Как спаять светодиоды на 12 вольт

Как правильно паять светодиоды: что важно знать, распространенные ошибки

Сегодня светодиоды признаны обычными пользователями, радиолюбителями и промышленными предприятиями самыми экологичными, компактными и энергоэффективными источниками света. Маломощные диоды используют для подсветки мониторов, мобильных телефонов и в различных игрушках, а мощные светодиоды применяются в цеховых прожекторах и праздничной люминесценции зданий, в рекламном бизнесе. Но непривычный источник света имеет ряд особенностей обслуживания в отличие от энергосберегающих аналогов (ЭСЛ) и ламп накаливания. Не так просто, например, паять светодиоды. Этому вопросу посвящена статья.

Как устроена светодиодная лента

Гибкая основа ленты служит печатной платой с токоведущими нитями для SMD светодиодов. На лицевой поверхности расположен диодный блок. Он сгруппирован по три элемента, включающие диод и ограничительный резистор.

Каждый блок отделяет разметка в виде рисунка ножниц. На этом месте светодиодная лента перерезается, если надо ее укоротить или повернуть при прокладке в другую сторону. Светодиодный блок имеет токоведущие контакты для припаивания проводов или установки соединительных коннекторов.

С тыльной стороны нанесен клеящий слой, закрытый защитной пленкой. Во время монтажа лента просто приклеивается к алюминиевому профилю или на любую чистую поверхность.

Работает лента от постоянного тока напряжением 12 или 24 вольта. Источником служит блок питания. Бывают ленты, рассчитанные на напряжение 36 и 48 вольт, но в быту они редко используются.

Для светодиодных лент применяют одноцветные и трехцветные SMD диоды. Самый распространенный – первый вариант с одним кристаллом. Диоды светятся белым, синим, красным или другим цветом.

Второй вариант – это лампочки с тремя кристаллами. Один RGB диод способен светиться, например, красным, синим и зеленым цветом. Переключение свечения осуществляется контроллером.

Продаются светодиодные ленты рулонами длиной по 5 м. На каждый 1 м может быть припаяно 30, 60 и более лампочек. Для защиты от влаги и механических повреждений производят изделия с силиконовым покрытием.

Применение поглощающих фильтров

Маленькие светодиоды (12 вольт) через поглощающий фильтр подключить довольно просто. В данном случае модулятор разрешается устанавливать с различной пропускной способностью. Основное преимущество поглощающих фильтров кроется в понижении цветовой температуры. В результате светодиоды LED (12 вольт) способны проработать очень долго. Световой поток в среднем колеблется в районе 4 лм. Также важно отметить, что тиристоры используются только при параллельном подключении. Для регулировки мощности светового потока необходимы контроллеры. На рынке их можно найти с обкладкой и без нее. Также есть другие типы, которые включают в себя тетроды. В данном случае их рассматривать не следует.

Расчеты и величины

Расчет схемы начинается с подбора элементной базы. Номинал должен не только соответствовать возможностям проектируемого устройства, но, по возможности, не создавать дополнительных потерь, уменьшающих эффективность системы.

Популярность светодиодов на 1w предельно легко объяснить – они довольно неприхотливы, что практически до бесконечности расширяет область их применения. Казалось бы, увеличение мощности должно сказываться на яркости, но это не совсем так. Установка светодиода на 3w по характеристикам светового потока равняется монтажу 2-х светодиодов по 1w, но при этом увеличивает расход энергии (учитывать, правда, стоит и режимы работы устройства).

Использование сверхъярких светодиодов на 10w и выше или матриц от 10w окупает себя в основном при необходимости полноценно освещать сравнительно большую площадь. Объяснить это можно тем, что для небольшого пространства поток света большой концентрации может оказаться избыточным.

В случае пассивного охлаждения светодиодов, они могут закрепляться непосредственно на теплоотводах. Как радиатор можно использовать строительные медные или алюминиевые профили различного сечения (несложно собрать даже своими руками). При этом без обдува использование радиатора с большим количеством ребер вряд ли окажется эффективным.

Что принимать во внимание, монтируя радиатор:

• Учитывать стоит лишь площадь внешних элементов, внутренние ребра, вне зависимости от количества и величины, обычно обеспечивают не более 10-15% охлаждения;
• При вычислениях отталкиваться можно от соотношения 1w на 20 см² (при этом минимальная толщина стенки для не менее 1-2 мм для 1 w, 2-3мм для 3 w, 4-6 мм для 10w сверхъярких диодов и 10w матриц);
• Температура основания светодиода не должна подниматься выше 50ºС (при достижении отметки в 80ºС люминофор начинает деградировать, тем приводя к поломке светодиода);
• Собирая схему своими руками, можно попытаться найти радиатор от старых советских элементов (транзисторов, материнских плат), что существенно облегчит поставленную задачу;
• Если чертеж устройства позволяет, можно использовать светодиоды, изначально прикрепленные к основанию произвольной формы. Находящиеся на них контактные площадки (2-4 и больше) не только упрощают спайку, но также значительно уменьшают нагрев светодиодов;
• При монтаже светодиода на радиатор проще всего использовать термоклей (клей, устойчивый к воздействию температур, а не состав для термопистолета). Подойдет также быстросохнущая полиэфирная оксидная смола (можно найти в авто-магазинах).

