Светодиодная матрица, ее особенности и способ управления

Советы по выбору

О том, что необходимо подбирать диммер строго в соответствии с напряжением, потребляемым осветительным прибором, мы уже говорили. Также при выборе следует учитывать, что ленты бывают либо монохромными, либо RGB, RGBW. В соответствии с этим диммеры могут быть:

Одноканальные;
Многоканальные;

При подключении многоканального диммера к RGB ленте, у вас появится возможность не только регулировать общую яркость диодов, но и каждого цвета в отдельности. Также необходимо определиться с набором функций, которые вам необходимы. Это может быть:

Исключительно диммирование;
Диммирование и режим мерцания, цветомузыка, поддержка DMX-протокола, возможность управления несколькими зонами освещения.

определитьсязапасом мощности,

Если в будущем вы не планируете увеличивать длину светодиодной линии, то запас мощности светорегулятора должен быть минимум на 20-30% выше, чем мощность ленты;
Если увеличение длины ленты в будущем не исключено, то следует понимать, что вместе с тем увеличится и ее мощность. Следовательно, к вышеуказанным 20-30% необходимо прибавить еще 20-50% в качестве запаса. В случае нехватки мощности прибор либо просто не будет включаться, а следовательно и выполнять свои функции, либо произойдет преждевременный износ и выход из строя всей линии.

Помимо этого не забудьте определиться и с предпочтительным способом управления светорегулятором. Если финансы позволяют, лучше предпочесть модели, которые имеют возможность управления дистанционным пультом. Это сделает эксплуатацию максимально комфортной.

Преимущества перед остальными типами фар

Как мы уже упоминали, светодиодные источники света стали постепенно вытеснять традиционные. Причиной послужила их экономичность и более длительный срок эксплуатации. И если говорить про матричные фары, то они обладают целым рядом дополнительных преимуществ:

Габаритные размеры — галогенная и газоразрядная оптика требуют большого пространства для установки, а светодиоды легко разместить даже на маленькой плате.
Срок эксплуатации — система состоит из минимального набора элементов, которые подвержены сбоям и выходу из строя.
Яркость освещения — показатель регулируется количеством установленных светодиодов.
Управление освещенностью зон — с помощью датчиков и систем распознавания автомобиля происходит автоматический анализ объектов и изменение световых режимов.

Работа системы в темное время суток

Виды и области применения

Сохраняя единый принцип размещения светодиодных кристаллов на теплопроводящей подложке, светодиодные матрицы существенно отличаются по количеству кристаллов на одном основании и способам их соединения между собой.

Количество кристаллов на одной подложке определяет итоговую мощность матрицы, которая может достигать сотен ватт на одно изделие. Мощные матричные источники света хорошо зарекомендовали себя в прожекторах и светильниках для уличного освещения. Способ соединения кристаллов между собой определяет возможности управления свечением отдельных кристаллов и параметры блока питания для матрицы. Последовательно-параллельная структура внутренних соединений дает возможность снизить ток и увеличить величину питающего напряжения, что находит свое отражение в характеристиках матричных изделий.

Еще одной особенностью внутренних соединений кристаллов между собой с внешними выводами выступает возможность использования светодиодных матричных структур в информационных табло и в графических или символьных экранах. Такие LED-матрицы находят свое применение в контрольно-измерительной аппаратуре и всевозможных инсталляциях рекламного характера.

Измерение температурного режима работы светодиодов

Хотя на ощупь корпус прожектора нагревался незначительно, но напрашивался вопрос о возможном перегреве LED матрицы в связи с увеличением подаваемой на нее мощности в три раза. Поэтому решил измерять температуру ее подложки.

Для этого в оставшееся в корпусе прожектора отверстие от провода, ведущее к подложке матрицы была вставлена термопара мультиметра.

Задняя крышка была закреплена на корпусе. Прожектор во включенном состоянии в самом плохообтекаемом воздушным потоком положении, излучающей стороной свет положен на горизонтальную плоскость. За полчаса работы прожектора температура прекратила увеличиваться и при температуре окружающей среды 21°C достигла 60°C. Перегрев матрицы составил 39° градусов.

Согласно технической документации срок службы светодиодных матриц при нагреве подложки до 60°C, а кристаллов до 80°C составляет 50 000 часов.

