Устройство и подключение питания светодиодной ленты

Устройство и схема светодиодной ленты

Вкратце – что такое светодиодная лента и как она устроена. В качестве примера – Gauss Led, 5 метров, питание 12 В, 4,8 Вт/м, 60 светодиодов 3528 на метр, без влагозащиты.

Сразу скажу, что лента может иметь разную конструкцию, схему, напряжение питания, количество светодиодов на метр, их мощность, цвет, и т.д. Та светодиодная лента, что я рассматриваю в этой статье – пожалуй, простейшая и самая дешёвая.

Такая лента фактически состоит из вот таких кусочков:

2 кусочка диодной ленты.

На фото показаны два таких кусочка, каждый содержит по 3 светодиода и 1 ограничивающий резистор. Продается лента в бобинах длинными кусками, обычно по 5 метров. Устройство светодиодной ленты таково, что её можно резать, как и дюралайт, но кусочки существенно короче – обычно 5 сантиметров. В дюралайте – метр или 2!

Схема элементарного (минимально возможного) кусочка диодной ленты выглядит таким образом:

Светодиодная лента – схема элементарного отрезка. Меньше быть не может.

Схема всей светодиодной ленты выглядит так:

Схема светодиодной ленты

Если длина ленты – 5 м, а длина минимального отрезка – 5 см, то нетрудно догадаться), что количество кусочков в ленте будет 100 штук.

Подключение с контроллером

Многоцветные светодиодные ленты могут использоваться не только для освещения, но и в качестве дополнительного украшения интерьера помещения. Они разделены на группы и управляются с помощью пульта и специального контроллера. Таким образом, в схему добавляются дополнительные элементы.

Цветовая гамма передается тремя цветами. Это красный (Red), зеленый (Green) и синий (Blue). Поэтому разноцветные светодиодные ленты относятся к типу RGB. В каждой полосе имеются три группы светодиодов, которые светятся этими тремя цветами. У светодиодов одинакового цвета отсутствуют схематические связи между собой. У каждой группы имеется свой собственный выход, поэтому любая лента оборудована четырьмя контактами, три из которых соответствуют группам цветов, а один служит для подачи питания.

При подключении всех трех управляемых контактов к общему сигнальному выходу получится белый цвет. Если включить их по одному, они будут давать только красный, синий или зеленый цвет. Для получения различных оттенков и управления ими, светодиодная лента должна подключаться через контроллер. Контроллер обеспечивает одновременное включение всех трех линий. Однако интенсивность сигнала в каждом канале будет различной. По типу управления эти устройства могут быть механическими или электронными. В первом случае коммутация осуществляется вручную, например, с помощью обычного трехклавишного выключателя. Главным недостатком этого способа считается существенное ограничение спектра цветовых эффектов. Электронные контроллеры обеспечивают управление не только количеством имеющихся светодиодов. Они регулируют интенсивность их свечения. Эти приборы могут быть оборудованы одним или несколькими каналами, в зависимости от количества лент, подлежащих управлению. У каждого контроллера имеется отдельный выход в виде провода с чувствительным элементом на конце. Он необходим для регулировки света пультом управления.

Мощность (яркость) ленты

Понятно, что яркость зависит от плотности расположения светодиодов на погонный метр, и от мощности этих диодов.

Сейчас в основном в продаже ленты с двумя типами светодиодов – 3528 (менее мощные, пример в статье) и 5050 (более мощные). На взгляд их отличить очень просто – 5050 крупнее и имеют форму квадрата.

Для информации, SMD-светодиоды, которые используются в светодиодных лентах. Их параметры сведены в таблицу. Первые две цифры и вторые две цифры в названии – соответственно, длина и ширина. А размер косвенно указывает на мощность.