Правильно собрать схему для освещения своими руками – довольно просто. Нужно учитывать некоторые особенности светодиодов, подобрать соответствующий радиатор, предварительно сделав расчет и вычислив его площадь. Радиаторы можно приобрести также в специализированных отечественных или зарубежных магазинах. Готовые охладители хороши тем, что они практически идеально подходят для монтажа. С другой стороны, стоимость покупного радиатора делает собственноручную сборку устройств довольно затратной.

Соблюдение техники безопасности

При применении электрического паяльника правила техники безопасности выглядят так:

1. Помещение должно быть оборудовано вентиляцией. Она защитит от воздействия паров и газов, которые выделяются при пайке.
2. Перед началом работы с электропаяльником следует проверить целостность электрического шнура, вилки и розетки.
3. Затем надо убедиться в целостности самого устройства. Обратить внимание на наличие повреждения изоляции.
4. Если при включении в сеть слышен треск, прибор следует немедленно отключить.
5. Запрещено работать в помещениях с высокой влажностью и брать оборудование мокрыми руками.
6. При выключении паяльника из сети не следует тянуть за провод.
7. При работе прибор следует держать только за ручку. Избегайте прикосновений к разогретым металлическим частям.
8. Нельзя наклоняться к устройству ближе чем на 20 см. Так вы минимизируете риск попадания олова и горячих паров в глаза.
9. Во время проведения работ запрещено находиться вблизи горючих предметов.
10. Уходя на перерыв, необходимо использовать подставку из негорючих материалов.
11. Не следует ронять даже выключенный паяльник.
12. После окончания работы нельзя прикасаться к жалу и корпусу прибора до его полного остывания.

При проведении любых работ необходимо строго соблюдать все требования техники безопасности.

Способы соединения: паечный и коннекторный

Есть два вида подключения светодиодных лент между собой и с кабелем:

• пайкой;
• коннекторами.

Соединение пайкой

При подключении проводов пайкой, они припаиваются оловянно-свинцовым припоем. Проводники при этом используются сечением до 0,5 мм2.

Соединение коннекторами

Кроме спайки, подключение производится с помощью коннекторов. Это современный способ подключения.

Виды соединительных коннекторов

Соединительные коннекторы выпускаются разных видов, на все случаи монтажа:

• С проводами. Такими устройствами присоединяют провода к светодиодной ленте.
• Соединительные. С их помощью подключают два отрезка светодиодной полосы друг к другу.
• Угловые и в форме буквы «Т». Предназначены для соединения углом или в виде буквы «Т» соответственно.

Все виды коннекторов выпускаются как для монохромных лент, с двумя контактами, так и для лент RGB, с четырьмя.

У каждого способа есть достоинства и недостатки.

Плюсы и минусы пайки

Обеспечивает надежный контакт, который не окисляется и не греется.

Однако у паяного соединения меньшая механическая прочность. Частично эту проблему решает использование термоусадочной трубки.

Пайка – процесс более длительный, чем подключение с помощью коннекторов, и при выполнении большого количества операций, это займет много времени.

Кроме того, паять удобно на столе, а при необходимости выполнить подключение или ремонт ленты под шкафом или в потолочном плинтусе это может оказаться невозможным.

Плюсы и минусы коннекторного соединения

У соединения с помощью коннекторов есть преимущества – быстро, удобно, такие соединения обладают механической прочностью.

Есть только один недостаток – место подключения может окислиться, особенно в сырых помещениях, или перегреться. В этом случае контакт пропадет и светодиоды погаснут. Поэтому паяный контакт надежнее коннекторного.

Для домашней сети

Отличительной особенностью бытовой сети и подключаемых к ней приборов является питающее напряжение на 220В. Поэтому все запчасти для контрольки должны выбираться исходя из этой величины.

Из запчастей вам понадобятся:

• два провода – если контролька вам нужна для одноразового использования, можно использовать и алюминиевые провода. Если вы планируете применять ее неоднократно, лучше брать медный многожильный провод, так как он не боится перегибов и более удобен в эксплуатации.
• патрон под лампочку – выбирайте только закрытые модели из изоляционного материала, никаких оголенных токоведущих элементов, к которым был бы открыт доступ, быть не должно.
• контрольная лампочка – выбирается в соответствии с размером цоколя патрона, а при наличии защитного кожуха и по габаритам колпака.
• щупы – не являются обязательным элементом контрольной лампы, но значительно упрощают работу, а при наличии упоров еще и повышают безопасность. В качестве щупа можно устанавливать не только заводские изделия, но и любые подручные средства – болты с накрученными гайками, спицы и т.д.
• колпак или защитный кожух – также не является обязательным элементом, но снижает вероятность повреждения особо хрупких деталей. По конструкции бывает сплошной или решетчатый.

Последние два пункта актуальны для контрольки многоразового использования, если вы хотите прозвонить цепи электропроводки один раз, можно собрать тестер без щупов и кожуха.

