Можно ли питать светодиодную ленту переменным током

Непосредственное питание светодиодной ленты от сети 220V

Все знают, что светодиодные ленты бывают на напряжение 12V или 24V, и питаются постоянным током. Для чего нужен специальный источник питания, который преобразует переменное напряжение 220V в постоянное 12V или 24V.

Это конечно так, никто не спорит, но вот если подумать, можно найти способ непосредственного питания светодиодной ленты от сети переменного тока 220V без каких-либо источников питания, драйверов или AC/DC преобразователей.

Общая принципиальная схема подключения светодиодной ленты к домашней электросети 220 Вольт.

Внимание! Светодиодные светильники в отличии от аналогичных с другими типами ламп- нельзя напрямую подключать в электрическую розетку на 220 Вольт. Подключение стоит проводить только через специальный блок питания, который трансформирует напряжение до необходимого более низкого значения= 12 (реже 24) Вольт, а кроме этого преобразует переменный ток в постоянный. Величина напряжения наносится по всей ее длине ленты.

Пример самого простого варианта подключения на картинке снизу.

На два провода «Вход»и ли «Input» подключаются фаза и ноль от розетки 220 Вольт или распределительной коробки домашней электропроводки.

На «Выходе» (Output): красный- это +, а черный или синий- это минус. Подключать к светодиодной ленте необходимо правильно с соблюдением полярности, а иначе светодиоды не будут светиться.

Как правило, перед блоком питания на фазе делается разрыв при помощи выключателя, что позволяет включать и выключать блок питания и соответственно светодиодную ленту.

При покупке блока питания необходимо обратить внимание не только на необходимую величину выдаваемого им напряжения, например 12 Вольт, но и на его мощность, которая должна быть достаточной для работы одной или нескольких светодиодных лент. Рекомендую брать с 20 процентным запасом.

Как рассчитать требуемую мощность блока питания (БП). Сразу смотрим на характеристики светодиодной ленты. Например, потребляемая мощность ее равна 9 Вт/м. Значит при длине 5 метров общая мощность составит 9 умножаем на длину и получаем 45 Ватт. Для подключения одной ленты понадобится БП мощностью 45 Ватт + 20% или 54 Ватт. Выбираем и покупаем близкий по требуемой мощности блок питания. Если будем подключать 2 одинаковые ленты к одному блоку 54 умножаем на 2 и получаем 108 Ватт.

Помните, что не рекомендуется подключать к концу одной светодиодной ленты начало другой, потому что вторая лента будет светить тусклее, а последние светодиоды вообще будут еле светится. При малой мощности светодиодов, несмотря на то что у них всех яркость станется одинаковой- будут перегреваться дорожки электропитания из-за прохождения тока выше номинальных значений. А перегрев, как хорошо известно, довольно значительно сокращает время службы светодиодов. В практике распространены два проверенных и правильных способа подключения светодиодных лент, изображенных на картинке снизу.

На первом изображении- схема подключения с 2 блоками питания, каждый из которых питает отдельно ленту. Общим у них будет только электропитание 220 Вольт. Но если, необходимо подключить 2 светодиодные ленты рядом, лучше купить по-мощнее блок питания и оба начала лент подключить с соблюдением полярности к 12 Вольтовому выходу из БП, как показано на втором изображении.

Везде ли, где есть светодиоды, стоят драйверы?

Нет, не везде. Например, светодиодные ленты и почти все светодиодные лампы G4 лишены драйверов. При этом и те и другие подключаются к трансформаторам (ленты 220 вольт — к выпрямителям, но в данном контексте это одно и тоже). Также, например, различные светодиоды подсветки во всей технике подключаются явно не к драйверам.

Но во всех перечисленных случаях светодиоды специально запитываются пониженным током, чтобы избежать перегрева. Т.е. в этих случаях светодиоды светят не в полную яркость, меньше греются и, дополнительно, не получают превышения предельных значений тока при подключении к трансформатору.

Но если мы хотим получить максимальную отдачу, максимальную яркость, как, например, в прожекторе, то неизбежно нужен драйвер для стабилизации тока и хороший теплоотвод в виде радиатора.

Драйвер

Для подключения мощных светодиодов, используемых в точечных светильниках, в прожекторах, уличных фонарях, используют драйвер.

Это устройство является источником постоянного стабилизированного тока. При подключении к нему нагрузки напряжение может меняться, но сила тока будет иметь четко определённую величину.

Почему же для подключения светодиодов применяют драйвер, а не блок питания?

Одной из характеристик светодиодов является падение напряжения. Если в характеристиках полупроводникового прибора имеется запись — 300 миллиампер и 3.3 вольт, это означает, что номинальный ток для устройства составляет 300 мА, а падение напряжения – 3.3 В. И если питать его стабилизированным током такой величины, то будет служить долго и светить ярко.

