Как делается светодиодная лента — Информационный …

Как устроена светодиодная лента, что нужно знать при подключении

За последние годы светодиодная лента прочно заняла свое место на рынке осветительных приборов благодаря целой массе достоинств, которые позволяют использовать ее для создания подсветки в различных сферах человеческой деятельности.

Главным достоинством такого изделия является простота сборки и монтажа своими руками. Но чтобы это сделать, нужно знать устройство светодиодной ленты и принцип ее работы. При этом многие предпочитают делать вместе с ней систему управления для освещения. Разобраться в вопросе устройства изделия постарается помочь эта статья.

Где используется

Контроллер и пульт

Многие люди для управления системой освещения и создания неповторимой игры света у себя дома очень часто используют светодиодные ленты. Но чтобы система управления с таким источником света заработала, необходимо дополнительное оборудование: контроллер и пульт дистанционного управления.

Сегодня без светодиодной ленты невозможно обойтись в следующих ситуациях:

• создание на потолке скрытой подсветки;
• ночное освещение рекламных щитов и витрин магазинов;
• тюнинг автомобилей;
• ночная подсветка дома;
• создание романтической атмосферы и многое другое.

Все это разнообразие основывается на широком ассортименте видов такого источника света.

Имеющееся разнообразие

Рынок осветительных приборов сегодня удивляет нас своим многообразием. Но если мы возьмем только ту часть, которая представлена исключительно светодиодными лентами, нам также будет на что посмотреть. На сегодняшний день самыми популярными являются следующие модели:

• SMD 3528;
• SMD 5050;

Кроме этого подобная продукция может иметь разный вольтаж: 12 вольт и 220 вольт. Для подключения изделия в 12 вольт к сети электропитания на 220 вольт обязательно необходимо использовать блок питания. Он позволит без лишних проблем подключить ленту на 12 вольт к стандартной сети в 220 вольт.
Знание того, как устроена лента дает возможность правильного управления ее световым потоком с помощью дополнительного оборудования. Рассмотрим отдельно каждый вид ленты в плане ее устройства.

Первая модель

Модель SMD 3528 – одна из самых популярных лент, которые сегодня широко используются в самых разнообразных областях. Устройство такой ленты простое и она легко подключается к блоку питания или контроллеру.
Устройство SMD (SLW) 3528 предполагает размещение в одном метре ленты 30 светодиодов. Они располагаются с интервалом в 33 мм. Схема такого устройства показана ниже.

Каждый светодиод обладает яркостью в 5 Люменов при белом свечении. В результате яркость одного метра SMD 3528 составит 150 Люменов.
Светодиодная лента SMD 3528 может быть дополнительно защищена от негативного воздействия влаги специальным слоем силикона. С такой модификацией она может быть установлена в такие места, как на потолке в ванной комнате или кухне. При этом ее можно использовать даже в воде, например, для подсветки бассейнов.

Обратите внимание! При установке данного источника света необходимо помнить, что нарезку на куски нужной длины следует делать только в специально отведенных для этого местах. Для создания системы управления к ленте в местах контактов нужно будет припаять провода от дополнительного оборудования. Схема подключения здесь такая же, как и при соединении двух отрезков изделия.

Стоит отметить, что места разреза у влагозащищенных моделей SMD 3528 также снабжены силиконовой защитой.
В продаже имеется лента SMD (SLW) 3528 у которой на один метр приходится 60 светодиодов. В этом случае устройство имеет интервал между диодами в 17 мм. Следовательно, такая продукция характеризуется яркостью в два раза большей, чем предыдущий вариант.
Устройство данного типа состоит из следующих частей (схема приведена ниже):

• металлическая подложка;
• 3 провода, которые проходят внутри этой подложки. Из этих проводов один – общий минус»-«, второй – общий плюс «+» и третий – перемычка между светодиодами, входящих в состав блока.

Каждый блок содержит три светодиода. Такое устройство обусловлено напряжением питания. При напряжении в 12 вольт на три последовательных соединенных светодиода приходится 4 вольта. Это является номинальным напряжением. Поэтому нарезка ленты происходит блочно – каждые три светодиода.

