LED liniová svítidla

Oblast liniového svícení je extrémně vhodná pro aplikaci LED světelných zdrojů. Žádný jiný typ světelného zdroje nenabízí takové rozsáhlé funkční možnosti a variabilitu použití při malých rozměrech a příznivé ceně. Tomu odpovídá i rozsáhlá oblast nasazení liniových svítidel v praxi  – od jednoduchých a efektových aplikací v interiérech a zábavním průmyslu až po venkovní a průmyslová svítidla.

LED liniová svítidla se typicky skládají z následujících částí :

LED pásek : Zdroj světla. Důležité parametry jsou svítivost a příkon, barevná teplota a CRI, případně barva, hustota LED na metr délky, šířka pásku a ostatní mechanické a elektrické vlastnosti.

LED hliníkový profil : Určuje design svítidla, jeho uživatelské vlastnosti, chrání pásek mechanicky a před vlivy prostředí a slouží jako chladič. V jednoduchých případech může být nahrazen i jiným montážním podkladem, po nalepení ale na něm musí LED pásek dostatečně držet a musí být zajištěno dostatečné chlazení pásku. Typ profilu se volí podle oblasti použití, požadavků na design a požadavků na chlazení.

Difuzor : Určuje světelné vlastnosti svítidla a chrání mechanicky pásek a před vlivy prostředí. Typicky se podle požadavku světelný tok a stupeň potlačení bodového charakteru světla používá difuzor čirý (LT cca 90-95%), difůzní (LT cca 70-80%), mléčný (LT cca 50-60%), případně lineární optika (typicky 60°, 45°, 30°). Samotný pásek má vyzařovací úhel cca 110° a ve většině případů je vyzařovací úhel omezen mechanicky profilem, ve kterém je vlepený. Čím více chcete světlo podél linie rozptýlit, tím větší budou světelné ztráty a montážní profil musí mít podle rozteče LED diod určitou minimální hloubku.

Napájecí zdroj : Volí se podle elektrických vlastností pásku, celkového příkonu sestavy a normativních požadavků pro danou LED osvětlovací aplikaci. LED svítidla z hliníkových profilů, pokud ochrana před nebezpečným dotykem není zajištěna jinými opatřeními, jsou elektrickým zařízením třídy III a musejí být napájena ze zdroje malého bezpečného napětí SELV. Zdroje doporučujeme zatěžovat na maximálně cca 80% jejich jmenovitého výkonu.

Kabeláž : Je třeba ji vhodně dimenzovat a správně navrhnout topologii podle fyzických délek jednotlivých úseků a jejich příkonů.

Řídící systém : Možnosti jsou velmi široké od jednoduchého stmívání dotykovým ovladačem zabudovaným v profilu přes dálkové ovládání nebo dotykový ovladač na zdi, vzdálený přístup z mobilního telefonu nebo tabletu přes WIFI až po sofistikované způsoby řízení automatizovanými systémy např. DALI protokolem.

Montážní prvky : Pro připevnění LED profilu k podkladu. Možnosti jsou velmi rozsáhlé – různé typy příchytek  pro montáž vruty a šrouby, lepení oboustrannou páskou, lepení silikonem, tekutými hřebíky, průmyslovými lepidly aj. Při montáži je třeba počítat s teplotní roztažností hliníku, lepidlo musí být i po  vytvrzení elastické a u dlouhých linií je třeba nechat mezi jednotlivými díly určitou vůli.

LED_liniove_osvetleni_01a

Chlazení LED pásků a LED diod 

teploty_profilPřestože jsou LED diody vysoce účinným světelným zdrojem, při jejich svícení vzniká nemalé množství tepla, které je nutné odvést do okolního prostředí, v konečném důsledku do okolního vzduchu. Přehřátí LED diod vede k zásadnímu snížení jejich životnosti, případně k totální destrukci LED pásku a jeho okolí (difuzor, podložka aj.).
Všechny LED pásky, s výjimkou nezalitého pásku o příkonu 4,8W/m, je třeba za provozu chladit minimálně nalepením na teplovodivou podložku (U profily, montážní profily, plech, pásovina aj.) a provozovat v takových podmínkách, aby nebyla překročena maximální teplota čipu Tj, resp. teplota pájecího bodu Tsp, resp. teplota kontrolního bodu Tc.