Типоразмеры SMD светодиодов

Как обойтись без источника питания

Если нет возможности установить блок питания, есть два варианта:

• использовать ленту, рассчитанную на напряжение 220 В;
• запитать низковольтный светильник без трансформатора через балластный элемент, ограничивающий ток и гасящий излишек напряжения.

В первом случае напрямую подключать светодиодное устройство в сеть переменного тока нельзя. Светодиод, как полупроводниковое устройство, пропустит только положительную часть синусоиды. Но во время отрицательной к нему приложится обратное напряжение, на которое LED или цепочка не рассчитаны. Поэтому жизнь осветительного прибора будет короткой. Надо подключать через выпрямитель. Лучше через мостовой. Диоды должны выдерживать полный ток ленты и обратное напряжение не менее 320 В.

Подключение светильника через выпрямитель.

Это относится и ко второму варианту, но здесь еще нужен будет дополнительный резистор. Его сопротивление рассчитывается по следующей методике:

1. Находится рабочий ток по формуле I=Руд*L/Uном, где: Руд – удельная мощность, потребляемая 1 метром ленты, Вт; L – общая длина LED-ленты, м; Uном – номинальное напряжение светильника (12..36 В).
2. Определяется падение напряжения на балласте Uбал=310-Uном, где 310 – амплитудное значение напряжения в сети.
3. Находится сопротивление балласта R=Uбал/I. Если ток в амперах, то сопротивление будет в омах.
4. Мощность резистора считается как Ррез= Uбал*I. Берется ближайшее большее значение стандартного ряда мощностей.

Расчет несколько упрощен, здесь не учтено сопротивление светодиода в открытом состоянии. Но для практики точность достаточна.

Совет эксперта

Стариков Михаил

Старший инженер-электроник

Задать вопрос

У такого способа есть два недостатка. Все элементы ленты при включении в сеть будут находиться под напряжением 220 В. Также надо иметь в виду, что расчет относится к конкретной длине конкретной ленты. При замене светильника или изменении общей длины расчет балласта надо производить заново.

Вместо резистора можно установить конденсатор. Преимущество – он не будет греться. Расчет емкости выполняется по приведенной формуле:

С=4,45*I/(310 — Uном), где:

• С – необходимая емкость в мкФ;
• I — рабочий ток, найденный ранее;
• 310 – амплитудное напряжение сети в вольтах;
• Uном – номинальное напряжение светильника (12..36 В).

Но в схеме появятся дополнительные элементы:

• R1 – резистор для разряда конденсатора после снятия питания;
• R2 – для ограничения броска тока на заряд конденсатора в момент включения.

Номинал первого резистора – несколько сотен килоом, второго – несколько десятков ом.

Подключение светодиодной ленты

Включенная в лабораторных условиях светодиодная лента выглядит так:

2 кусочка диодной ленты – подано питание. Полярность +/- имеет значение.

При подключении питания светодиодной ленты играет роль полярность питания, как и во всём полупроводниковом мире. В отличие от ламп накаливания и нагревательных элементов, где полярность роли не играет. Однако, если включить светодиодную ленту в неправильной полярности, ничего страшного не случится – она просто не будет гореть. Можно не боясь проверять правильность подключения, меняя питающие провода местами.

Если нужно отрезать кусочек ленты от целого куска, его приходится паять, то есть припаивать питающие провода к контактным площадкам, которые имеются на торцах каждого элементарного куска. Там ещё нарисованы ножнички. Провод для подключения светодиодной ленты нужно использовать тонкий, сечением не более 0,5 мм2, как это показано на первом фото статьи. Контактные площадки перед пайкой зачистить и залудить. Паяльник использовать мощностью не более 40 Вт, лучше – 25 Вт.

И помните, место пайки – самое ненадежное место во всей конструкции, его надо оберегать от механических перегрузок!

Для некоторых типов лент в продаже есть специальные разъемы, которые одеваются на ленту, при этом пайку использовать не надо.