Следовательно, можно сделать вывод, что конструкция исследуемой десяти ваттной светодиодной матрицы с встроенным драйвером и габаритные размеры корпуса прожектора позволяют при качественной установке матрицы обеспечить безопасный тепловой режим ее работы.

Измерение температурного режима работы светодиодов

Что такое SMD

Технология SMD (Surface Mounting Device) — дословно можно перевести как «устройство с креплением на поверхность».

Основным отличием этой технологии от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность платы. Это обеспечивает меньшие габариты конструкции, лучший теплоотвод, вариативность исполнения. Данная конструкция на сегодня является самой распространенной в освещении и используется в источниках света практически всех типов.

На сегодняшний день именно технология SMD является самой распространенной в светодиодном освещении и используется в светильниках практически всех типов.

Данная технология прямо-таки создана для организации мощного рассеянного освещения, которое достигается за счет распределения по всей площади светильника значительного количества мелких светодиодов (в одном изделии бывает до 700 шт), что позволяет не применять в светильниках никакой дополнительной оптики, только обычное защитное стекло корпуса светильника. Для увеличения степени рассеивания (например для помещений с компьютерной техникой), применяется молочный, призматический либо микропризматический рассеиватель.

Поскольку светодиоды располагаются на алюминиевой линейке большой площади, а расстояние между ними достаточно велико, охлаждение LED не вызывает больших трудностей, отсюда и долговечность SMD линеек при правильном их питании.

Их из минусов светильников с SMD линейками следует отметить большую сложность их ремонта, поскольку при выходе из строя одного светодиода перестает гореть вся линейка, а заменить SMD-светодиод самостоятельно — достаточно трудоемкая задача. Замена же линейки целиком — уже накладна в финансовом плане. Справедливости ради нужно сказать, что большинство Производителей светодиодных светильников в России при возникновении гарантийного случая заменяют линейку целиком.

Подключение

В схемах подключения светодиодных матриц определяющими факторами их надежности выступают два ключевых момента — достаточная площадь радиатора для отвода тепла и стабилизация питающих токов. Оба этих фактора напрямую связаны с усиленной деградацией полупроводниковых кристаллов при превышении их температур выше максимально допустимой.

Рабочие величины постоянного тока указываются в параметрах светодиодных матриц, а для ориентировочного выбора площади радиатора можно использовать цифру 20-25 см² на 1 Вт мощности матрицы. При это следует учитывать, что такая площадь необходима при температурах окружающего воздуха до 35 °С. При более высоких температурах рабочую площадь радиатора следует увеличить либо дополнить активным охлаждением.

Отсутствие в схеме драйвера с питанием от сети 220 вольт электролитических конденсаторов большой емкости определяет высокий коэффициент пульсации излучаемого света, вредное влияние которого на здоровье человека доказано множеством научных исследований.

ПОДКЛЮЧАЕМ МАТРИЦУ

Начнём с типов соединения матрицы, их всего два: последовательный и параллельный, + совмещённый вариант по питанию. Плюсы и минусы указаны на рисунке, для больших матриц предпочтительнее использовать параллельный тип, так гораздо лучше организуется питание. Но вот с ответвлениями силовых проводов придётся повозиться. Если делать матрицу из гирлянды модулей, то естественно проще сделать её зигзагом. Но обязательно проверить на разной яркости и убедиться, что тока хватает дальним светодиодам (при просадке напряжения заданный белый цвет уходит в желтизну (небольшая просадка) или в красный (сильная просадка напряжения). В этом случае питание нужно будет продублировать толстыми проводами к каждому отрезку ленты (к каждой строке матрицы).