Вторая модель

Светодиодная лента модели SMD 5050 имеет совершенно иное устройство, нежели предыдущий вариант. Схема ее устройства имеет следующий вид.

Отличие заключается в том, что здесь имеется другое количество диодов. Здесь в одном светодиоде есть три кристалла. Но на этом отличия не заканчиваются, так как кристаллы здесь имеют разное цветовое оформление. В SMD (SLW) 5050 используются три базовых цвета:

• синий;
• красный;
• зеленый.

При этом светиться такое устройство будет одним цветом – соответственно красным, синим или зеленным. Но имеется и еще один вариант – свечение всеми тремя цветами сразу. В такой ситуации свечение получится белого цвета. Для управления яркостью и световым потоком можно использовать дополнительное оборудование. Для управления подключаем контролер и здесь уже можно фантазировать: сделать яркость одного кристалла минимальной, а двух остальных оставить на прежнем уровне и т.п.

Обратите внимание! Используя с лентой SMD 5050 контроллер можно получить световой поток до 16 млн. разнообразных вариаций оттенков.

Если вам нужно организовать подсветку на потолке с помощью SMD 5050, необходимо учитывать яркость свечения ленты. SMD 5050 имеет яркость в 12 люмен. Такая лента выдает яркость в три раза больше, чем можно получить при использовании других видов светодиодной продукции.
Как правило, модель 5050 имеет напряжение во все те же 12 вольт. Поэтому для нее также необходим блок питания для подключения к сети 220 вольт. Но есть модели, которые имеют напряжение в 220 вольт. Здесь блок питания не нужен, так как лента с сетью будут иметь одно напряжение. Но SMD 5050 в 220 вольт используют реже, чем 12-вольтные.

Подключение

Светодиодные модели SMD 3528 или 5050 подключаются к контроллеру для управления светом по одной и той же схеме, как при подключении 12-вольтной ленты к сети в 220 вольт. В данном случае следует подключить блок питания, который сделает возможным понижение напряжения до 12 вольт Эта схема показана внизу.

В мотке изделия идут по 5 метров. Поэтому очень часто их следует нарезать, чтобы прикрепить, например, к мебели. Впоследствии эти кусочки любо соединяются друг с другом, либо прикрепляются к блоку питания (для подключения к сети в 220 вольт) или контроллеру. Поэтому рассмотрение схемы подключения начнем с процедуры подготовки источника света.
Схема подключения реализуется следующим образом:

• отмеряем требуемый участок ленты и отрезаем в строго отведенном для этого месте;

Обратите внимание! Длина требуемого отрезка изделия определяется тем, куда вы намерены его прикрепить.

Припаянные провода

• после разрезания провода, которые следует подключать к источнику света, нужно зачистить на концах;
• к контактным площадкам, которые появились на конце ленты, следует подсоединить провода. Для этого при помощи паяльника и паяльного набора (канифоль и олово) припаиваем провода к контактным площадкам;
• после того как провода, в строгом соответствии со своим знаком («-» и «+»), были припаяны к контактным площадкам, проводим обработку рабочей поверхности;
• затем необходима изоляция контактов. Если изоляция будет плохой, то возникает риск короткого замыкания, и осветительный прибор в дальнейшем будет работать некорректно и недолговечно.

Отдельно стоит отметить, что самым простым способом подсоединения проводов будет использование специального LED коннектора. Это так называемый механический способ.

Такой коннектор достаточно просто приложить к контактным площадкам (контакты обоих изделий должны обязательно совпадать) и захлопнуть крышку. Вот и все, нет необходимости в работе с канифолью и оловом.

Обратите внимание! Использование LED коннектора – дорогое удовольствие. По цене один такой контакт обойдется вам примерно как полметра светодиодной ленты. А она сама по себе не самое дешевое приобретение.

Поэтому старый способ паяния контактов на сегодняшний день остается более чем востребованным и актуальным.

