LED Модули

Светодиодные, или, как их еще называют, ледовые (от аббревиатуры LED, Light Emitting Diode) модули (блоки, кластеры (от англ. Cluster — скопление, группа)) — это современные, мобильные светотехнические устройства, принцип действия которых основан на работе светодиодов. Светодиоды — это полупроводниковые приборы, создающие оптическое излучение при пропускании через них электрического тока в прямом направлении. На сегодняшний день это самые энергоэффективные, экономные и безопасные источники света и, кроме того, самые долговечные. Светодиодный модуль представляет собой печатную плату небольшого размера с установленными на нее светодиодами. Печатные платы различаются размером и формой. Размеры каждого отдельного кластера определяется в основном количеством установленных на него светодиодов. Светодиоды, использующиеся при сборке led-модулей, бывают нескольких видов. Именно от применяемых светодиодов зависят некоторые светотехнические характеристики готовых лент, а также их габариты.

Наиболее популярные типы диодов, использующиеся в таких устройствах:

• кластеры со светодиодами SMD3528;
• кластеры со светодиодами SMD3828;
• кластеры со светодиодами SMD5050;
• кластеры со светодиодами SMD5630.

SMD - это аббревиатура от Surface Mounted Device, что в переводе на русский означает «прибор, монтируемый на поверхность». Светодиоды монтируются по поверхность ленты, поэтому здесь все понятно, но что обозначают цифры? Цифры необходимы для обозначения размера самого светодиода (ширина и длина) в миллиметрах.
кластеры со светодиодами SMD3528. Однокристальные светодиоды SMD3528 имеют размер 3.5х2.8 мм и располагаются, как правило, на небольшом прямоугольном модуле в один ряд. Они светят не так ярко по сравнению с другими светодиодами. Световой поток стандартного белого светодиода SMD 3528 составляет от 3,2 до 5,5 люменов. Синий - 0,6-0,85 лм; красный и желтый диоды создают световой поток с количеством люменов от 1,2-1,6. Зеленый же создает световой поток, который характеризуется от 2,8 до 3,5 лм. Световой поток данных светодиодов около 70 лм/ Вт.
Кластеры со светодиодами SMD3828. Светодиоды SMD3828 уже относятся к классу сверхъярких диодов. Именно на их основе впервые были реализованы многоцветные трехкристальные RGB- светодиоды. Также данный тип светодиодов немного крупнее 3.8х2.8 мм. Располагаются они, как правило, на небольшом прямоугольном модуле в один ряд. !!!!
Кластеры со светодиодами SMD 5050. Светодиоды SMD5050 имеют размеры 5.0х5.0 мм и располагаются на модулях прямоугольной, квадратной или круглой формы. Светодиоды SMD 5050 состоят из трех кристаллов, они ярче, чем предыдущие. Световой поток белого светодиода SMD5050 составляет примерно 12 люменов. Световой поток данных светодиодов равен примерно 80 лм/Вт.
Кластеры со светодиодами SMD 5630. Светодиоды SMD5630 — это еще более мощные источники света. Они имеют размеры 5.6х3.0 мм и располагаются на модулях прямоугольной, квадратной или круглой формы. Средний световой поток данных диодов составляет около 80 лм/Вт.