Nejlepším řešením je jako teplovodivou a montážní podložku a zároveň chladič použít patřičně dimenzované hliníkové profily, nebo hliníkovou pásovinu (typicky tl.=0,5÷2mm) patřičné šířky.

Použití hliníku je ideální z důvodu jeho vysoké teplotní vodivosti, která zajistí rovnoměrný přenos tepla od LED jako bodových zdrojů tepla do celého objemu, resp. aktivní plochy profilu a ten pak dál teplo vyzáří do okolního prostředí. Důležitá je rovněž vynikající lepivosti jeho hladkého povrchu (po odmaštění – IPA) zajišťující dobrý přestup tepla z pásku do podkladu, nízká ceny, snadná dostupnosti a jednoduchá technologie zpracování.
Přímé lepení na plastové, dřevěné a skleněné podložky, tenký plech (nerez), přes drážky nebo dutiny v montážních profilech nebo na sádrokarton z důvodů nízké teplotní vodivosti podkladu, nespolehlivého přilepení pásku a tím i problematického přenosu tepla rozhodně nedoporučujeme.

Rovněž je třeba zajistit přenos tepla od LED až do okolního chladícího média – montážní konstrukce, okolního vzduchu, zeminy, betonu aj. Teplotní model může být v takových případech velmi složitý a konečnou odpověď pak dá jedině reprezentativní experiment v reálných provozních podmínkách.
Sebevětší chladič uzavřený v plastovém prachotěsném svítidle nic neuchladí, protože plastový korpus představuje tepelně izolující bariéru. Toto platí i pro LED žárovku v prachotěsném svítidle, protože LED žárovky jsou konstruovány pro chlazení volně obtékajícím vzduchem. Rovněž LED sestava uzavřená v nevětraném podhledu, případně obklopená tepelně izolující protipožární minerální vatou dlouho svítit nevydrží.

Při aplikačních doporučeních o chladících schopnostech našich profilů vždy vycházíme z přirozeného chlazení profilů obtékajícím vzduchem, případně umístění profilu do prostředí typického pro danou aplikaci, která z principu omezuje chladící možnosti profilu (podlahové profily, nábytkářské zapuštěné profily, miniaturní přisazené profily aj.).
Aplikační doporučení pro jednotlivé výrobky, zejména maximální teplotu Tsp, resp. Tc naleznete v našich informačních materiálech a datasheetech.

Podobná pravidla jako pro teplotní management LED diod platí i pro teplotní management napájecích zdrojů. Bod Tc (c = control, resp. case) bývá označen přímo na pouzdru zdroje nebo v doprovodné dokumentaci a výrobce k němu vztahuje predikovanou životnost zdroje při dané teplotě Tc a daných provozních podmínkách.

Tc_zdroje2

U komponentů, které ve větší míře teplo samy neprodukují, výrobci ve většině případů uvádějí maximální provozní teplotu okolí.

Dalším omezujícím teplotním faktorem jsou obecné uživatelské a hygienické požadavky na povrchovou teplotu zařízení, kdy při teplotách nad cca 50°C vnímá uživatel povrch zařízení jako horký a podle délky kontaktu a dalších okolností může dojít ke spáleninám. I na toto je třeba zejména u zařízení volně přístupných, a zejména široké veřejnosti, pamatovat. Situaci je možno řešit i znepřístupněním horkých součástí, označením těchto součástí výstrahou, uživatelským návodem aj.