Из графика вольтамперной характеристики видно, что даже незначительное увеличение напряжения, приведёт к ощутимому возрастанию тока. И это не прямо пропорциональная зависимость, а приближенная к квадратичной.

Можно было бы предположить, что, выставив точное напряжение один раз, удастся навсегда установить значение номинального тока, необходимого для работы LED-источника света. Но у каждого экземпляра уникальные параметры и свойства, и при соединении нескольких штук параллельно или последовательно результат будет непредсказуемым.

Кроме того, на них оказывает влияние температура окружающей среды. Дело в том, что у светодиодов отрицательный температурный коэффициент напряжения (ТКН). Это значит, что при нагреве падение на светодиоде уменьшается, а ток повышается, если приложено стабилизированное, неизменяющееся напряжение. У драйверов выходное напряжение изменяется в зависимости от нагрузки и её состояния, и происходит стабилизация тока.

Поэтому, если при подключении светодиода использовать обычный БП на 12V постоянки, то светильник работать будет, но срок сократится. Чтобы правильно выбрать драйвер, нужно принять во внимание его основные технические характеристики:

• номинальный ток на выходе;
• максимальную мощность;
• минимальную мощность.

Иногда параметры для устройства указываются в другом виде. Например, технические характеристики драйвера 18-34В 650 мА (20 Вт):

• входное напряжение 85-277 В,
• выходное напряжение 18-34 В,
• выходной ток 650 мА.

То есть он подходит для светодиодной матрицы с характеристиками: мощность — 20 Вт, напряжение – 18-34 В, рабочий ток – 650-700 мА или для 6-10 светодиодов, мощностью 2 Вт.

LED-светильники подключаются к драйверу последовательно, так как в этом случае через все элементы будет течь один и тот же ток. Если их подключить параллельно, то может оказаться, что какой-то из элементов будет перегружен, в то время как другой будет работать не на полную мощность.

Чтобы не превысить максимально допустимую нагрузку преобразователя, не рекомендуется увеличивать количество светодиодов в цепи.

Выбор драйвера осуществляется по току, который потребляют светодиоды. Например, диоду с мощностью 1 Вт нужны 300 – 350 мА.

У этого вида источников питания имеет такие недостатки, как:

• узкая специализация на светодиодах;
• возможность использования только для определённого количества LED источников.

То есть, для каждого устройства осуществляется подбор определенного количества светодиодов. Если в процессе работы, один из них выйдет из строя, то цепь разорвется и драйвер уйдет в защиту (или сгорит), так как последние не работают в режиме холостого хода.

В заключение отметим, что несмотря на то что драйвер, блок питания и электронный трансформатор служат для подключения низковольтных потребителей, это совершенно разные устройства, отличающиеся друг от друга по назначению. Важно понимать, в каких случаях каждый из них применяется. Ведь только правильно подобранный источник питания сможет создать оптимальные условия эксплуатации для вашего оборудования.

Один контроллер, три блока питания

Вы можете питать каждую полосу отдельно и управлять ими централизованно с помощью усилителей. Чтобы сделать это, соберите каждую светодиодную ленту обычным способом, но используйте усилитель, на котором будет расположен контроллер. Затем используйте один контроллер и разделите его RGBW и общие провода к каждому из усилителей. Это означает, что все три струны будут одного цвета, с одинаковыми рисунками и т. Д. В итоге у вас будет 2 запасных контроллера, но вам придется купить 3 усилителя.

Все провода могут быть здесь 18 AWG, за исключением проводки 120 В переменного тока, которая должна быть 14 AWG. Провода к контроллеру потребляют очень слабый ток, но провод тоньше 18AWG не дешевле.

(Можно нормально подключить одну строку и использовать усилители только с двумя другими. Я не рекомендую, это будет трудно устранить, и строки не будут равны.)

Особенности диодной ленты на 24 вольта

Для светодиодной ленты 24 вольт так же требуется преобразователь переменного тока в постоянный, то есть блок питания 24в. Выбирая лед ленту с таким напряжением можно осветить помещение в 2 раза больше по периметру/площади, чем лентой на 12 вольт. С чем это связано?

24-вольтовые светодиодные ленты имеют в цепи в 2 раза ниже силу тока, чем ленты на 12 вольт при остальных одинаковых параметрах: мощности и яркости. Это позволяет питать бОльшие по длине отрезки ленты, при этом диоды будут нагреваться меньше.

Светодиодную ленту с напряжением 24 в стоит применять для лент длиной более 5 метров вплоть до 20 метров. На максимальную длину отрезка ленты, питаемого от одного блока, так же влияет качество самой ленты. Этот параметр можно выбрать применив фильтры по качеству ленты у нас в каталоге.

