Светодиодные ленты RGB и RGBW

Светодиодные ленты с обычными белыми светодиодами, а также с динамичным светом (красным, жёлтым, синим и зелёным) распространены повсюду. Их гибрид – четырёхцветные или RGBW-полосы выдают, кроме основных трёх цветов, вдобавок и белый.

LED-сборка расцветки RGB – дополнение для светоленты, светящейся исключительно белым светом. В простейшем случае, когда RGBW-полос не нашлось под рукой, рядом с белыми светолентами прокладывают цветные – либо поодиночке (для каждого цвета), либо все сразу, чередуя друг с другом белый, красный, зелёный и синий цвета свечения.

Прогресс не стоит на месте – в продаже появились составные светодиоды, вырабатывающие белый, красный, зелёный и синий цвета. В такой составной светодиод встроены 4 простых светокристалла, каждый из которых даёт свой цвет. Для управления предусмотрена либо 5-контактная (5-проводная) линия, либо двухпроводная, по которой подводится питание к светодиоду, имеющему примитивный микроконтроллер. В последнем случае в «мультисветодиод» помещены 5 кристаллов: 4 светоизлучающих, один (простейший чип) управляющий. В качестве чипа предусмотрен мультивибратор (диммер), последовательно подающий питание от самого себя, которое приходит по внешней двухпроводной линии, на соответствующие светокристаллы.

Аналог RGBW – пятикомпоненный (5-криталльный) светодиод, в котором содержится ещё и жёлтый. Сборка RGBW стала бы RGBWY-светодиодом. Такая модификация многоэлементных светодиодов не нашла применения на практике – жёлтый цвет воспроизводится одновременным свечением красного и зелёного светокристаллов. Близко расположенные друг по отношению к другу светокристаллы, когда наблюдатель находится в одном-двух метрах (и дальше) от них, сливаются в его поле зрения в единую светоточку. Эта особенность зрения, открытая ещё Ломоносовым и подтверждённая на практике Гельмгольцем, позволяет создавать произвольный оттенок из видимых глазу 16777216 вариаций. Изменяя, например, яркость свечения красного и зелёного, человек видит на RG-светодиоде красновато-желтоватый оттенок света.

RGBW-ленты имеют интересную особенность – светокомпенсацию. Если белый светокристалл внезапно откажет, то с помощью красного, синего и зелёного, которые пока ещё работают, можно воссоздать динамический беловатый свет – от холодного до тёплого, выставив соответствующую яркость. Соотношение яркостного сигнала этих трёх светодиодов для простого белого (без оттенения по шкале цветовой температуры) следующее: 30% света даёт красный, 59% – зелёный, 11% – синий.

Если немного убавить свечение зелёного и добавить синего – оттенок будет холодным белым. Если синий убавить, а прибавить красный – оттенок станет тёплым белым. И так далее. В промышленных светолентах данным процессом руководит не человек, а специальное устройство – диммерный микроконтроллер, который задаёт оттенки и частоту, алгоритм их изменения по времени.

Встроенный микроконтроллер с жёстко заданными режимами свечения располагается в каждом из светодиодов: при включении такой светоленты все четыре светоэлемента светятся одновременно. Плавное или резкое циклическое переключение задаётся с помощью внешнего диммера. Адресное (алгоритмическое) – при помощи дополнительной цифровой (трёхпроводной линии связи).

Подведём итог. Светодиоды W – белые являются основными. Это светоэлементы, дающие свет для повседневной жизнедеятельности людей дома и на работе. Кристаллы R, G и B – красный, зелёный и синий дают фоновую подсветку. Так, в светодиодных люстрах, управляемых с пульта, подсветку владелец выбирает самостоятельно. Например, на Новый год пользователи часто включают RGBW-ленту или светильник в режиме «бегущих огней», как на ёлочной гирлянде: красный, зелёный и синий мигают последовательно или с разной периодичностью.

Подсвечиваемый таким образом потолок получает нарядный, праздничный вид. Пользователи, предпочитающие резкое мигание, мерцание плавному переходу из одного цвета в другой, выбирают другой режим. Использование произвольно программируемых микроконтроллеров Arduino позволило каждому владельцу такой светоленты задавать свой алгоритм, не ограничиваясь одной или несколькими заводскими предустановками.

