Конспект
Теория. Электрические цепи. Создание платы.

Схемы устройств
Принципиальные схемы.

Радиодетали
Резисторы. Конденсаторы. Микросхемы. Разъемы.

Инструменты
Материалы и инструменты, необходимые для работы.


Подсветка светодиодами

Введение

Научный прогресс продолжает удивлять человечество новыми изобретениями, вольно предлагая и внедряя их в нашу повседневную жизнь. Не осталось в стороне и освещение. Чрезмерное потребление электроэнергии дало толчок развитию альтернативных источников энергии, поиску более эффективных источников света. Вариант повсеместного внедрения люминесцентных ламп взамен ламп накаливания оказался слишком сложным, а во многих случаях просто нереальным. Главным образом это объясняется низким процентом их применения в быту и трудностями с последующей утилизацией. В результате учёные сделали ставку на повышение коэффициента полезного действия обычных светодиодов. И не ошиблись. За прошедшее десятилетие им удалось достичь такой яркости свечения p-n-перехода, о которой совсем недавно можно было только мечтать. Наступила светодиодная эра. Однако, научной революции в мире освещения не произошло. Процесс заполнения рынка осветительными приборами нового поколения скорее напоминает эволюцию излучающих диодов, плавно вытесняющих своих предшественников.

Сегодняшняя ситуация на рынке светодиодной продукции чётко определила преимущественное предназначение этого типа полупроводников – подсветка. Современные LED (light emitting diode) прочно заняли нишу дополнительного освещения, опираясь, главным образом, на потребительские способности населения. К сожалению, стать источником основного освещения для большинства потребителей LED пока не удаётся, ввиду чересчур высокой стоимости. Хотя намеченная тенденция указывает на то, что ценовой барьер будет преодолён уже в ближайшие годы.

Светодиодная подсветка в ЖК-телевизорах

Положительные результаты, достигнутые в производстве ультра ярких SMD-светодиодов, способствовали завоеванию индустрии по производству жидкокристаллических панелей. Явным фаворитом стала компания Samsung, которая ввела термин «LED TV» с целью продвижения собственной продукции. Вслед за корейским гигантом к освоению новой технологии подключились остальные мировые бренды, что привело к фактическому выводу из производственного процесса люминесцентных ламп типа CCFL. При этом потребитель должен чётко понимать, что термин «LED TV» не означает, что изображение на экране формируется с помощью светодиодной матрицы. Светодиоды (SMD-типа) в современных телевизорах и мониторах расположены за ЖК-панелью и выполняют функцию её подсветки. В зависимости от особенностей строения они могут улучшить технические характеристики по таким показателям:

1. Энергопотребление. Разница между LED и CCFL может достигать 40%. Разница между ЖК-телевизорами с применением этих двух типов подсветки может отличаться в два раза. Например, существуют LED мониторы с диагональю 22-27 дюймов с потребляемой мощностью около 20 Вт.

2. Масса и габариты. По сравнению с лампами излучающие диоды имеют меньшую массу и размеры, что, естественно, сказывается на устройстве в целом. С помощью линзы можно более точно откорректировать световой поток. Но главное достижение – выпуск ультратонких образцов с внешним блоком питания.

3. Срок службы. Наработка на отказ у фирменных LED в несколько раз превышает аналогичный показатель люминесцентных ламп, которые очень чувствительны к частым включениям/выключениям.

4. Контрастность и передача цветов. Процентное улучшение этих показателей зависит от технологии изготовления каждого светодиода. Применение светодиодной RGB-матрицы намного улучшает качество изображения.

Существует три основных способа крепления подсветки экранов.

1. SMD-LED располагают по периметру. Такой метод эффективен для экранов с небольшой диагональю (до 32”).

2. SMD-LED располагают в виде матрицы, равномерно заполняя всю площадь экрана.

3. Светодиодная RGB-матрица. Также перекрывает всю площадь экрана и обладает улучшенными характеристиками.