Одноцветные (монохромные) светодиодные кластеры содержат по нескольку светодиодов одного цвета или оттенка белого. Многоцветные светодиодные RGB-кластеры могут состоять из светодиодов различных цветов или RGB-светодиодов. Цвет свечения кластера всегда зависит от типа кристалла, из которого изготовлен светодиод. 
Светодиоды, использующиеся в кластерах, могут иметь свечение белого цвета с одной из доступных цветовых температур. Спектр световых температур современных белых светодиодов бывает различным — от теплого белого 2700 К до холодного белого 6500 К. Интересно, что кристалла, излучающего белый цвет, не существует в природе. Для получения белых оттенков свечения используют синий светодиод, покрытый слоем устойчивого к выгоранию люминофора. От состава люминофора и зависит холодный или теплый оттенок свечения. Однако люминофор теряет свои свойства быстрее, чем светодиод и эффективность его свечения уже через год в условиях непрерывного горения может снизиться от 20%. Второй способ создания оттенков белого свечения в светодиодных приборах — это совместное использование сразу трех светодиодов: синего, красного и зеленого. Но данный способ более затратный, что сказывается на итоговой стоимости продукта. Поэтому большинство производителей все же предпочитают использовать люминофор для создания белых оттенков свечения диодов в кластерах. Также постоянно ведутся разработки люминофоров еще более устойчивых к выгоранию, которые будут способны еще больше продлить срок службы белых светодиодов.
Наиболее распространенными и популярными цветными вариантами свечения диодов являются красный, желтый, синий и зеленый. Для получения цвета свечения RGB (от англ. Red, Green, Blue) в приборах используются светодиоды не с одним кристаллом, как в монохромных светодиодах, а специальный RGB-светодиод, состоящий из трех кристаллов: красного, зеленого и синего. Многоцветные светодиодные RGB-модули могут менять цвет свечения.
Каждый светодиодный кластер имеет отдельный корпус, в который и помещаются светодиоды. Отметим, что светодиоды в одном кластере всегда соединены последовательно.
Несколько светодиодных кластеров могут быть соединены друг с другом в цепочки, гирлянды и шлейфы при помощи двухжильных (для одноцветных led-модулей) или четырехжильных (для многоцветных светодиодных RGB-модулей) проводов, выводы которых есть в каждом кластере. Кроме перечисленных элементов в корпусе светодиодных модулей размещаются контактные площадки контактов в случае наращивания. Там же наносится маркировка полярности подключения и цифры величины напряжения питания. Соединение происходит путем припаивания проводов к контактным площадкам. На поверхности светодиодные кластеры могут быть закреплены при помощи двусторонней самоклеящейся ленты, имеющей высокий показатель теплоотводности, поставляемой в комплекте, либо при помощи небольших винтов М3. При установке модулей с помощью винтов М3, специалисты рекомендуют использовать специальную теплоотводящую пасту. Она продлит срок службы светодиодов. Если вы используете простой клей, что тоже допустимо, то убедитесь, что в его составе нет ацетона.