Таким образом эти ленты не часто применяются в жилых помещениях, уступая светодиодным лентам на 12 вольт. Их можно встретить в подсветке мощного автомобильного транспорта: грузовых машин, фур, автобусов, а так же в производственных помещениях и на складах.

Светодиодные ленты

Светодиодная лента представляет собой цепь соединённых светодиодов. Соединены они не просто так, например обычная 12V лента состоит из сегментов по 3 светодиода в каждом. Сегменты соединены между собой параллельно, то есть на каждый приходят общие 12 Вольт. Внутри сегмента светодиоды соединены последовательно, а ток на них ограничивается общим резистором (могут стоять два для более эффективного теплоотвода): Таким образом достаточно просто подать 12V от источника напряжения на ленту и она будет светиться. За простоту и удобство приходится платить эффективностью. Простая математика: три белых светодиода, каждому нужно по

3.2V, суммарно это 9.6V. Подключаем ленту к 12V и понимаем, что 2.5V у нас просто уходят в тепло на резисторах. И это в лучшем случае, если резистор подобран так, чтобы светодиод горел на полную яркость.

Подключаем к Arduino

Здесь всё очень просто: смотрите предыдущий урок по управлению нагрузкой постоянного тока. Управлять можно через реле, транзистор или твердотельное реле. Нас больше всего интересует плавное управление яркостью, поэтому продублирую схему с полевым транзистором: Конечно же, можно воспользоваться китайским мосфет-модулем! Пин VCC кстати можно не подключать, он никуда не подведён на плате.

Управление

Подключенная через транзистор лента управляется точно так же, как светодиод в предыдущей главе, то есть все примеры кода с миганием, плавным миганием и управление потенциометром подходят к этой схеме. Про RGB и адресные светодиодные ленты мы поговорим в отдельных уроках.

Питание и мощность

Светодиодная лента потребляет немаленький ток, поэтому нужно убедиться в том, что выбранный блок питания, модуль или аккумулятор справится с задачей. Но сначала обязательно прочитайте урок по закону Ома! Потребляемая мощность светодиодной ленты зависит от нескольких факторов:

• Яркость. Максимальная мощность будет потребляться на максимальной яркости.
• Напряжение питания (чаще всего 12V). Также бывают 5, 24 и 220V ленты.
• Качество, тип и цвет светодиодов: одинаковые на вид светодиоды могут потреблять разный ток и светить с разной яркостью.
• Длина ленты. Чем длиннее лента, тем больший ток она будет потреблять.
• Плотность ленты, измеряется в количестве светодиодов на метр. Бывает от 30 до 120 штук, чем плотнее – тем больший ток будет потреблять при той же длине и ярче светить.

Лента всегда имеет характеристику мощности на погонный метр (Ватт/м), указывается именно максимальная мощность ленты при питании от номинального напряжения. Китайские ленты в основном имеют чуть меньшую фактическую мощность (в районе 80%, бывает лучше, бывает хуже). Блок питания нужно подбирать так, чтобы его мощность была больше мощности ленты, т.е. с запасом как минимум на 20%.

Пример 1: нужно подключить 4 метра ленты с мощностью 14 Ватт на метр, лента может работать на максимальной яркости. 14*4 == 56W, с запасом 20% это будет 56*1.2

70W, ближайший блок питания в продаже будет скорее всего на 100W.

Важные моменты по току и подключению:

• Подключение: допустим, у нас подключено ленты на 100W. При 12 Вольтах это будет 8 Ампер – весьма немаленький ток! Ленту нужно располагать как можно ближе к блоку питания и подключать толстыми (2.5 кв. мм и толще) проводами. Также при создании освещения есть смысл перейти на 24V ленты, потому что ток в цепи будет меньше и можно взять более тонкие провода: если бы лента из прошлого примера была 24-Вольтовой, ток был бы около 4 Ампер, что уже не так “горячо”.
• Дублирование питания: лента сама по себе является гибкой печатной платой, то есть ток идёт по тонкому слою меди. При подключении большой длины ленты ток будет теряться на сопротивлении самой ленты, и чем дальше от точки подключения – тем слабее она будет светить. Если требуется максимальная яркость на большой длине, нужно дублировать питание от блока питания дополнительными проводами, или ставить дополнительные блоки питания вдоль ленты. Дублировать питание рекомендуется каждые 2 метра, потому что на такой длине просадка яркости становится заметной уже почти на всех лентах.
• Охлаждение: светодиоды имеют не 100% КПД, плюс ток в них ограничивается резистором, и как результат – лента неслабо греется. Рекомендуется приклеивать яркую и мощную ленту на теплоотвод (алюминиевый профиль). Так она не будет отклеиваться и вообще проживёт гораздо дольше.