической (трансформаторной) развязкой по стороне переменного или постоянного тока. Подключение от источников с непосредственной связью, особенно при установке снаружи или в помещениях с повышенной влажностью, не соответствует требованиям электробезопасности.
Регулятор или контроллер
Для регулировки яркости свечения светодиодов между лентой и выходом источника питания подключают регулирующие устройства. К ним относят:
- Регуляторы (диммеры), обеспечивающие плавную или, чаще, ступенчатую регулировку подаваемой на ленту мощности и, соответственно, светового потока. Применяются, как правило для монохромных лент.
- Контроллеры. Такое оборудования может управлять не только светимостью светодиодов ленты, но осуществлять переключение в соответствии с заданной программой.
Особенно эффективны для RGB-лент, где позволяют управлять раздельно каждым цветовым каналом, обеспечивая изменения спектра излучаемого света, уровня освещенности, световые эффекты. Как правило, управляются дистанционно с ПДУ, по каналам Bluetooth или wi-fi со стационарных ПК или мобильных устройств (требуется специально приложение).
Нарезка
Для монтажа ленту удобно нарезать на отрезки, длина которых соответствует габаритам места установки. Резку осуществляют между отдельными светодиодными модулями в обозначенных на поверхности ленты местах (расстояние между линиями реза зависит от типа ленты).
Соединение участков
При необходимости, между нарезанными участками обеспечивают электрические соединения.
Пользуются для этого:
- пайкой;
- специальными соединительными элементами – коннекторами.
Соединение осуществляют гибкими изолированными проводниками. Их сечение рассчитывают по токовой нагрузке отрезков ленты.
Соединение пайкой
Пайку проводников производят на размещенных с обеих сторон каждого сегмента контактных площадках.
Для этого:
- концы проводников зачищают от изоляции, при необходимости залуживают;
- площадки зачищают от пленки окислов;
- наносят флюс;
- припаивают проводник к контактной площадке с использованием оловянно-свинцового припоя, например, ПОС60.
Во время пайки следят за тем, чтобы не перегреть ленту, для чего контролируют нагрев жала паяльника и время пайки (не более 10с). Обязательно контролируют полярность – соединяют одноименные площадки (на ленте есть маркировка).
Хотя светодиоды и балластные резисторы и не относятся к сверхчувствительным элементам, статическое напряжение может вывести их строя и их. Чтобы предотвратить выход из строя компонентов пайку ведут паяльником с заземленным жалом и, при возможности, в заземленных антистатических браслетах.
Соединение коннекторами
Пайка ленты требует аккуратности и представляет достаточно сложную задачу для пользователя, не имеющего навыков и опыта. Гораздо проще соединить участки ленты с использованием коннекторов. Фактически они представляют собой мини-разъемы, обеспечивающие надежный механический контакт.
Для соединения достаточно:
- Обрезать ленту по обозначенной линии реза.
- Ввести концы отрезков в открытый коннектор.
- Закрыть фиксатор.
При этом контактные площадки размещаются на контактах коннектора, а фиксатор обеспечивает их прижим и надежное соединение. Особенно удобно работать с фиксаторами с RGB-источниками, для которых требуется 4 провода.
Используют коннекторы:
- двухсторонние без изменения направления (для сращивания нескольких участков ленты).
- двухсторонние с поворотом на 90 градусов;
- двухсторонние с соединением гибким проводниками;
- односторонние с проводниками для подключения к источнику питания/контроллеру.
Подключение к источнику/контроллеру
Подключение к блоку питания/контроллеру осуществляют гибкими проводниками припаянными или присоединенными коннектором.
При соединении соблюдают полярность — «+» ленты должен присоединяться к «+» контакту или клемме источника. Для RGB-лет с раздельным управлением каналами, каждый из каналов присоединятся к соответствующему выводу контроллера/регулятора.
Переполюсовка (неверная полярность) при подключении ленты не приводит к выходу из строя компонентов светодиодных модулей.
При подключении следует контролировать выполнение ограничений по длине участка. Подключение участка более предельной длины, указанной в характеристиках (как правило, 5м) приведет к уменьшению светимости последних сегментов и перегреву первых из-за увеличения токовой нагрузки на них сверх номинальной.
При необходимости подключения ленты большей длины, ее делят на отрезки и подключают их параллельно. Желательно подключать параллельно весь набор участков, на которые порезана лента, это позволит выровнять токовую нагрузку и обеспечить равномерное свечение.
Практические советы:
- Когда производится подключение нескольких отрезков, нерационально тянуть от каждого из них проводники к источнику питания. Лучше организовать общие токоведущие шины с отводами к участкам. Это позволит сократить время и объем работ по монтажу, общую длину проводников и их стоимость. Следует помнить, что сечение проводников токоведущих шин выбирают по суммарной токовой нагрузке от всех участков.
- Подключение каждого отрезка лучше выполнять не на крайний, а на центральный сегмент. В этом случае выравниваются токи и, соответственно, свечение сегментов. Такое подключение позволяет также обойти ограничение по длине отрезка – его можно увеличить вдвое.
Поле того, как подключение выполнено, систему кратковременно включают в сеть, контролируют работу каждого участка и всех сегментов. Если замечено уменьшение светимости сегментов, изменяют конфигурацию системы, чтобы добиться равномерной засветки.
Монтаж на радиаторы, сборка системы
Светодиоды чувствительны к перегреву, поэтому для надежной длительной работы ленты необходимо обеспечить рассеивание выделяющегося тепла. В тепло преобразуется бОльшая часть потребляемой лентой мощности, поэтому желательно предусмотреть ее монтаж на теплоотвод. В качестве радиатора используют алюминиевую пластину или оребренный профиль из алюминиевого сплава.
Расчет ведут из соображений – на каждый 1 Вт мощности нужно обеспечить эффективную площадь рассеивания (при естественном охлаждении) порядка 10-15 см2. При этом перегрев будет составлять 25-20оС. При необходимости можно обеспечить принудительное воздушное охлаждение (вентилятором).
Собранную таким образом систему монтируют на отведенные места, подключают к источнику и регулятору и запускают в работу.
Вопросы и ответы
При необходимости, рез можно выполнить в любом месте, не затрагивая установленные компоненты. При этом сохранится работоспособность всего участка. Возможно, не будет светиться единственный сегмент, по которому был произведен разрез.
В процессе монтажа потребуются изменения направления и уровня. В этом случае велика вероятность перегибы и нарушения печатных соединений. Кроме того, порезку и соединение выполняют, когда требуется несколько источников освещения или светового декора одного (ленточного) типа.
Конечно, можно, но при этом контролировать, чтобы суммарная длина не превысила допустимую. В противном случае получиться тот же эффект – потеря светимости последних сегментов и перегрузка первых.
Можно, но обязательно обеспечить соответствующее охлаждение. Защищенные ленты покрыты силиконовым слоем, ухудшающим рассеивание тепла. Как правило, в помещениях их обязательно монтируют на радиаторы.
Использование светодиодной ленты открывает множество возможностей в организации освещения и светового декора. Она экономична и практична – при соблюдении некоторых условий подключить светодиодную ленту своими руками сможет практически каждый.