На фото ниже показан пример, как подключить светодиодную ленту через разъем:

Разъемы для подключения светодиодной ленты Jazzway

Светодиодная лента соединена через разъем

Способы соединения

Подключение светодиодной ленты к блоку питания последовательное. Потому обращаем внимание на полярность: соединяем «+» только к такому же полюсу, а «-» — к минусу.

На конце ленты, которая приходит на бобине припаяны проводники. Если свечение монохромное, проводников два — «+» и «-«, у многоцветных 4, — один общий «плюсовой» (+V) и три цветных (R — красный, G — зеленый, B — синий).

Бобины в чистом виде

Но не всегда нужен 5-метровый кусок. часто требуются более короткие отрезки. Разрезают ленту по нанесенным линиям.

Линии разреза на светодиодных лентах

На фото вы видите по обе стороны от линии разреза контактные площадки. На каждой ленте они подписаны, так что запутаться при подключении довольно сложно. Чтобы было еще проще, используйте проводники разных цветов. Так будет нагляднее и вы точно не запутаетесь.

Коннекторы

Соединить светодиодную ленту можно без пайки. Для этого есть специальные коннекторы. Это специально разработанные устройства — пластиковые корпуса, которые обеспечивают должный контакт. Есть коннекторы:

• для подключения к ленте проводников;
• соединение двух лент. Разные типы коннекторов

Все очень просто: открывается крышка, вставляется лента или проводники с оголенными концами. Крышка закрывается. Соединение готово.

Способ очень простой, но не очень надежный. Контакт обеспечивается только давлением, и если немного крышка ослабляется, начинаются проблемы.

Пайка

Если есть хоть какие-то навыки пайки, лучше использовать этот способ. Для работы потребуется паяльник средней мощности, с тонким или заточенным жалом. Нужна канифоль или флюс, а также олово или припой.

Зачищаем от изоляции концы проводников, скручиваем их в плотный жгут. Берем разогретый паяльник, укладываем проводник на канифоль, прогреваем его. Берем на жало паяльника немного припоя, снова прогреваем провода. Жилы должны затянутся оловом — залудиться. В таком виде проводники легко паять.

Как подсоединить диодную ленту

Аналогичным образом пролудить желательно и контактные площадки: окуните паяльник в канифоль, прогрейте площадку. Следите, чтобы олово не вытекало за пределы площадок. Возьмите подготовленный проводник, уложите его на площадку, прогрейте паяльником. Олово должно расплавиться и затянуть проводник. Секунд 10-20 удерживайте проводник на месте (иногда проще держать тонкогубцами или пинцетом — проводник греется), подергайте. Он должен крепко держаться. Аналогичным образом паяем все необходимые проводники.

НА RGB лентах с 4-мя проводами следите, чтобы площадки не соединились во время пайки. Расстояние меду контактами очень маленькое, малейшие потеки могут испортить все дело. Действуйте аккуратно.

Посмотрите процесс пайки диодной ленты в видео. Вам нужно будет повторить все.

Подключение блока питания для светодиодной ленты

Это в качестве бонуса – как практически подключить светодиодную ленту. Тут есть несколько тонкостей (не люблю слово “нюансы”).

Питание светодиодной ленты обеспечивается блоком питания. У него для этого случая важны два параметра: напряжение (обычно 12 или 24 Вольта) и мощность (зависит от длины ленты и мощности светодиодов). Чуть ниже расскажу об этом поподробнее.

Вот на всякий случай фото блока питания:

Блок питания для светодиодной ленты.

Этот блок мощностью на 60 Ватт, с запасом на два куска по 24 Ватта.

Контакты блока питания светодиодной ленты.

Такие блоки питания лучше всего купить на АлиЭкспресс, сравните цены там и в соседнем магазине. Единственный минус – придётся подождать 30-40 дней, поэтому такой вариант для экономных и расчётливых).

Вот для примера несколько ссылок. Мощность БП и длина ленты подобраны с запасом.

