Виды светодиодных лент — устройство и особенности работы

Появление светодиодных осветительных приборов произвело революцию на рынке светотехники. И дело не только в сверхнизком, по сравнению с лампой накаливания, потреблении электроэнергии. Светоизлучающие кристаллы обладают небольшими габаритами, поэтому из них можно комбинировать источники света различной формы. Широкое распространение получили гибкие приборы в виде светящихся лент.

Как устроена LED-лента и принцип ее работы

Принцип работы ленты, как и любого LED-светильника, основан на способности полупроводниковых p-n переходов излучать при прохождении тока. Частота излучения может лежать в инфракрасном, видимом или ультрафиолетовом участке. Таким способом можно получить монохромное свечение, но не белый цвет, который является смесью цветов видимого участка спектра. Прорывом стала разработка LED, в которых светоизлучающим компонентом стало покрытие из люминофорного вещества. Его свечение инициируется за счет излучения p-n перехода, которое не обязательно должно быть видимым (обычно УФ-свечение). Это резко расширило область применения LED-светильников и с этого началось их триумфальное распространение.

Популярность гибких светильников основана на возможностях их применения. Такой прибор можно закрепить в самых разных местах с любой конфигурацией. Устройство светодиодной ленты несложно. На гибкую основу различной толщины нанесены группы светодиодов с гасящими резисторами или с адресными микросхемами. Вдоль полотна идут шины питания, с двух сторон заканчивающиеся контактными площадками. На другую сторону многие производители наносят клеевой слой для упрощения монтажа.

Полотно можно разрезать в указанных местах, формируя отрезки необходимой длины. Схемы групп, типы светодиодов и номиналы резисторов задают характеристики светильника и область его применения.

Где применяются светильники на гибкой основе

Область применения LED-лент можно разделить на два больших сектора в зависимости от устройства светильника:

1. Освещение улиц и интерьеров. Для этой цели применяются, большей частью, светодиоды белого цвета излучения. Можно выбрать светильники с теплым (красно-желтым) спектром, их применяют в жилых помещениях для спален, гостиных и т.д. Приборы, излучающие в нейтральном участке, используют для наружного освещения и в производственных помещениях, а также в гостиных, кухнях и общественных заведениях. В музеях и ювелирных салонах больше подойдут холодные оттенки белого. Удобно применять отрезки светодиодного полотна для создания локальной подсветки.

   

2. Декоративная подсветка зданий, архитектурных сооружений, а также праздничная иллюминация. Здесь широко применяются RGB-ленты, позволяющие динамически изменять цвет свечения. Любые границы в создании световых эффектов перестали существовать после появления светильников на основе адресных светодиодов.

   

Для каждой сферы использования можно подобрать светильник, наиболее подходящий по возможностям и по стоимости.

Как маркируют LED-ленты

Принятие единой системы маркировки светодиодных лент назрело давно, но производители светотехнического оборудования между собой договариваться не спешат. Поэтому существует несколько различных параллельных способов краткого обозначения характеристик LED-полотен. Наиболее информативной выглядит маркировка вида RTW 2-5000PGS-12V-DayWhite 2x (3528, 600 LED,W). Расшифровка приведена в таблице.

В этой системе не нашлось места как минимум двум важным параметрам, без которых выбор светотехнического прибора затруднен:

• энергопотребление одного метра ленты (его можно лишь ориентировочно оценить по типоразмеру применяемых LED и плотности их установки);
• степень защиты (здесь тоже можно сделать приблизительную оценку по способу герметизации).

Но эта маркировка выглядит наиболее подходящей для принятия в качестве стандарта или хотя бы основы для него.

Видео-блок дополнит сказанное выше.

Многообразие видов светодиодных лент

Конкуренция на рынке светотехнического оборудования заставляет производителей закрывать все ниши применения LED-приборов, и даже создавать новые. Делается это путем выпуска разновидностей осветителей, не имеющих аналогов и прототипов в более ранних разработках.

По цвету излучения

Монохромные ленты

С разработкой светодиода с белым цветом излучения у LED-оборудования не осталось препятствий для полного завоевания рынка. Но даже белый свет не одинаков, и имеет градации по спектру излучения, характеризуемого цветовой температурой (в Кельвинах).

Потребитель может выбрать от теплых красно-желтых оттенков до холодных сине-фиолетовых. Также можно приобрести монохромные светильники с цветом, отличным от белого. В их маркировке присутствует название цвета на английском языке (Green, Blue и т.д.).

RGB-светильники

Этот тип лент содержит три светодиода красного, зеленого и синего цветов. Это дает возможность получать свечение практически любого цвета путем смешивания в разных пропорциях трех основных оттенков. И это свечение можно изменять динамически. У дизайнеров в руках оказывается почти неограниченный потенциал по созданию архитектурных подсветок, визуальных эффектов и т.д. Такие приборы в обозначении имеют символы RGB и управляются с помощью контроллеров (промышленных или любительской разработки).

Единственное ограничение такие светильники имеют по белому цвету – чистый белый получить из трех основных цветов невозможно. Для случаев, где это критично, к каждым трем цветным светодиодам добавляется один белый. Он «подкрашивает» синтезированный белый цвет. Маркируется такая лента литерами RGBW (RGB+White).