Изготовление контрольки на 220В

Чтобы собрать контрольку, вам потребуются такие инструменты: отвертка, паяльник, кусачки или пассатижи. В зависимости от ситуации, вам может понадобиться только часть этих приспособлений. К примеру, если пайка не предвидится, можно обойтись и без паяльника. Следует отметить, что провода к патрону можно припаивать, а не прикручивать, так получиться надежней.

Процесс изготовления состоит из таких этапов:

1. Разберите патрон на составляющие элементы, чтобы получить доступ к точкам подключения;
2. Подключите провода к выводам патрона, для этого заведите их в клеммный зажим и плотно зажмите отверткой, а если такое соединение не предоставляется возможным, припаяйте провода к выводам;
3. Соберите патрон, провода контрольки выведете в специально предназначенное для этого отверстие;
4. Подключите или припаяйте щупы к выводам проводов, места подключения или пайки заизолируйте, сами щупы должны иметь достаточную изоляцию, чтобы в ходе работы исключалась возможность прикосновения к оголенным токоведущим деталям;
5. Вкрутите лампу в патрон, при необходимости, закройте ее защитным кожухом.

Рис. 1: Готовая контролька на 220В

Контролька на 220 В готова к использованию для прозвонки проводов и электрических цепей. При постоянной работе такой контролькой не забывайте периодически проверять ее работоспособность в заведомо исправной сети, находящейся под напряжением.

Чтобы качественно и красиво паять LED ленты нужно:

• Подобрать правильное жало;
• Использовать хороший флюса (не кислоту);
• Пробовать новые техники пайки;
• Долгие часы практики

Пайка пошагово

Для начала, нужно выбрать жало. Лучше всего подойдет маленькая мини волна.

Она будет меньше нагревать окружающий пластик, и больше отдавать тепла на контакты.

Ставим температуру паяльника на станции не выше 300 °C.

Подготавливаем паяльник и ленту к пайке.

Отрезаем нужный кусочек ленты. Теперь нужно залудить контакты.

Лужение контактов

Не секрет, что если нужна хорошая пайка — надо залудить обе поверхности. Так и поступим.

В данной ситуации идеально подойдет припой с небольшим сечением и канифолью внутри.

Скручиваем пруток в два слоя и прикладываем к первому контакту.

Особенности положения паяльника

Разогретый и готовый паяльник без припоя на жале слегка прислоните к припою. И здесь есть важная особенность.

Паяльник нужно держать от себя.

Это делается для того, чтобы припой лучше распределился. Да и контролировать процесс пайки проще. Благодаря мини волне, капля припоя будет сразу на контакте. Конечно, это может получиться не сразу, нужна тренировка для хорошего и красивого результата.

Сразу зауживаем второй контакт. Как вы можете заметить, флюс при этом не требуется. Он находится в припое (само собой, если вы используете припой с канифолью или флюсом).

Оба контакты залужены

Лудим провода

В качестве примера залудим провод от витой пары.

Он массивен, но с помощью мини волны его можно залудить. Для этого потребуется обычная канифоль. Наносим канифоль на оголенные участки провода. И плавным движением на себя (от края контакта) проходим по проводу.

Если не получилось в первый раз и остались незалуженные участки или комочки припоя, то нанесите канифоль еще раз и пройдите паяльником по проводу снова.

Провод обязательно нужно залудить со всех сторон (сверху, снизу), чтобы меди не было видно.

Теперь осталось припаять провода к ленте.

Паяем провода к ленте

Наносим флюс (или канифоль) на контакты, прикладываем провода. И точно таким же образом паяльником от себя припаиваем провод. Главное то, что время пайка не должно превышать 1 секудну.

Оба провода припаяны. Теперь осталось почистить их от остатков пайки и контакты будут еще лучше выглядеть.

Блок питания повышенной мощности

Более мощным блок питания можно сделать, добавив в схему несколько мощных каскадов на транзисторах Дарлингтона типа TIP2955. Один каскад даст прибавку нагрузочного тока в 5 А, шесть составных транзисторов, подключенных параллельно, обеспечат нагрузочный ток в 30 А.

Транзисторы Дарлингтона типа TIP2955

Схема, обладающая такой выходной мощностью, требует соответствующего охлаждения. Транзисторы должны быть обеспечены радиаторами. Возможно, понадобится и дополнительный вентилятор охлаждения. Кроме того, можно защититься еще плавкими предохранителями (на схеме не показано).

На рисунке показано подключение одного составного транзистора Дарлингтона, дающего возможность увеличения выходного тока до 5 ампер. Можно увеличивать и дальше, подключая новые каскады параллельно с указанным.

Подключение одного составного транзистора Дарлингтона

Внимание! Одним из главных бедствий в электрических цепях является внезапное короткое замыкание в нагрузке. При этом, как правило, возникает ток гигантской силы, который сжигает все на своем пути. В этом случае сложно придумать такой мощный блок питания, который способен это выдержать. Тогда применяют схемы защиты, начиная от плавких предохранителей и кончая сложными схемами с автоматическим отключением на интегральных микросхемах.