Матрица подключается к Arduino согласно гайду об адресной ленте, далее идёт выжимка из него. Важные моменты:

Логический пин Arduino соединён с пином DIN ленты (матрицы) через резистор с номиналом 220 Ом (можно брать любой в диапазоне 100 Ом – 1 кОм). Нужен для защиты пина Ардуино от перегрузки, т.е. ограничить ток в цепи (см. закон Ома);
GND (земля, минус) ленты обязательно соединяется с пином GND Arduino даже при раздельном питании;
Электролитический конденсатор по питанию Arduino нужен для фильтрации резких перепадов напряжения, которые создаёт лента при смене цветов. Напряжение конденсатора от 6.3V (чем больше, тем крупнее и дороже кондер), ёмкость – в районе 470 мкФ, можно больше, меньше не рекомендуется. Можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!
Конденсатор по питанию ленты нужен для облегчения работы блока питания при резких изменениях яркости матрицы. Опять же можно вообще без него, но есть риск нарушения стабильности работы!
Мощность (и максимальный отдаваемый ток) блока питания выбирается исходя из размера матрицы и режимов, в которых она будет работать. Смотрите табличку и помните о китайских амперах, т.е. блок питания нужно брать с запасом по току на 10-20%! В таблице приведены значения тока потребления ленты.
В прошивке GyverMatrixOS версии 1.2 и выше настраивается ограничение тока системы. Как это работает: в настройках скетча есть параметр CURRENT_LIMIT, который задаёт максимальный ток потребления матрицы в миллиамперах. Ардуино будет делать расчёт на основе цветов и яркостей светодиодов и автоматически уменьшать яркость всей матрицы, чтобы не допустить превышения установленного лимита по току на особо “жрущих” режимах. Это очень крутая функция!

ЗАКУПАЕМСЯ КОМПОНЕНТАМИ

Если вместо ссылок у вас открываются женские штаны/кофта/вата, проверьте свой айфон на вирусы, а лучше купите андроид!

Ленты всех типов. Нам нужна IP30 (без влагозащиты), плотность 60 или 30 на метр по желанию

Модули, спаянные в гирлянду с шагом 12см. Идеальный вариант для создания новогодней матрицы на окно. Шаг между диодами – 12 см, в одной связке 50 диодов. Зная размеры своего окна, посчитать несложно. Сколько получилось у меня – смотрите в скетче в настройках.

Готовая матрица 16×16 пикселей (16×16 сантиметров соответственно) на гибкой подложке. Тип матрицы – зигзаг.

Готовая матрица 8×32 пикселей (8×32 сантиметров соответственно) на гибкой подложке. Тип матрицы – зигзаг.

Готовая матрица 8×8 пикселей (8×8 сантиметров соответственно) на гибкой или твёрдой подложке (твёрдая дешевле!). Тип твёрдой матрицы – параллельная, тип мягкой – зигзаг!

Подборка “Всё для пайки с AliExpress” у меня на сайте

Корпусные блоки питания на 5V. Какой нужен ток – читайте ниже. Но не забывайте про “китайские” амперы и берите с запасом по току минимум 20%!

DIY блоки питания на 5V. Какой нужен ток – читайте ниже. Но не забывайте про “китайские” амперы и берите с запасом по току минимум 20%!

Некоторые компоненты для правильного подключения матриц. Резисторы 220 Ом, конденсаторы 6.3 V (или 10V) 470-100 мкФ

Arduino NANO 3.0 на микроконтроллере Atmega 328p для управления матрицей

Bluetooth модуль для управления матрицей по Bluetooth из приложения GyverMatrixBT

Модуль реального времени для правильного функционирования часов на матрице

Откуда берутся дешевые одноразовые «поделки»

Как ни парадоксально — в наличии большого количества предложений дешевых ширпотребных светодиодных светильников виноват сам Заказчик, ведь основным критерием выбора для Заказчика является Стоимость.

Ситуация повторяется, как это было ранее с : если есть спрос на дешевую продукцию, производители из Поднебесной обеспечат и предложение! Поскольку на ввоз из Китая ни у кого нет монополии, конкуренты начинают требовать у производителей постоянного, от партии к партии, снижения закупочных цен, чтобы просто забить конкурентов на рынке низкой ценой. Однако всему есть разумные пределы и постоянное снижение стоимости изделий при сохранении всех основных характеристик просто невозможно. Вот и начинается игра на снижение эксплуатационных характеристик, надежности и т.п. — лишь бы продать осветительное оборудование, поставив минимальный срок гарантии. И это при том, что для светодиодов анонсируются сумасшедшие сроки наработки — от 50 до 100 тыс. часов.