Заключение

Прежде чем выбирать светодиодную ленту для создания подсветки на потолке или в любом другом месте дома, необходимо четко понимать различия в устройстве двух основных видов светодиодной продукции. При этом также стоит обратить внимание на то, что напряженность источника света и электросети, которая имеется у каждого из нас дома, обычно отличаются. Поэтому вам в этой ситуации понадобится качественный блок питания, а если вы хотите управлять цветом освещения помещений, необходимо дополнительно приобрести контроллер и пульт дистанционного управления.
Соблюдая правила подключения светодиодной продукции обоих типов к блоку питания и контроллеру, вы сможете создать у себя дома неповторимую игру света, красок и теней.

Устройство светодиодных лент

В этой статье мы рассмотрим светодиодные ленты, опишем их устройство, разновидности, сферу применения, их преимущества.

На рисунке 1 представлена светодиодная лента синего цвета свечения.

Светодиодные ленты благодаря своим качествам, безусловно относятся к перспективным световым источникам и по совокупности параметров превосходят традиционные источники освещения.

Отметим их достоинства. Важнейшим достоинством светодиодных лент является очень широкая сфера применения: их можно использовать при оформлении рекламы, они идеально подходят для подсветки помещений (кухонь, комнат, ванн, торговых залов, офисов) и декоративной подсветки зданий. LED-лента с успехом применяется для подсветки витрин, мебели и предметов декора, а так же для создания инсталляций. Возможно область применения ограничена лишь фантазией покупателя.

К другим достоинствам можно причислить:

• Малые размеры и малый вес;
• Низкое энергопотребление;
• Большой срок службы — более 30 000 часов.
• Высокая светоотдача;
• Равномерность освещения;
• Гибкость ленты, позволяющая крепить её на изогнутых поверхностях;
• Не требует бережного обращения, к которому требовательны лампы со стеклянными колбами;
• Безопасность использования за счет питания от источника с низким напряжением (обычно 12 вольт).
• Клейкая основа ленты не требует дополнительных элементов крепежа, тем самым монтаж ленты может провести человек без специального образования.

Рассмотрим, как устроена светодиодная лента (далее — лента).

Обобщенная конструкция ленты приведена на рисунке 2. В нижней части ленты расположены две токоведущие шины, к которым подключены группы светодиодов. Светодиоды размещены на диэлектрической подложке с электрическими проводниками. Каждая группа обычно включает в себя три последовательно соединенных светодиода и резистор, задающий ток. Электрическая схема ленты приведена на рисунке 3.

Рисунок 2. Устройство светодиодной ленты.

Группы светодиодов включены параллельно, поэтому выход из строя одной или нескольких групп не приведет к отключению ленты (в отличие от гирлянды, в которой лампочки или светодиоды соединены последовательно и отказ одной из них приводит к нарушению работы всей гирлянды).

Внешняя сторона токоведущих шин покрыта самоклеящейся основой. Очень часто светодиодные ленты покрыты сверху силиконовым компаундом. Такое покрытие защищает её от воздействия окружающей среды.

На ленте имеются контактные площадки, к которым подсоединяют провода от блока питания. Лента подключается к блоку питания обычно с выходным напряжением 12 вольт.

При питании от источника с более низким напряжением, лента будет светиться не так ярко, а при напряжении 7 вольт, свечение диодов прекращается. Не следует превышать питающее напряжение, которое указано на упаковке. При повышенном напряжении лента может выйти из строя.

Ленты поставляются в бобинах, длинна светодиодной ленты обычно пять метров. Пользователь всегда может укоротить ленту при помощи ножниц до необходимых размеров. Обрезка ленты осуществляется по контактным площадкам (рисунок 4.), к которым при необходимости подпаиваются провода.

Ленты могут быть как одно- так и многоцветными (RGB светодиодные ленты). Распространенные цвета свечения однотонных лент – белый, синий, красный, зеленый, желтый. Подключение контроллера к RGB ленте позволяет плавно менять цвет и создавать световые эффекты.

Светодиоды на ленте могут быть расположены в два ряда (двухрядные ленты). Такая конструкция обеспечивает более равномерное освещение и высокую яркость.

Мощные светодиодные ленты при работе выделяют много тепла. Чтобы не перегреть светодиоды, такие ленты помещают на специальный профиль, являющийся радиатором.