1. Блок питания для ленты 12 В 5A 60 Вт. Для ленты 4,8 Вт/м хватит на 10 метров, для 9,6 Вт/м – на 5 метров (1 бобина).

2. Блок питания для ленты 12 В 10A 120 Вт. Для ленты 4,8 Вт/м хватит на 20 метров, для 9,6 Вт/м – на 10 метров.

3. Блок питания для ленты 12 В 20A 240 Вт. Для ленты 4,8 Вт/м хватит на 40 метров, для 9,6 Вт/м – на 20 метров.

Раз уж заговорили о таких больших длинах, важное замечание. Если длина подключаемого участка светодиодной ленты 10 м и более, и весь этот участок можно окинуть взглядом, то можно будет заметить, что яркость к концу участка падает. Чтобы устранить этот эффект, нужно подключать такой длинный кусок ещё в одном месте. Например, в конце, или в середине.

При подключении светодиодной ленты к блоку питания главное – соблюдать полярность. По контактам – фаза, ноль, земля – это вход БП. Контакты -V и +V это выходное напряжение 12 В. Правее подстроечный резистор, им можно скорректировать выходное напряжение примерно от 11 до 13 Вольт.

При повышении питающего напряжения температура светодиодов повышается, а срок служб, светодиодной ленты резко снижается (со временем падает яркость).

На упаковке обычно пишется напряжение ленты, исходя из этого выбирается блок питания – 12 или 24 В.

Мощность LED-ленты должна быть не более 75% мощности блока питания. Иными словами, должен быть запас по мощности не менее 25%. Мощность данного куска (отрезка) ленты узнать просто. Надо мощность погонного метра (Ватт на метр) умножить на длину ленты.

Например, погонная мощность ленты Гаусс, приведённой для примера ниже, равна 4,8 Вт/м. Значит, мощность куска 5м будет 24 Вт. И блок питания надо подобрать мощностью 35…50Вт.

Если мощность блока будет сравнима с мощностью нагрузки – блок может перегреться, особенно если установлен в тесном пространстве под потолком. А если мощность источника питания меньше мощности ленты, лента просто не сможет включиться, и будет моргать, пытаясь включиться. Другими словами – БП просто не сможет запуститься, будет срабатывать внутренняя защита.

И ещё по подключению блока питания. Ни в коем случае не подавайте на него питание через выключатель с подсветкой! Иначе будет нечто похожее, описанное в статье про то, как моргает выключенная энергосберегающая лампа. Здесь БП будет пытаться запуститься, и резистором 1 МОм не отделаться. Даже 100 кОм может быть мало.

Естественно, контакты должны быть тщательно защищены от случайного прикосновения. Ниже даны фото, как просто обезопасить от прикосновения к открытым контактам с помощью отрезка кабель-канала подобранной ширины.

Как закрыть контакты БП_безопасность с применением кабель-канала

Закрытые кабель-каналом контакты БП для светодиодной ленты

Есть блоки питания для светодиодной ленты со специальными защитными крышечками, но они помогают слабо, и электробезопасность всё равно низкая. Можно, конечно, замотать всё это изолентой… но смотреться будет не очень.

Есть и другие блоки питания, в пластиковых корпусах и влагозащищенные. Возможно, они более предпочтительнее в жилых помещениях, в местах, куда может залезть ребенок/кошка/собака.

Типы и виды

Перед подключением светодиодной ленты стоит разобраться в их видах и маркировке. Так вы не ошибетесь с выбором блока питания и точно рассчитаете требуемую интенсивность свечения, длину ленты и другие параметры.

Наиболее востребованы в подсветке интерьеров ленты из однотонных — монохромных — кристаллов. Постоянная смена цветов слишком напрягает, не дает расслабиться. Это — иллюминация, а не освещение. Потому используются универсальные ленты для создания рекламы, подсветки автомобилей — там, где необходимо привлечь внимание. При оформлении интерьеров применяют в основном SMD ленты.