Читайте также

Отличия RGB, RGBW и RGBWW светодиодных лент

 

Светильник на основе адресных светодиодов

Эта разновидность LED-лент не имеет аналогов в мире осветительной техники и обладает безграничной мультимедийной составляющей. Ее главное отличие от обычной RGB-ленты в том, что доступно регулирование свечения каждого трехцветного элемента отдельно. Светильники с шиной SPI могут управляться от промышленных пультов, для приборов с однопроводной шиной (например, на основе элементов WS2812b) используют схемы управления на основе микроконтроллеров (в том числе, на платформе Ардуино). Это позволяет полностью использовать возможности, заложенные разработчиками.

Разновидности по исполнению

Обычные LED-ленты имеют степень защиты IP20. Это означает, что прибор защищен от попадания твердых частиц размером более 12,5 см и совсем не защищен от попадания воды. Такое исполнение не позволяет применять осветитель на открытом пространстве, не говоря о влажных помещениях. Поэтому производятся специальные типы лент с дополнительной защитой:

• в виде надетой на полотно прозрачной силиконовой трубки – в маркировке присутствует обозначение P;
• полотно может быть залито прозрачным герметиком – обозначается символами SE;
• если присутствуют оба способа защиты (силиконовая трубка заполнена герметиком), в маркировке есть символы PGS.

Такие методы защиты позволяют выпускать LED-светильники со степенью защиты до наивысшей (IP68) и применять ленты даже под водой.

По применяемым светоизлучающим элементам

Для формирования светового потока LED-лент применяются различные типы светодиодов, включая корпусные цилиндрические. Но наибольшее распространение получили ленты на основе безвыводных элементов (SMD). Такое исполнение наиболее технологично при производстве и позволяет несколько снизить стоимость светотехники. Форм-фактор LED маркируется четырьмя цифрами, обозначающими размеры элемента в плане (длина и ширина). Эти символы обычно входит в маркировку ленты.

Для лент RGB используются светодиоды, содержащие в одном корпусе три кристалла с различными цветами излучения. Они имеют раздельное управление, но их аноды соединены. Обычно эти элементы применяются также в безвыводном исполнении.

Для создания адресных лент используют миниатюрные ШИМ-драйверы, в которые могут быть встроены светоизлучающие p-n переходы. Но также широко применяются микросхемы с внешним подключением трех LED базовых цветов (или светодиодной матрицы в едином корпусе).

Потребляемая мощность

Для создания светового потока светодиод потребляет электрическую мощность. Хотя отношение этой мощности к интенсивности излучения у LED намного выше, чем у лампы накаливания, светильники в виде ленты могут потреблять значительный ток. Он определяется:

• энергопотреблением единичного элемента (зависит от его типа);
• количеством LED, установленных на ленте (зависит от плотности расположения).

На практике имеет значение такой параметр, как мощность, потребляемая одним метром ленты. При расчетах системы освещения отталкиваются от этой характеристики. В наиболее распространенной маркировке для этого параметра места не нашлось, но некоторые производители относятся к нему серьезно. Так, одна из лент, выпускаемых под брендом Apeyron, обозначается, как Apeyron Electrics LSE-159 SMD 5050 30LED IP20 12В 7,2Вт 5 м. Здесь 7,2 Вт – удельная мощность потребления.

Читайте также

Расчет потребляемой мощности светодиодной ленты 12В

 

Направленность потока света

В большинстве случаев световой поток направлен поперек плоскости полотна. Но может возникнуть ситуация, когда надо осветить поверхность, а расположить ленту строго над ней проблематично. Либо надо избежать ситуации, когда свет будет бить человеку в глаза. Тогда применяют ленту бокового свечения — у нее светодиоды основной поток направляют вдоль плоскости полотна, то есть, вдоль поверхности, на которую наклеена лента.

Такая LED-лента в наиболее распространенной маркировке обозначается:

• RS – в открытом исполнении;
• RSW – в герметичном исполнении.

Наклеив такой светильник на стену, можно подсветить ступеньки, не ослепляя людей.

Как подключить LED-ленту

Светильники на гибкой основе по способу подключения делятся на несколько категорий:

1. Монохромные 220 В. Подключаются к сети через выпрямительное устройство.
2. Монохромные низковольтные. К этой категории относятся LED-светильники на рабочее напряжение 5/12/24/36 вольт. Их лучше всего запитывать от блоков питания на соответствующее напряжение. Если лента применяется на автомобиле, ее можно подключать непосредственно к бортсети.
3. RGB-светильники. Для полной реализации возможностей такие LED-ленты запитываются от источника соответствующего напряжения, а управляются от промышленного или самодельного контроллера. Можно включить на постоянное свечение, но экономический смысл отсутствует – монохромная лента стоит дешевле.
4. Светильники на основе адресных элементов. Напряжение на шины питания подается от отдельного источника, управление производится только посредством контроллера – другого способа нет.

Совет эксперта

Стариков Михаил

Старший инженер-электроник

Задать вопрос

Подключение к бортовой сети автомашины или мотоцикла выполняется через отдельный предохранитель. Также надо предусмотреть коммутационный элемент для возможности быстрого отключения.

Тематическое видео: Всё, что ты хотел знать о светодиодной ленте.

Многообразные виды светодиодных лент позволяют реализовать практически любые варианты освещения для любых целей. Решение об экономической и эстетической целесообразности всегда принимается пользователем.