Существует мнение, что светодиодная подсветка ЖК-мониторов придаёт им излишнюю белизну или «холодный оттенок». Пожалуй, это можно назвать единственным недостатком LED-технологии.

Светодиодная подсветка на основе гибких лент

Светодиодная лента – это наиболее удобный и практичный способ в решении задач, связанных, как с точечной подсветкой, так и с созданием размытого светового потока определённого цвета. Благодаря своей гибкости, простоте крепления и возможности монтажа практически на любую поверхность и любой длины, сегодня она, вне конкуренции. При правильном размещении ленты можно подчеркнуть самые тонкие детали архитектурных задумок, ниш, произведений искусства. Но нужно учитывать, что специфический спектр излучения может внести свою корректировку в общий фон комнаты, особенно в тёмное время суток. Излучение некоторых цветовых оттенков в корне меняет цвет обоев, мебели и прочих принадлежностей. Чтобы правильно подобрать наиболее подходящий оттенок для имеющегося интерьера следует прибегнуть к услугам RGB лент. С помощью специализированного контроллера и пульта ДУ пользователь вправе самостоятельно подобрать тот оттенок, который соответствует его настроению. Основные возможности RGB лент будут рассмотрены ниже.

Светодиодная лента представляет собой конструкцию из SMD-светодиодов, нанесённых на гибкое основание, которое выполняет функцию проводника электрической энергии. Количество излучающих элементов может составлять 30, 60 или 120 штук на метр. В зависимости от плотности монтажа кратный участок (3 диода) может составлять 5 или 10 см. Линия разреза проходит между четырьмя «пятачками», предназначенными для пайки (если лента одноцветная). По размеру кристалла SMD-диода наиболее распространены два типа: 35х28 и 50х50. В зависимости от класса защиты (IP) лицевая сторона либо не защищена, либо имеет силиконовую оболочку. Обратная сторона имеет клейкую основу, с защитной плёнкой.

Область применения лент ограничивается исключительно фантазией человека. Её можно увидеть повсюду. Даже в качестве освещения салонов автобусов и витрин магазинов. Высокая степень защиты от пыли и влаги определила новое направление – применение в условиях прямого воздействия атмосферных осадков и даже под водой. Так появились светомузыкальные фонтаны, приводящие в восторг миллионы людей своей красотой. Фирменная светодиодная лента имеет четыре основных преимущества:
- срок службы доходит до 50 тысяч часов, невзирая на количество переключений;
- низкое напряжение питания гарантирует безопасные условия эксплуатации;
- низкое энергопотребление экономит денежные средства;
- разнообразие цветов и оттенков поможет реализовать любые задумки.

К недостаткам можно отнести зависимость срока службы от качества питающего напряжения. Плохо стабилизированный источник питания – первая причина резкого снижения светоотдачи. Кроме этого, рынок светодиодной продукции наводнен некачественными экземплярами, срок эксплуатации которых в несколько раз меньше от заявленных данных. Яркость таких лент снижается уже в начальные месяцы интенсивной эксплуатации.

Вопрос питания светодиодных лент стоит не так остро, как с отдельными ультра яркими экземплярами и модулями на их основе. Дело в том, что вся лента состоит из параллельно-последовательного соединения элементов. На каждый последовательный участок приходится три излучающих кристалла и один (реже два) компенсирующий резистор. Благодаря резистору ленту можно подключать как источнику напряжения, так и к источнику тока. Если габариты блока питания не критичны, то можно смело применить компьютерный блок питания, используя напряжение +12В. такой подход, в первую очередь, оправдан финансово. По надёжности он ничем не уступает специализированным БП. А вот эстетика и компактность на стороне только специальных блоков. Зная заранее длину и мощность ленты можно максимально точно подобрать БП.