Степень защиты

Так как область применения обширна, то и степень защиты бывает разной. Для сухих помещений выпускаются обычные открытые — без защитного покрытия. Есть влагозащищенные — их можно использовать во влажных помещениях — в ванных например. Они залиты слоем лака. Есть еще один вариант — влагостойкие. Они запаяны в герметичный корпус и могут быть смонтированы прямо в воде — в аквариуме, в пруду или бассейне. Их же можно использовать для подсветки на улице.

Герметичные ленты для подсветки аквариумов, бассейнов или декоративных прудов

Yandex.RTB R-A-1479455-7

Для наружного стайлинга автомобилей чаще всего используют светодиодные ленты, помещенные в прозрачную полимерную трубку. Она защищает не только от попадания влаги, но и от механических повреждений, но и стоимость их выше.

Размеры светодиодов, их яркость и плотность

Разберемся с размерами. Если взять несколько лент, можно увидеть, что сделаны они из светодиодов разного размера. Кроме того располагаются они иногда плотно один возле другого, в некоторых — на довольно приличном расстоянии, а еще есть ленты со светодиодами в две линии.

Самые популярные размеры светодиодов

Yandex.RTB R-A-1479455-3

Размеры элементов внешне отличить несложно, но как понять это по маркировке. Размеры отображены в цифрах, которые стоят после букв, обозначающих тип светодиода. Например, LED-R-SMD3528 (красный) и LED-RGB3528 (универсальный) собраны из элементов размерами 3,5*2,8 мм, LED-G-SMD5050 (зеленый) и LED-RGB5050 (универсальный) — 5,0*5.0 мм.

Это — два самых распространенных типа, хотя есть и более крупные — 56*30 мм, а также встречаются более мелкие — 20*20 мм.

Чем больше размер кристалла, тем большую интенсивность света они выдают. Для монохромных кристаллов показатели такие:

• размером 3,2*2,8 мм выдает световой поток от 0,6 до 2,2 лм;
• размером 5,0*5,0 мм — от 2 до 8 лм.

Универсальные светодиоды при одинаковых размерах имеют меньшую интенсивность: в одном корпусе запаяны три мелких кристалла разных цветов, потому и интенсивность свечения RGB ниже:

• 3,2*2,8 мм выдает 0,3 до 1,6 лм;
• размером 5,0*5,0 мм — от 0,6 до 2,5 лм.

Все значения даны для кристаллов без защитного покрытия. Любое из них снижает интенсивность свечения и это необходимо учитывать при расчете яркости свечения.

Расчет длины

Выше речь шла о каждом отдельном светодиоде на ленте, а на ленте их много и они располагаются с разной плотностью, соответственно выдавать могут поток света разной интенсивности. Минимальное количество кристаллов на одном метре — 30 шт, самая высокая плотность в один ряд — 120 шт/м, в два ряда — 240 шт/м.

В зависимости от количества кристаллов меняется и суммарная интенсивность свечения и электрическая потребляемая мощность. Для удобства расчета требуемой интенсивности освещения и электрических параметров, технические данные сведены в таблицу.

Таблица мощности светодиодных лент с разной плотностью установки светодиодов

Yandex.RTB R-A-1479455-8

По этой таблице можно определить, какой длины необходима лента для подсветки. Например, хотите сделать подсветку в комнате, свечение средней интенсивности. Заменить необходимо две лампы накаливания по 80 Вт. Необходимо организовать световой поток порядка 140 Вт (две лампы по 80 Вт никогда не дадут 160 Вт).

Если для этих целей взять SMD3528 с количеством светодиодов 120 шт/м необходимо будет около 5 метров ленты (берем с с запасом 20%), SMD5050 с плотностью установки 60 шт/м потребуется 4-4,5 метров.