Для любителей выжигать на различных материалах

В сети можно увидеть многочисленные самодельные модели выжигателей, которые способны создавать рисунок на фанере, пластике, металле и даже на стекле. Причем достигается фотографическая схожесть и некоторая объемность изображения. Поверхность очищают, обезжиривают, грунтуют белым акрилом марки Kudo и, применяя лазерный ЧПУ выжигатель, его ещё называют пиропринтер, создают уникальные изображения. Иногда процесс длится 6 и больше часов.

Скорость работы выжигателя – стабильная 10 м/мин, и у программистов есть идеи, как ее поднять, не вмешиваясь в работу блока управления. Управлять выжигателем можно и с ноутбука (ОС Windows XP и 7), отказавшись от LPT кабеля. Это превратит выжигание в увлекательное занятие для детей и подростков с применением возможностей лазерных фрезеров.

Как менять диоды

Если посчастливилось купить готовые линейки от производителя — задача решается просто: они устанавливаются на место старых целиком. Даже без проверки отдельных диодов. Есть и более сложный путь. Найдя сгоревшие диоды, их вырезают вместе с участком подложки с проводниками. На это место помещают такую же деталь, получаемую из новой линейки. Все, что останется — восстановить дорожки, то есть подпаять в разрыв пару коротких проводников.

Но если в руках только набор б/у диодов или комплект с Алиэкспресс, придется повозиться.

Как снять линзу

Главное, не повредить ножки линзы. Так ее проще будет устанавливать на место. Операция проводится очень аккуратно. На фене устанавливается температура 100-120 градусов, выхлоп направляется на ленту подложки снизу. Расстояние подбирается эмпирически, обычно около 10 см. Под линзу помещают тонкую полоску пластика и легонько пытаются, как рычагом, ее поднять. Как только фен расправит клей, деталь отделится от подложки. В ходе работы рекомендуется записывать, откуда что снимается, чтобы затем сделать обратную правильную установку.

Как снять диод

Диоды также прогреваются феном. Температуру воздуха при этом устанавливают на уровне 320-350 градусов. Понять, что диод отделился, можно по расплавлению припоя по его краям. Деталь снимают пинцетом.

Как готовить посадочную площадку

После снятия старого диода, под новый готовят место. То есть удаляют лишнее олово на проводящих площадках, избавляются от потекшего флюса, все вычищают. Затем контактные точки лудят.

Как установить новый диод

Новый диод очень аккуратно пинцетом устанавливают на подготовленную площадку. Не смещая деталь и не перемещая ленту подложки, последнюю греют снизу феном. Как только будет видно расплав олова, поступление тепла прекращают. После остывания металла на контактных площадках диод готов к работе.

Возвращаем линзы на места

До окончания монтажа осталась одна операция. Делать ее нужно быстро. Возврат линз на свои места производится по записанной карте демонтажа. На ножки детали наносят суперклей. Желательно использовать гель, так как он медленнее застывает. Ножки помещают в те же точки, при этом следят, чтобы оптическая ось линзы прошла через центр полупроводникового кристалла.

Для этого подсветку подключают к драйверу и кладут сверху пластину светорассеивающего фильтра. Если она равномерно освещена, ничего делать не нужно. А вот в случае обнаружения дефектов линзу в месте их находки можно немного сдвинуть в правильную позицию.

А это отремонтированный вид собранной и готовой к дальнейшей эксплуатации панели подсветки:

Прямое подключение к микроконтроллеру.

По своему принципу действия, матричные LED-индикаторы полностью аналогичны семисегментным моделям, за исключением большего числа выводов. Это позволяет использовать классические схемы включения таких устройств, без использования каких-либо ухищрений. Простота реализации, в этом случае, имеет обратную сторону в виде необходимости использования большого числа выводов микроконтроллера. Так для индикатора 5х7 потребуется 12 линий, а 8х8 – 16 управляющих линий. Данный вариант требует также использования ресурсов микроконтроллера. В виду этого, прямое подключение LED матриц к микроконтроллеру наилучшим образом подходит для включения только одного индикатора. В случае необходимости увеличения размеров поля, лучше применять другие схемы.

Проверка диодов

Линейки диодов удобнее всего тестировать лабораторным трансформатором (ЛАТР). На нем устанавливают нижний порог напряжения, равный 2.75В, умноженный на число элементов. Перед тестированием провода, идущие к линейкам, отсоединяют. После этого щупы ЛАТРа прислоняют к краям элемента, где есть контактная группа.