С организацией подсветки на RGB ленте дело обстоит немного сложнее. В этом случае в электрическую цепь между БП и нагрузкой придётся добавить контроллер, который управляется при помощи пульта. Пример такого подключения показан на рисунке слева. Существуют различные модификации дополнительного оборудования, отличающиеся набором функций. Профессиональные контроллеры оснащены разъёмом для подключения аудио сигнала. Таким образом, RGB лента может выполнять функции источника белого света, ночника, мигать в соответствии с заданием (эффект гирлянды), выступать в качестве цветомузыкальной приставки. Если в будущем потребуется подключить несколько таких лент в параллель, то заменой одного источника питания на более мощный аналог проблему не решить.

А покупать ещё один контроллер не выгодно и дорого. К тому же в режиме мигания каждый контроллер будет задавать свой такт, нарушая синхронную работу. Самый оптимальный вариант – это приобретение усилителя сигнала. Тем более, если речь идёт о SMD 5050 двойной плотности с потребляемой мощностью 14,4Вт/м. При помощи RGB усилителя все участки лент работают синхронно и с одинаковой яркостью. Соединять ленты в параллель нужно, если общий отрезок достигает длины 5 метров (одна бобина). Последовательное соединение большей длины недопустимо, ввиду ощутимого падения напряжения на конечном участке ленты. Нехватка даже одного вольта на последнем метре ленты приведёт к потере яркости и равномерности подсветки. На нижнем рисунке приведён оптимальный вариант подключения нескольких RGB лент с использованием усилителя. Применение двух (или больше) блоков питания оправдано как схемотехнически, так и из практических навыков. RGB усилитель не просто усиливает сигнал, но и обрабатывает его в соответствии с заданием, заставляя последующую ленту точно дублировать работу предыдущего участка. К недостаткам такого способа относят повышенную сложность монтажа, связанную с увеличением длины проводов. Хотя этот момент во многом зависит от правильно спланированной схемы подключения. Все контакты на блоке питания, контроллере и усилителе обозначены. Поэтому применение цветных проводов исключит ошибки во время сборки, но требует повышенной внимательности. Нет необходимости применять провод сечением более 0.75 мм2. Производить соединение можно любым удобным способом: пайкой или применением разъёмов. Второе решение – практичнее и допускает упрощённую замену участка ленты в случае необходимости. Метод позволяет реализовывать самые разнообразные задумки при оформлении помещений.

Нюансы монтажа ленты для светодиодной подсветки

Самый примитивный способ монтажа в домашних условиях – обычное приклеивание на потолок, стены или мебель. Такой способ не требует никакой перепланировки, но не всегда уместен. Ему следует отдавать предпочтение если:
- источник подсветки не попадает в поле прямого видения (шкаф-купе, кухонный гарнитур);
- источник подсветки крепится на гипсокартоновом потолке с нанесением жидких обоев с рассеиванием вверх или по сторонам.

В любом случае лучше приобрести ленту с силиконовым защитным слоем, который дополнительно рассеивает пучок света и защищает от попадания влаги. Профессиональная подсветка светодиодами строится на базе алюминиевого профиля, который без труда крепится к любой мебельной конструкции и другим основаниям. Сверху профиль закрывается стеклянной или пластиковой полосой, которая выполняет функцию рассеивания. Благодаря ней, человек не видит прямого источника излучения, а ощущает приятную и равномерную подсветку комнаты. Алюминиевый профиль выполняет ещё одну очень важную задачу: выступает в роли радиатора для SMD элементов. Применение профиля для монтажа лент с размером кристалла 50х50 является обязательным, так как естественного охлаждения недостаточно.

Большую популярность светодиодная подсветка приобрела благодаря рекламодателям и дизайнерам. Ночное оформление витрин магазинов, местных достопримечательностей, кафе и рекламных щитов стало неотъемлемой частью крупных городов. Ни одно телевизионное шоу, концертная программа, фестиваль не обходится без применения светодиодной подсветки. Экономичность и долговечность определили ближайшее будущее LED технологий – приоритетное направление в мире освещения.