Гибкие ленты RGBW – на 5, 12 и 24 вольта, в отличие от 220-вольтовых, режутся на секторы короче 0,5 или 1 метра. Потолок, стены и пол, обладающие ступенчатыми переходами, обкладываются по периметру с применением коротких и длинных отрезков, соединяемых 90-градусными коннекторами, создающими повороты ленты на этот угол. А значит, помещение с динамоподсветкой обретает элегантный и законченный облик. Простейшие светоленты без диммерного переключения подключаются напрямик. Им потребуется блок питания (адаптер, драйвер) с двумя независимыми напряжениями на выходе: 2 вольта – для цветных светодиодов, 3 – для белых.

Кроме многоцветной диодной ленты, мастеру потребуются такие аксессуары и комплектующие.

• Угловые коннекторы.Чаще всего это прямоугольные соединители – на один поворот. Могут применяться тройники – Т-образные переходники-коннекторы. «Крестики» служат для соединения пересекающихся многопроводных шин, «плюсы» и минусы их электрически изолированы друг от друга. Звёздочки – в особых случаях: 5, 6, 7- и более конечные позволяют по одной из лент обеспечить соединение с блоком питания, а центр «звезды» – мультиконнектор на несколько полос поделится питающими напряжениями с остальными лентами. Коннекторы- «крестики» и «звёздочки» распространены слабо, по причине своей уникальности – пользователь, умеющий паять, собирает такую топологию с помощью отрезков провода.

• Силовой кабель – когда лент много, требуется приличное сечение. Лента на 12 вольт мощностью, например, 10 ватт на погонный метр, потребляет почти ампер. Следовательно, 5 м светоленты потребит: 5/6 А, умноженных на 5 м, дадут 25/6, или более 4 А. А учитывая теплопотери (на светодиоды и провода под нагрузкой), до лент дойдёт лишь 2,5 А. Чтобы полученная светосборка вас не разочаровала малой, чем заявлено производителем, светимостью, нужен кабель с запасом, позволяющий подвести 10 А без заметного падения напряжения питания под нагрузкой. Многие самодельщики, столкнувшись с данной необходимостью, берут общий отрезок кабеля, к которому подсоединено несколько светолент, с сечением на 2-5 мм2 – и не прогадывают: если блок питания достаточно мощный, то светоленты светятся с заявленной яркостью.

• Универсальный клей. Можно использовать «жидкие гвозди», напоминающие клей «Момент-1».

• Белый короб с прозрачной крышкой (можно с рассеивателем) либо прозрачная силиконовая трубка. В последнем случае подойдёт садовый или технический шланг, пропускающий белый свет – с внутренним диаметром где-то в сантиметр с небольшим. Упаковка ленты придаст сборке водо- и пыленепроницаемость. Готовые светоленты с классом влагозащиты IP-69 уже помещены в пылевлагонепроницаемую оболочку. Загерметизированная светолента, хоть и теряет немного – до 10% светимости в оболочке, предельно защищена от внешних погодных и микроклиматических (механических и химических) воздействий.

• Блок питания. Может поставляться в комплекте. Если RGBW-лента без контроллера – работает от 220 В, т. е. «от розетки», то в качестве устройства в мини-капсуле на сетевом шнуре смонтированы сетевой выпрямитель. Это высоковольтный диодно-выпрямительный мост. Параллельно ему – на выходе подключён высоковольтный конденсатор, как правило, с запасом от перепадов напряжения до 400 В.

• Разнообразный крепёж: дюбели и саморезы под них. Потребуются, чтобы подвесить блок питания.

Инструменты – нож для зачистки проводов и контактов, паяльник с припоем, канифолью и паяльным флюсом, отвёртка. Пайка нужна в нестандартных случаях, когда коннекторов с нужной топологией нет, а подвесить светоэлементы нужно.