Если проверяемая деталь загорается полностью, значит, на ней все диоды исправны. В процессе тестирования, если номинальное напряжение диодов выше 3.3В, на ЛАТР повышают рабочее напряжение. Таким образом, находят сгоревшие зоны. Затем в них начинают проверять каждый диод и определяют вышедшие из строя и подлежащие замене.

Лента диодов крепится к корпусу на двусторонний скотч. Чтобы ее освободить, металлическую деталь греют феном, температурой около 100 градусов, с тыльной стороны.

По мере разогревания скотча, подмазывая область его отделения от ленты спиртом, последнюю освобождают.

Преимущества LED-подсветки

И газоразрядные лампы, и светодиодная подсветка решают одну и ту же задачу. Они образуют задний световой фон для матрицы дисплея телевизора, которая имеет ячейки с управляемой прозрачностью пикселей и их цветового окраса. Однако современное техническое решение на полупроводниковых кристаллах имеет множество преимуществ. Причем это плюсы как для производителей, так и пользователей, повышающие надежность ТВ, его безопасность, долговечность и другие характеристики.

Телевизоры стали тоньше. Проводник, на котором крепятся диоды с линзами, а также рассеивающий фильтр занимают очень малую высоту. В сравнении с прошлым поколением телевизоров с ламповой подсветкой, выигрыш в толщине составляет до 10 см.
Светодиоды прочны и надежны, равнодушны к падениям. Они выдержат удар, если телевизор упадет или будет вибрировать при транспортировке.
Пользователь получает гораздо более яркий экран за ту же стоимость его эксплуатации. Уровень потребления энергии полупроводниковых кристаллов во много раз меньше аналогичного показателя газоразрядных ламп.
Уровень выделения тепла у диодов ничтожен. Использование телевизора становится безопаснее.
У полупроводниковых кристаллов срок службы измеряется сотнями тысяч часов непрерывного свечения без падения интенсивности потока. Телевизор годами будет показывать ту же яркую картинку, что и в первый день после первого включения.

Очевидны выгоды и для здоровья общества. Светодиоды проще утилизировать. В них нет паров ртути, у сервисных мастерских нет необходимости вести строгий учет, ответственное хранение и сдачу вышедших из строя деталей в специальные пункты сбора. В результате пользователь получает низкую цену ремонтов и их высокую скорость.

Кроме этого, нет опасности поражения парами ртути внутри квартиры. Если ребенок вдруг случайно разобьет ЛЕД телевизор, никакой особой проблемы не образуется. Безопасность светодиодной подсветки еще в том, что каждый из ее элементов работает нанизком напряжении, при поломках не возникает дуговых разрядов, образования пламени и других ситуаций, способных привести к значительным негативным последствиям.

Koito Manufacturing

Shinya Saeki, Nikkei Electronics

Группа японских исследователей разработала новый высокоэффективный желтый люминофор (CL_MS phosphor) для белых светодиодов, используемых в осветительных приборах. Этот светоизлучающий состав был создан компанией Koito Manufacturing совместно с исследователями под руководством профессора Токийского технологического института Хидео Хосоно (Hideo Hosono) и группой, возглавляемой профессором университета Нагои Хироси Сава (Hiroshi Sawa).

Хидео Хосоно

Белые светодиоды на основе нового люминофора излучают мягкий свет, удобный для освещения помещений и имеют низкую стоимость, по сравнению с существующими белыми светодиодами. Пока неизвестно, когда начнется производство нового люминофора, но Koito Manufacturing заявляет, что технология для массового производства уже готова и планируется проведение переговоров с производителями светодиодов и осветительных приборов.

Белый светодиод на основе нового материала (слева) и традиционный белый светодиод (справа).

Квантовая эффективность составляет 94%

Люминофор CL_MS производится путем добавления Eu (европий)2+ в качестве активатора излучения света в основной кристалл, химическая формула которого (Ca_1-х, Sr_х)₇ (SiO₃)₆,Cl₂.

«Материал имеет совершенно новую слоистую кристаллическую структуру», – заявляет Koito Manufacturing.

Люминофор CL_MS может конвертировать фиолетовый свет в желтый с квантовой эффективностью 94%, при возбуждении поглощает относительно небольшое количество синего света и отличается высокой воспроизводимость цвета, поскольку обладает широким спектром излучения.