Вообще светодиодную ленту продают на метры. С завода она приходит бобинами по 5 м и далеко не всегда необходим кусок такой длины. Потому имеется возможность отрезать необходимое количество: по нанесенным пунктирным линиям с изображением ножниц. Строго по этим линиям и можно резать.

Разрезают светодиодную ленту ножницами строго по разметке

Если ножницы не нарисованы, то обязательно есть пунктир. Также линию реза можно определить по наличию контактных площадок с обеих сторон от линии.

Инструкция к светодиодной ленте

Кому надо – выкладываю, что было в комплекте к ленте.

Этикетка к ленте Gauss Led 1

Этикетка к ленте Gauss Led 2

Инструкция к светодиодной ленте 1

Инструкция к светодиодной ленте 2

Выбирайте качественный кабель

Кабели для подключения светодиодных лент необходимо приобретать нормального качества, чтобы их сечение соответствовало номинальному. У дешёвых кабелей сечение может быть меньше на 20-30%, что увеличит падение напряжения в кабеле и снизит яркость свечения ленты.

Это относится вообще ко всем кабелям, включая ВВГнг и даже витую пару — дешёвый кабель почти всегда имеет меньшее сечение, чем на нём написано. На кабелях для освещения, если он сечением 1.5мм2, или для розеток, сечением 2.5мм2, защищённых автоматами 16А, небольшое уменьшение сечения не скажется на работе, а в случае с лентами оно может повлиять на результат сильно.

Напоминаю: кабели ШВВП и ПВС для стационарной прокладки использовать нельзя ни для каких целей. Ленту, разумеется, удобно подключать многожильным гибким кабелем, а не одножильным жёстким, так что можно использовать кабели МКШ, КГВВ, в качестве перемычек даже одножильные ПУГВ.

У самого Arlight, кстати, есть соединительные кабели для светодиодных лент. Они удобны тем, что цвета жил у них понятные. Для монтажа и пайки они удобны. Но максимальное сечение там 0.84мм2 — подойдёт для подключения немощных кабелей или для монтажа от распределительной коробки до ленты. И стоимость гораздо выше, чем у КГВВнг(А)-LS.

Информация для покупателей

На рынке предлагается большой ассортимент светодиодных лент и дополнительного оборудования для их подключения. Сюда входят:

• блоки питания;
• контроллеры;
• диммеры;
• профили для ленты.

Средняя цена светодиодной ленты, блока и одного контроллера – от 20 долларов до 200. Стоимость изделия зависит от многих факторов. Здесь учитывается и марка оборудования и её технические характеристики.

Делайте правильный выбор господа и помните: «скупой платит дважды»!

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.

Система подключения к USB

Подключение фоновой подсветки для монитора позволяет снизить нагрузку на зрение, особенно когда смотришь фильмы в темноте. Для этого продаются комплекты подсветок уже с блоком питания и управления, светодиодами и необходимыми разъёмами.

Блок питания устанавливается на задней стенке монитора (его можно приклеить или закрепить на двухсторонний скотч). Далее, закрепить по краю задней панели монитора светодиодные ленты, подключить проводами к блоку и разъёму USB. Установить необходимый драйвер и можно пользоваться. Драйвера в комплект поставок не входят, но их можно скачать с сайта производителя.

Необходимые для работы материалы и инструменты

Для создания и подключения LED ленты USB могут потребоваться:

• сама лента;
• провод или отдельный штекер USB под пайку (оптимальный вариант);
• паяльник и припой, в идеале — паяльная станция с регулируемой температурой и отсосом дыма;
• ножницы, нож или иной инструмент для снятия изоляции;
• тестер или мультиметр;
• соединительные провода;
• токоограничивающий резистор (номинал рассчитывается исходя из рабочего напряжения светодиода);
• отвертка, пассатижи (на всякий случай).

В этот перечень намеренно не внесены материалы для крепления ленты, поскольку для каждого случая применяются свои методы монтажа.