Рекомендации по подключению светодиодных лент повышенной мощности

[avkost1955]

     Мне уже приходилось писать об особых требованиях, предъявляемых к монтажу светодиодных лент,в  особеннсти сверхъярких LED лент большой мощности. Однако, учитывая, что в интернете в последнее время получили распространение множество всяких инструкций на этот счёт, зачастую не дающих необходимых объяснения и поэтому понимаемых превратно, появилась необходимость ещй раз вернуться к этому вопросу.

*   *   *
Рекомендации по подключению светодиодных лент повышенной мощности

При монтаже систем освещения на основе светодиодной ленты, часто возникает вопрос о том,  как следует соединять отдельные участки LED ленты, питаемые от одного источника. В интернете можно найти множество рекомендаций на эту тему, но, к сожалению, именно на основе таких советов часто возникают недоразумения, основанные на неверном понимании материала.
      Чтобы лучше понимать существо вопроса, полезно знать, как внутри светодиодной ленты соединены составляющие её элементы.


Рис. 1. Типичные электрические схемы светодиодной ленты

Электрическая схема простейшей 12 вольтовой одноцветной LED ленты на основе маломощных светодиодов (например типа 3528) приведена на рис.1 а). Как видим, лента состоит из параллельно соединённых элементарных цепочек, содержащих три последовательно соединённых светодиода и один балластный резистор. Отметим, попутно, что обозначение типа светодиода несет в себе информацию о размерах его корпуса (3528 - 3,5мм х 2,8мм,  5050 - 5мм х 5мм, и т.д.).  Сопротивление балластного резистора подбирается таким образом, что бы при приложении напряжения питания (в данном случае 12 В), через цепочку светодиодов протекал ток требуемой для нормальной работы светодиода величины.            Если ток окажется выше, то светодиоды будут светить ярче нормы, но очень недолго, так как повышенный нагрев приведёт к быстрой деградации (потери яркости), если же ток окажется меньше номинала, то яркость светодиода существенно уменьшится. Ленты, рассчитанные на питание 24 вольта, отличаются только тем, что в последовательную цепочку включают не три, а шесть светодиодов.
    Немного сложнее, но в принципе совершенно аналогично, устроены LED ленты с более мощными светодиодами (5050, 5060, 5630…). Отличие заключается в том, что эти светодиоды составные, в одном корпусе находится три отдельных излучающих кристалла. Соответствующая электрическая схема приведена на рис. 1 б). Здесь хорошо видно, что лента всё равно состоит из таких же параллельно соединённых цепочек. Кстати, нарезка лент на отдельные куски, производится таким образом, чтобы целостность цепочек светодиодов не нарушалась.
    Из схем видно, что понятие «последовательное» соединение (в электрическом смысле) к цепям светодиодной ленты, вообще, не применимо. Как бы мы не соединяли отдельные отрезки ленты, параллельно к выходу блока питания, или «последовательно», питая один отрезок от другого, все светодиодные цепочки будут соединены параллельно.
Рассмотрим теперь непосредственно требования, которые следует учитывать при выборе блоков питания и способа присоединения отдельных отрезков светодиодной ленты к ним.

1. Мощность блока питания должна быть не меньше суммарной мощности отрезков подключаемой к нему ленты. Обычно рекомендуют делать запас мощности блока питания в 15%, это полезно, в любом случае такой запас увеличивает шансы на сохранение работоспособности системы, например, при скачках напряжения питания в сети.

2. Блоки питания выбирают, исходя из возможности их расположения как можно ближе к самой светодиодной ленте. Если конструкция, в которую устанавливают ленту, не позволяет спрятать там же крупногабаритные блоки питания, можно разделить LED ленту на отдельные группы, запитываемые каждая от своего собственного блока. В том случае, когда блоки питания располагаются на некотором расстоянии от ленты (иногда значительном), возникает совершенно самостоятельный вопрос о расчете требуемого сечения проводов между блоком и лентой. Этот вопрос выходит за рамки данной статьи, но следует помнить, что здесь необходимо учитывать, как мощность нагрузки, так и расстояние.

3. Поскольку все элементарные цепочки в ленте соединены параллельно, может показаться, что способ соединеия отрезков ленты между собой не имеет значения, на самом деле, это совершенно не так. Дело в том, что идущие вдоль всей ленты проводники, к которым, собственно, и подключаются элементарные цепочки, обладают электрическим сопротивлением, вследвие чего, напряжение на концах элементарной цепочки снижается по мере удаления от блока питания. Это, естественно, приводит к снижению рабочего тока и, соответственно, яркости свечения светодиодов по мере удаления от блока питания.
Самый простой способ избежать неравномерности яркости заключается в том, что отрезок ленты следует запитать с двух концов, так сказать, закольцевать его, как показано на схемах рис. 2. а) и б).


Рис. 2. Варианты схемы монтажа яркой LED ленты с закольцовыванием

Для разных лент длина, требующая закольцовывания, оказывается различной. Какие-то ленты можно объединять в единые шлейфы длиной до 15 метров, в то время как у других лент уже на 5-ти метровом отрезке можно заметить значительную разницу в яркости свечения по длине. В табл.1 приведены данные по длинам, требующим подключения с двух сторон для лент разной мощности. Таблица составлена на основании опыта эксплуатации лент марки GLS / ГАЛС, представленных на данном сайте. Следует обратить внимание на то, что при прочих равных условиях ленты, рассчитанные на напряжение питания 24 В, выгодно отличаются от лент такой же мощности, но с питанием 12 В. Это объясняется тем, что у ленты 24 В, суммарный ток по токоведущим шинам оказывается в 2 раза меньше (при том, что рабочие токи светодиодов одинаковые).

Табл. 1 Предельно допустимые длины отрезков светодиодной ленты марки GLS / ГАЛС

Тип ленты (типоразмер светодиодов, кол-во светодиодов на 5 метров)
Напряжение питания (вольт).
Мощность на метр (ватт)
Длина отрезка ленты, питание которого следует производить с двух сторон

3528      300LED
12
4,8
15

3528      600LED
24
9,6
10

5050     300LED
12
14,,4
5

5050      300LED
24
14,4
10

5630      300LED
24
24,75
5

Можно ли считать эту таблицу универсальной? К сожалению, нет.  Здесь всё зависит от добросовестности производителя. Если при производстве ленты сильно сэкономить на ширине и/или толщине токоведущих дорожек, неравномерность свечения может оказаться гораздо более значительной. Поэтому, при приобретении ленты, имеет смысл обратить внимание на возможные отличия в яркости свечения первых и последних светодиодов в бобине.  При этом нежелательно смотреть прямо на светящиеся площадки светодиодов, из-за их высокой яркости можно не уловить разницы. Гораздо правильнее направить излучение светодиодов на рассеивающую поверхность и оценивать на глаз уже разницу в освещённости этой поверхности.

4. Если длина шлейфа светодиодной ленты, питаемого от одного источника, больше длины, приведённой в табл. 1, то можно подключать отрезки ленты по схеме на рис. 3. Здесь реализован тот же принцип, что и в предыдущем случае, но каждый отрезок ленты допустимой длины запитывается самостоятельно с двух сторон с помощью дополнительных проводов, проложенных вдоль ленты.

Рис. 3. Электрическая схема монтажа длинных участков светодиодной ленты