В изготовленном Koito Manufacturing полусферическом белом светодиоде диаметром 10 мм используется люминофор CL_MS, синий люминофор и кристалл фиолетового светодиода. В сравнении с существующими конструкциями белых светодиодов, размеры которых составляют от 2 × 2 мм до 3 × 3 мм при толщине около 0.5 мм, плотность частиц люминофора была снижена на 90-95%.

Новый люминофор CL_MS.

Пять преимуществ новых белых светодиодов

У новых белых светодиодов есть пять основных преимуществ. Во-первых, они отличаются повышенными яркостью и световым потоком. Световой поток на 25% выше, в сравнении с существующими светодиодами на основе такого же фиолетового кристалла и люминофора. Низкая плотность частиц используемого люминофора снижает эффекты затемнения и рассеяния света.

Во-вторых, яркость новых светодиодов в прямом направлении меньше, что ослабляет их блеск. По сравнению с существующими белыми светодиодами на основе комбинации синих кристаллов и желтого люминофора (YAG), светоизлучающая зона новых светодиодов увеличилась в 10 раз, а яркость в 10 раз снизилась.

В-третьих, новый светодиод отличается отсутствием направленности из-за того, что белый свет формируется комбинацией двух типов люминофора. Поэтому, несмотря на сферическую конструкцию диаметром 10 мм, яркость свечения одинакова во всех направлениях.

В-четвертых, сферическая структура диаметром 10 мм обеспечивает широкий диапазон освещения. «Этот белый светодиод при использовании в светильниках может ярко осветить всю комнату», – заявляет Koito Manufacturing.

В-пятых, из-за того что белый светодиод на основе люминофора CL_MS не обладает выраженной направленностью потока, он может иметь не только полусферическую форму, но и множество других, включая коническую.

Экспериментальные образцы новых светодиодов.

Низкая себестоимость

Koito Manufacturing производит CL_MS люминофор методом самофлюсования, в котором часть сырья кристалла используется в качестве флюса. Температура технологического процесса составляет около 800 °C. Благодаря использованию люминофора на основе оксида, технология не требует высокой температуры (2,000 °C), высокого давления (10 атм) или определенного состава атмосферы (без кислорода). Все эти особенности позволяют сократить производственные расходы, говорится в сообщении компании.

Ремонт светодиодных ламп 220 В своими руками за 4 шага: инструкция для домашнего мастера

Современные Led светильники прочно входят в наш быт, позволяют значительно снижать потребление электроэнергии, но, в силу разных обстоятельств, периодически выходят из строя.

Поэтому простой ремонт светодиодных ламп 220 В своими руками в домашних условиях является актуальной задачей для любого умельца.

В статье я показываю поэтапный порядок его выполнения за 4 шага, доступных мастеру с начальными навыками электрика.

Чтобы отремонтировать неисправный Led светильник домашнему мастеру потребуется:

оценить его конструкцию;
выявить неисправность;
заменить отказавшую деталь.

Эта простая последовательность действий служит базой последующего описания.

Светодиодная матрица и сдвиговые регистры

В нашем уроке мы будем подключать к Ардуино Уно самую простую светодиодную матрицу 8×8 красного свечения. Нумерация выводов начинается с нижнего левого угла. При этом, нумерация ног 1-16 не связана никакой логикой с нумерацией колонок и строк C и R.

Ориентируясь на урок про динамическую индикацию, попробуем использовать в схеме управления матричным индикатором 8-битные сдвиговые регистры. Один регистр подключим к выводам индикатора, отвечающим за колонки, а второй к выводам строк.

Принципиальная схема

Важное замечание №1. Необходимо, чтобы резисторы в этой схеме были на линиях, идущих от первого сдвигового регистра

Этот сдвиговый регистр отвечает за колонки. При таком подключении, каждый резистор будет задавать ток только для одного светодиода на каждом шаге динамического алгоритма. Следовательно, все светодиоды будут светиться равномерно.

Важное замечание №2. Указанная выше схема носит сугубо ознакомительный характер

Правильнее будет включить в разрыв между вторым регистром и матрицей дополнительную силовую микросхему, например транзисторную сборку ULN2003.