Конроллерный функциональный узел – мини-плата в корпусе с выводами подключается к блоку питания по соответствующему входу на ней. Как правило, это выводы» +5В» (или на 12 В) и «земля» («масса»). Выходы контроллера также являются нагрузочными: подачей питания микросхема управляет через силовые транзисторные каскады, работающие как ключи. Как правило, это «минусы» на «R», «G», «B» и «W», а «плюс» у них общий, но бывает и обратная полярность – с общей «массой». Образуется 5-проводная силовая линия.

Усложнённая схема следующая: «плюс» и «минус» здесь единственные. К светодиоду (группам светокристаллов) подходит общее питание. Чип в светодиодном корпусе самостоятельно – местно переключает цвета свечения. Тогда «минус» «сажается» на общий провод, «плюс» идёт отдельно, а в шине управления есть высокоскоростная линия по цифровому протоколу – провода на «приём» и «передачу».

Контроллер, обнаружив, что светочипы подключены и готовы к работе, посылает им адресные команды по шине («Rx» / «Tx» / «масса»). Внезапно подключить «плюс» на «приём» или «передачу» – распространённая ошибка начинающих мастеров: чипы и головной контроллер («мозг»), не имеющие защиты, моментально сгорят (тепловой и электрический пробой микропроцессорной части).

Усилитель цифровых сигналов от сложной («интеллектуальной») системы управления RGBW-светолентой требуется, когда протяжённость программной линии составляет сотни и более метров. Для компенсации потерь ВЧ-напряжения, которое и так мизерное, а ампераж его – единицы микроампер, в длинном кабеле предусмотрен т. н. бустер. Найти и выбрать его проблематично – изделие это выпускают лишь немногие фирмы, т. к. подобные ситуации весьма редки. Энтузиасты собирают такие схемы самостоятельно, приобретая радиоэлементы в Китае онлайн.

Что касается усилителя по питанию – когда светолента на последних участках «проседает» по яркости, иногда дешевле приобрести дополнительный адаптер на 5, 12 или 24 вольта, чем вкладывать в несколько раз большую сумму на многожильные кабели с толстым сечением. Недостаток такого решения – блок питания, в угоду целостности изначального дизайна помещения, прячут под подвесной конструкцией люстры, за неё – со стороны, противоположной от входа в комнату. Питание поступает по дополнительным проводам через переделанные коннекторы, к которым подключены небольшие выводы для проводов.

В качестве адаптера подойдёт любой понижающий с 220 до 12/24 вольт модуль, обеспечивающий отвязку от высокого напряжения сети. Переменное напряжение он превращает в постоянное – благодаря ему светоленты не мерцают, утомляя глаза пользователя при многочасовой работе, а дают ровные, без пульсаций основной свет и фоновую подсветку.

Избегайте применения светоленты, которая мерцает при работе. Пульсации – с частотой 50-100 герц дают также простейшие блоки питания (трансформатор и два диода, даже без сглаживающего конденсатора). Выбирайте и согласовывайте мощность блока питания и суммарное потребление (по ваттам) самих светолент. Если первое меньше второго – свечение неполное, а блок работает в режиме перегрузки либо периодически отключается по перегреву.

Для монтажа и настройки динамического RGBW-освещения сделайте следующее.

1. Установите блок питания. Разместите его в скрытом месте – нише в стене, за шкафом и т. д.
2. Расклейте в нужных местах комнаты светоленты.
3. Подключите коннекторы. Если отрезки светолент соединяются при помощи пайки, заранее – до расположения ленты спаяйте отрезки для труднодоступных мест для потолка, пола и стен.
4. Смонтируйте и подключите выходной и сетевой кабели (шнуры) к блоку питания.
5. Подвесьте и подключите контроллер (если он есть), соблюдая инструкцию по сборке и пусконаладке устройства.
6. Подведите и подключите провода (и их отрезки), сверившись по вашему индивидуальному плану наладки светосистемы.

Проверьте, правильно ли собрана система. Вся светосборка должна засветиться. Если предусмотрен пульт – вставьте в него батарейки или аккумуляторы и проверьте переключение режимов в свечения. Переберите режимы свечения – все, установленные заводом, должны работать. Если предусмотрено программирование с пульта – установите свой алгоритм переключения цветов и белого света. Результат – разноцветное свечение, идущее в сочетание с основным (белым) или без него.