Кроме светодиодов каждый светодиодный кластер может содержать еще несколько важных элементов:

• линзы;
• отражатели;
• элементы крепления;
• элементы защиты светодиодов от воздействий окружающей среды (например, козырьки защиты от солнечных лучей);
• резисторы. Эти приборы необходимы для линейного преобразования тока из сети в напряжение, которым питаются светодиоды и для обеспечения стабильного напряжения между двумя последовательно подключенными светодиодами. На резисторы может быть нанесена маркировка из трех цифр, говорящая о его номинале. Последняя цифра в данном случае обозначает количество нулей, которое нужно приписать к первым двум цифрам для того, чтобы узнать количество Ом. Кластеры уже оснащенные резисторами подключаются к источнику питания или к контроллеру.
• контроллеры. Для управления параметрами свечения лент используются специальные контроллеры. Они позволяют выбирать не только цвет свечения RGB-светодиодов, но и яркость свечения, и скорость смены оттенков, и различные эффекты свечения.

Чем больше конструктивных элементов, помимо основных, содержит светодиодный модуль, тем больше будут его габаритные размеры. Также в зависимости от типа кластера для подключения вам может понадобиться дополнительная аппаратура. Необходимо обратить на это внимание на этапе выбора, а в случае возникновения с ним трудностей, обязательно обратиться за консультацией к специалистам. Так, например, если кластер не содержит резисторов и контроллеров, вам может понадобиться докупать их отдельно. Поэтому советуем обратить на это внимание еще на этапе выбора светодиодных модулей, учитывая как место их применения, так и схему соединения. При сращивании нескольких светодиодных модулей, а также при подключении модулей к блоку питания или контроллеру необходимо соблюдать полярность и показатели напряжения, а также каналы с цветами (при подключении RGB-модулей). Провода, как правило, соединяют при помощи маломощного паяльника напрямую или же могут быть удлинены при помощи двух- или четырехжильных проводов подходящего сечения. Мощность паяльника при сращивании отрезков светодиодной ленты не должна превышать 60 Вт. При подключении светодиодных модулей к блоку питания старайтесь не ошибиться, подключая минус и плюс. В лучшем случае конструкция просто не будет светить, но в худшем случае может сгореть. Также не рекомендуем путать вход и выход блока питания. На выходе блок питания имеет два провода: минус и плюс. Как правило, они отличаются по цветам. Плюс — это красный провод, в то время как минус — синий или черный. Если перепутать их между собой, кластеры также не будут светиться.
Данные устройства также могут обладать различной степенью IP. Степень защиты корпуса от физических повреждений, атмосферных осадков, а также его износостойкость и водонепроницаемость обозначается IP (от англ. Ingress Protection Rating - степень защиты оболочки). После букв указываются цифры. Первая из них обозначает степень защиты от твердых фрагментов, вторая - от проникновения жидкостей. IP — целая система классификации степеней защиты оболочки электрооборудования от проникновения твердых предметов и воды в соответствии с международным стандартом IEC 60529 и ГОСТ14254-96. IP 20, 65, 68 - это наиболее распространенные показатели.
Светодиодные модули со степень защиты IP 20 — это устройства открытого типа, они не герметизированы и могут применяться только в тех в помещениях, где нет дополнительных требований для защиты приборов от влаги или пыли. Например, спальня или зал.
Светодиодные модули со степень защиты IP 65 — это устройства с частичной защитой от попадания влаги и брызгозащитой. Приборы с такой разновидностью степени защиты герметизируются силиконом только с внешней стороны. Они удобны для применения в ванных комнатах, над рабочими зонами на кухнях, но для уличной подсветки все же не рекомендуются.
Светодиодные модули со степень защиты IP 67 и 68 — это полностью герметичные устройства. Они полностью изолированы от попадания влаги силиконом или герметичным корпусом, ее даже можно опускать в воду на глубину до 1 метра. Такие приборы устойчивы к перепадам температур. Их также рекомендуют для применения на улице или в открытых помещениях.
! Обратите внимание на то, что блок питания, которым вы комплектуете ленту, должен иметь соответствующую степень защиты корпуса IP.
Специальные блоки питания — это необходимые устройства для подключения и долгого функционирования светодиодных устройств. Блоки питания представляют собой отдельный блок с клеммными разъемами для подключения к сети и клеммными выходами для подключения светодиодных устройств. Блоки питания могут быть изготовлены из пластика или из металла (чаще алюминия). Они способны обеспечить светодиоды постоянным током. Светодиоды, как и любые другие полупроводники «питаются» только постоянным током. Кроме того, блоки питания способны обеспечить светодиодные устройства необходимым для работы маломощным током с напряжением в 12, 24 или 36 Вольт. Блоки и адаптеры питания также выполняют функцию защиты приборов от перепадов напряжения в сети. Питающие блоки не только преобразуют переменный ток из сети в постоянный, но и дают на выходе напряжение, соответствующее номинальной потребляемой мощности подключаемого устройства. Мощность таких блоков питания составляет, как правило, от 25 до 400 Вт. В зависимости от мощности, к одному блоку питания могут быть подключены сразу несколько светодиодных кластеров. Для того чтобы блок питания не нагревался и дольше работал, следует покупать его с небольшим запасом мощности около 20%. То есть суммарное энергопотребление всех кластеров, подключенных к одному блоку питания не должно превышать 80–85% его мощности.
Итак, подведем итог.

Светодиодные кластеры могут различаться по следующим параметрам:

• количеством светодиодов;
• типом светодиодов;
• цветом и яркостью свечения;
• формой и размером. Чаще всего зависит от количества светодиодов, размещенных на одном кластере;
• напряжением питания;
• степенью защиты;
• углом рассеивания света;
• способом управления.