Адресные светодиоды и светодиодные ленты — как устроены и работают, подключение и управление

Начнем с того, что в обычной светодиодной ленте, независимо от того одноцветная она или RGB, все светодиоды ленты питаются и светятся одновременно, поскольку все они получают питание параллельно от одного источника, драйвера, который работает по своему алгоритму, реализуемому непосредственно внутри драйвера, и просто подает питание сразу на всю ленту, по сути — на все параллельно подключенные к нему светодиоды.

Адресная светодиодная лента, в отличие от обычной, содержит так называемые адресные светодиоды. Это значит, что каждый светодиод хотя и получает питание параллельно от общего источника, включается каждый светодиод по индивидуальной команде, и значит, на каждом светодиоде можно получить собственный уникальный оттенок, один из 255 3 = 16581375 возможных.

В отличие от светодиодной RGB-ленты, в которой все светодиоды одинаково реагируют на сигнал с RGB-контроллера, в адресной LED-ленте каждый светодиод получает индивидуальную команду управления

Каждый светодиод в адресной ленте имеет свой уникальный адрес, по которому драйвер обращается к нему при помощи трехбитной команды. Команды отправляются в линию последовательно, для этого служит третий на ленте провод «DATA INPUT».

Возле каждого светодиода на адресной ленте установлен свой микрочип. Сегодня очень распространены адресные ленты с ШИМ-чипами WS2811.

Корпуса микрочипов DIP-8 либо SOP-8. Каждый чип имеет три выхода — каждый на свой цвет, вход передачи данных, выход передачи данных, вывод питания, вход установки режима и общий вывод.

Есть ленты с питанием чипов 5 вольт, но наиболее часто встречаются ленты с питанием 12 вольт, где один такой чип управляет сразу тремя светодиодами. Чипы на ленте соединены друг с другом последовательно через входы и выходы передачи данных.

WS2812B – более компактная модификация чипа, предназначенная для монтажа внутри корпуса светодиода SMD 5050. Так вся сборка имеет всего 4 выхода: питание, общий вывод, вход передачи данных и выход передачи данных.

Светодиоды WS2812B имеют встроенную интегральную схему (интегральную схему, микросхему) в направлении светодиода

Адресные ленты стоят дороже обычных лент, и применяются обычно там, где простые ленты по какой-то причине не применимы: полноцветные модульные сборки, декоративная подсветка с управлением «soft light», наружная реклама и т. д.

Особенность таких сборок в том, что они способны изменять и цвет и яркость отдельных своих сегментов по более сложному алгоритму, нежели простые LED-ленты, даже если эти LED-ленты оснащены умными драйверами.

ШИМ-сигнал управления подается со специального запрограммированного контроллера на вход ленты, и передается последовательно на вход одного чипа (digital input — DI), выходит из него (digital output — DO), затем проходит через второй чип, и т. д. Управление легко осуществить при помощи программы на ардуино.

Для взаимодействия с адресными лентами подходят библиотеки ардуино FastLED и Adafruit NeoPixel. Внутри библиотек содержатся полноценные скетчи, приняв которые за основу легко освоить самостоятельное создание новых световых эффектов. В заголовке скетча необходимо правильно указать количество светодиодов ленты и номер порта передачи данных.

Каждый RGB-светодиод на самом деле имеет в себе три светодиода (красный, зеленый и синий), поэтому для управления одним сегментом (один сегмент — это RGB-светодиод с чипом) требуется 3 байта информации, один байт — один цвет.

Каждый байт может принимать одно из 255 значений, поэтому в принципе каждый RGB-светодиод способен дать свет одним из 255 3 = 16581375 оттенков. Количество байт в одной команде равно таким образом 3 умножить на количество последовательных рабочих сегментов в ленте.

Посылаемая строка попадает на первый чип, который принимает первые три байта информации, пропуская остальные дальше через выход digital output (DO) – в следующий чип. Выдерживается пауза 50 мкс, означающая что следующий в очереди чип должен принять свои три байта информации. Если пауза будет длиться более 50 мкс, это значит что цикл закончен, и предстоит повторение рабочего цикла.