Dělitelnost LED pásku versus požadovaná délka profilu.

pasek_strihKaždý LED pásek se skládá z úseků, které už dále nelze dělit. Délky těchto základních úseků jsou dány počtem LED na metr pásku a elektrickým zapojením pásku. U napěťových pásků s napájením 12V je typicky každý takový úsek tvořen třemi diodami a předřadným odporem resp. odpory. Pásky je tedy možno dělit a nastavovat jedině v místech na pásku označených. Rostřihnete-li úsek, přerušíte elektrický obvod v tomto úseku a pak nebudou LED v tomto úseku svítit. Pokud tedy máte vyrobit hliníkový profil dané délky, je třeba do něj dát pásek délky odpovídající nejbližšímu nižšímu počtu úseků. Protože navíc pásky mají i jisté délkové výrobní tolerance a záleží, jak precizně pásek do profilu nalepíte, je v praxi nejjednodušší postupovat experimentálně. K uříznutému profilu od kraje přiložíte pásek a ten pak ustřihnete o jeden (většinou necelý) úsek kratší. Pásek pak budete postupně lepit buď od středu profilu nebo od jednoho z jeho krajů.

POZOR : Při lepení se Vám pásek oproti prostému přiložení „protáhne“. Zejména u dlouhých profilů je třeba i s tímto počítat. Při lepení dbejte na správnou rozvahu a přesnost lepení. Špatně nalepený pásek se při stržení zničí (zejména se polámou předřadné odpory a pouzdra LED diod) a je dále nepoužitelný. Před lepením nového pásku je třeba povrch očistit od zbytků lepidla. Pásky lepte zásadně pouze na očištěný a odmaštěný hliníkový podklad a do hliníkových osvětlovacích profilů. Jiné podložky jsou z důvodů nedostatečného hlazení a možným problémům s přilnavostí pásku nevhodné. Pásek k podkladu lepte opatrně, abyste nezlomily předřadné odpory a mechanicky nepoškodily pouzdra LED diod. Pásek musí být nalepen precizně po celé délce bez viditelných vyboulenin a vlnek. LED diody, které nebudou mít dostatečný kontakt s chladící podložkou, se budou při svícení přehřívat.

LED pásek se po nalepení během krátké doby odlepil

Pro správnou funkci a dlouhodobou životnost LED pásků jsou zásadní tři faktory :

  • Dostatečně  dimenzovaná chladící podložka – jednoznačně doporučujeme používat dostatečně dimenzovaný hliníkový podklad, nejlépe pro daný pásek vhodné hliníkové osvětlovací profily
  • Zajištěná dlouhodobá lepivost pásku k podkladu – i zde hliník jednoznačně vítězí
  • Vhodný napájecí zdroj –  i tento faktor je nesmírně důležitý
  • Šetrné zacházení s páskem při manipulaci a montáži – mechanické poškození LED nebo předřadných odporů  se může projevit i až po delší době provozu

LED pásky jsou na rubu opatřeny vysoce přilnavou oboustrannou lepící páskou 3M. Z důvodů kompromisu mezi adhezí a dobrým přestupem tepla do podložky preferujeme třídu pásek střední tloušťky s hnědou krycí fólií s vynikajícími lepícími vlastnostmi na hladkém povrchu. Ale ani páska 3M nedrží na všem. Můžeme ručit jen za ty povrchy, které máme vyzkoušené. Na námi dodávané hliníkové pásovině a hliníkových osvětlovacích profilech naše pásky drží stoprocentně.

Povrchy je třeba před nalepením odmastit (IPA) !!!

Bohužel máme špatnou zkušenost s lepením pásku na některé druhy komaxitů. U většiny komaxitových povrchů je ale lepivost pásků vynikající.

Plastové povrchy mohou uvolňovat látky, které po difůzi do lepivé vrstvy mohou znehodnotit akrylátové lepidlo. Strukturované (lamino) a porézní povrchy (sádrokarton) a povrchy s malým povrchovým napětím (některé barvy, dřevo napuštěné voskem nebo luxolem) jsou pro lepení pásků zcela nevhodné, o nulových chladících schopnostech nemluvě.

Jako podklad pro lepení jsou nevhodné rovněž tenké plechy (nerez), kde příliš tenká vrstva materiálu a tím malý příčný průřez nezajistí dostatečný rozvod tepla po ploše plechu.

Ve všech těchto případech doporučujeme na povrch materiálu vruty nebo šrouby připevnit hliníkovou pásovinu a pásek nalepit na ni. Lepení na hliníkový podklad doporučujeme rovněž z důvodů chlazení, u vyšších výkonů je to nezbytnost.