Перечислим некоторые преимущества работы со светодиодными приборами, в частности с кластерами:

• широкий выбор цветов свечения ленты. Спектр световых температур современных белых светодиодов бывает различным — от теплого белого 2700 К до холодного белого 6500 К. Кроме того производители предлагают цветные моно и RGB-варианты;
• нечувствительность к низким и очень низким температурам. Однако высокие температуры противопоказаны светодиодам (нежелательным является использование в помещениях, в которых температура превышает 60 оС);
• универсальность, компактные размеры, небольшой вес;
• возможность диммирования;
• количество циклов включения-выключения не оказывает существенного влияния на срок службы светодиодных приборов;
• экологичность — отсутствие ртути, фосфора. Отсутствие ультрафиолетового и инфракрасного излучения и т. д.;
• легко монтируется к любой поверхности. Монтаж может осуществляться на горизонтальную, вертикальную и наклонную поверхности без потерь эффективности работы модулей;
• низкая рабочая температура — температура светодиодов, как правило, не поднимается выше 60 °C (благодаря этому светодиодные модули удобнее использовать, чем другие не светодиодные источники света, в помещениях, которые плохо вентилируются);
• долгое время службы — в среднем около 50 000 часов;
• высокая энергоэкономичность, как и у всех светодиодов;
• светодиодные модули являются низковольтными приборами (напряжение в 12 Вольт является безопасным для человека).

Все светодиодные осветительные приборы пожаро- и взрывобезопасны, не нагреваются в процессе эксплуатации. Они являются наиболее энергоэкономичными и энергоэффективными приборами из всех представленных на сегодняшний день на рынке источников света.
Что касается недостатков, то их довольно мало. Пожалуй, основной из них — это довольно высокая разовая стоимость светодиодных модулей. А также необходимость дополнительной покупки и установки сопутствующего оборудования, такого как блоки питания, контроллеры, пульты управления и многое другое. Кроме того, светодиоды крайне чувствительны к высоким температурам.
Сфера использования светодиодных кластеров очень обширна. Применяются они для создания наружных и внутренних рекламных вывесок и стендов. Модули предназначены для подсветки объемных букв, коробов и других объемных элементов. Для создания контражурной и торцевой подсветки. Их малый вес позволяет значительно снизить вес конструкций, а малые габариты позволяют производить монтаж в элементы толщиной от 50 мм. Применение светодиодов более безопасно и позволяет снизить затраты на обслуживание. 
Также светодиодные кластеры получили широкое распространение в интерьерной декоративной подсветке (подсветка ниш, мебели, многоуровневых потолков, аквариумов и т. п.). Часто применяются в моддинге компьютеров и при тюнинге автомобилей и мотоциклов.

Для того чтобы использование светодиодных кластеров не стало для вас неприятным опытом, советуем соблюсти несколько рекомендаций:

• блоки питания должны подходить кластерам по мощности, выходному напряжению, степени защиты IP, в противном случае светодиоды не будут работать вовсе или проработают гораздо меньше заявленного производителем срока;
• при подключении модулей к блоку питания, соблюдайте полярность. Также не рекомендуем путать вход и выход блока питания.
• провода крайнего модуля необходимо заизолировать;
• категорически не рекомендуется соединять линейно более 20 модулей;
• длина соединяющих проводов между блоком питания и кластерами не должна превышать 5 метров;
• а чтобы рассчитать, провода какого сечения необходимо применять в каждом конкретном случае, воспользуйтесь таблицей:

Потребляющая мощность (Вт)    Ток (А)    Диаметр сечения (мм)
12    1    0.75
24    2    1
48    4    1.5
72    6    2
100    9    2.5

Если в процессе эксплуатации вы столкнулись со следующими проблемами:

• мигание светодиодов. Причиной данной проблемы может оказаться как недостаточное, так и чрезмерное напряжение, поступающее к светодиодам. Убедитесь в том, что блок питания имеет необходимый запас мощности равный 15 — 20% от его общей мощности;
• тусклое свечение всех светодиодов в цепочке модулей или отдельных модулей. Причина может быть в слишком большом количестве модулей, подключенных к одному блоку питания (более 20шт.) или как в предыдущем случае, когда мощности блока питания недостаточно для собранной цепочки кластеров;
• не горят только некоторые фрагменты или цвета (в случае подключения RGB-кластеров). Проверьте места спайки, а также верно ли произведено соединение проводов: красный провод к красному, черный к черному, синий к синему и т. д.;
• погасли все кластеры в схеме. Возможной причиной может быть скачек напряжения, при котором сработала защита блока питания. В данном случае вам всего лишь нужно проверить предохранитель. Выключить и снова включить рычаг предохранителя. Также причиной данной проблемы может стать короткое замыкание. Рекомендуется отключить питание и устранить проблему.