Pro konkrétní aplikaci prosím vyzkoušejte lepící schopnosti pásku na vzorku předem.

rgb_ohybOhýbání LED pásků v ostrých úhlech

LED pásky s čelním svitem nelze v rovině pásku ohýbat. Oblouky z čelně svítících LED pásků je možno konstruovat pouze z po částech dělených rovných úseků.

Plynulé oblouky lze vytvořit jedině z pásků s bočním svitem nebo z LED neonů. Svítivost pásků s bočním svitem a LED neonů je ale z důvodů typu a způsobu zapájení použitých LED diod oproti páskům svítícím čelně nesrovnatelně menší.

LED pásky nelze při montáži ohýbat v ostrém úhlu ani kolmo na rovinu pásku. Výjimkou jsou místa, kde na plošném spoji pásku nejsou osazeny žádné součástky. Pokud se ohyb provede v místě, kde jsou zapájeny součástky nebo v jejich těsné blízkosti nebo ohyb není ostrý, dojde ke zlomení předřadných odporů a mechanickému poškození nebo namáhání LED pouzder a pájených spojů, což bude příčinou okamžitých a nebo budoucích závad, diody budou v poškozených úsecích problikávat nebo usek přestane svítit úplně.

Zalité pásky nelze podélně v ostrém úhlu ohýbat vůbec. Vlivem mechanického namáhání zalévací hmoty dojde v místě ohybu nebo v místě zeslabení zalévací hmoty (typicky u LED diody) k jejímu prasknutí a tím k porušení krytí pásku a odloučení zalévací hmoty od povrchu pásku. Pokud je třeba zalitý pásek ohnout do ostrého úhlu, je třeba pásek fyzicky rozdělit a místo ohybu řešit pomocí spojovacích vodičů. Místa pájení je třeba zodolnit před vlivy prostředí ochranným lakem, zalitím epoxidem nebo silikonem.

Montážní postup při nalepování pásku do profilu

Před zpracováním pásku si dobře rozvrhněte geometrii lepení. Již nalepený pásek se při stržení zničí. Před nalepením nového pásku nejprve odstraňte zbytky lepidla ze strženého pásku.

Pásek stříhejte jen v naznačených místech dělení. Rozstřihnete-li pásek mimo značky, nebude rozstřižený úsek svítit. Pásek neohýbejte v ostrých úhlech. Dojde ke zlomení keramických předřadných odporů nebo k poškození pouzder LED diod. U zalitých pásků dojde navíc k prasknutí zalévací hmoty a jejímu odloučení od povrchu pásku.

Před lepením pásku povrch hliníku důkladně očistěte a odmastěte (IPA, líh). Odstraňte krycí fólii z rubové strany LED pásku. Lepící vrstvy se již dále nedotýkejte žádnými předměty ani prsty. Pásek lepte postupným přikládáním k podkladu tak, aby se na pásku netvořily bubliny a nerovnosti. Pásek lehce přitlačte k podkladu tlakem na boční lemy. V žádném případě netlačte silně přímo na diody nebo rezistory pásku a zvláště ne ostrými předměty. Větší délky pásku lepte po částech.

Profil s nalepeným páskem není možno zkracovat přímým řezáním pilou.

Obloukové linie vytvořte z  lomených úseků pásku spojených vodiči.

Pro připojení vývodů k pásku použijte profesionální pájecí nástroje. Pájené místo musíte dostatečně prohřát, aby se pájka rozlila a vznikl dokonale vodivý spoj, ale nesmíte je přehřát, aby nedošlo k tepelnému poškození součástek v okolí spoje. Při pájení nepoužívejte chemicky agresívní tavidla.

Nešetrná technologie zpracování pásku, zejména poškození odporů nebo LED diod, se může projevit až po určité době provozu a je častou příčinou poblikávání LED diod nebo zhasnutí části pásku.

Připojené vývody doporučujeme fixovat epoxidovým lepidlem.

U difuzorů před uvedením do provozu odstraňte krycí ochrannou fólii.