Como é que as Fitas LED são concebidas e fabricadas?

Sempre que o crepúsculo noturno desce, a faixa de luz LED flui durante a noite para fora da trajetória do rio de estrelas, das estrelas que caem das janelas e das copas das árvores que serpenteiam entre elas, como milhares de meteoros que se cruzam, e a cor do ecrã da parede do edifício muda em milhares de cores. A faixa de luz derrama-se suavemente, envolvendo suavemente todos os cantos, para que a brisa da noite traga uma cor romântica.

Amigos! Alguma vez se perguntaram como é que se produzem as tiras de luz LED que brilham lindamente à noite? Tem curiosidade sobre o design e o processo de produção das tiras de luz LED, ou gostaria de conhecer os pormenores de fabrico, como por exemplo, o DIY ou a referência para a compra? Hoje, vou falar-vos mais sobre este interessante design e processo de fabrico das fitas LED.

De que matérias-primas são feitas as fitas LED?

As matérias-primas para a produção de tiras de luz flexíveis LED incluem principalmente contas de LED, placas PCB, fios, fitas, e assim por diante. Entre eles, o LED é o coração da tira; a qualidade do LED determina diretamente o brilho e a vida útil da tira. A placa de circuito é como os vasos sanguíneos da faixa, responsável pela transmissão de energia para o LED; o fio é a corrente do controlador para o meio LED; a fita é como o protetor da faixa e pode ser firmemente fixada à faixa para garantir que a instalação da faixa LED é sólida.

Sobre contas e fita para lâmpadas LED, o meu último artigo tem uma introdução pormenorizada; os amigos interessados podem clicar para compreender.

Como escolher o LED correto para as fitas de LED
Como julgar e escolher a qualidade da fita adesiva de tira de luz led？

O que é uma PCB de fita LED?

Aqui chegamos a compreender outro material importante para as fitas LED: placas PCB.

Uma placa PCB para uma fita LED é uma placa de circuito flexível, também chamada placa de circuito FPC (circuito impresso flexível), que é um tipo de placa de circuito feita de material flexível com as caraterísticas de ser dobrável, leve, cablagem de alta densidade, etc. Pode ser dobrada, enrolada e adaptada a disposições espaciais complexas.

Os principais materiais constituintes dos FPC incluem o substrato, o material condutor, o adesivo e a película de cobertura. Cada material desempenha um papel importante no desempenho e função do FPC para satisfazer as necessidades de diferentes projectos de circuitos. De seguida, apresentam-se as camadas comuns do FPC:

1. Camada de base (película de base): Geralmente poliimida (poliimida, referida como PI) ou poliéster (poliéster, referido como PET), a especificação de espessura de 1/2mil, 1mil e 2mil é normalmente utilizada; 1/2mil e 1 mil são normalmente utilizados.

2. Camada de folha de cobre (folha de cobre)cobre calandrado (RA Copper) e cobre eletrolítico (ED Copper) são dois tipos de especificações de espessura para 1/3 oz, 1/2 oz, 1 oz, etc. O cobre calandrado (RA) é feito de placa de cobre; depois de muitos rolos repetidos, a sua cristalização é escamosa na organização, e o cobre eletrolítico (ED) é feito através de uma máquina especial de eletrólise no tambor de cátodo redondo em produção contínua. Em geral, o FPC necessita de uma seleção dinâmica de dobragem do cobre calandrado (RA); o FPC necessita apenas de uma seleção de 3-5 vezes de dobragem (dobragem de montagem) do cobre eletrolítico (ED). Cobre eletrolítico pelas propriedades condutoras e pela vantagem em termos de custos; a maioria das placas de luz actuais utiliza cobre eletrolítico.

3. AdesivosResina epoxídica, utilizada para unir a folha de cobre ao substrato, proporcionando resistência e durabilidade; adesivos de acrilato, utilizados em algumas aplicações especiais, para proporcionar uma melhor flexibilidade e resistência química.

4. Camada de cobertura: o mesmo material que a camada de base, o isolamento, a resistência à soldadura e a proteção; espessura habitualmente utilizada de 0,5mil.

Como escolher uma placa PCB para uma fita luminosa LED?

A placa PCB da fita LED tem painéis simples e duplos; o painel simples tem geralmente duas espessuras de 0,07 mm e 0,11 mm. Note-se que, se for utilizada uma película de cobertura branca, a espessura do painel simples aumentará 18 um; as placas de dupla face têm normalmente três espessuras de 0,11 mm, 0,12 mm e 0,2 mm. Do mesmo modo, se for utilizada uma película de cobertura branca, a espessura de um painel de dupla face aumenta em 36 um. Em algumas aplicações especiais ou produtos topo de gama, a espessura da FPC pode atingir entre 0,3 mm e 0,55 mm para satisfazer requisitos mais elevados em termos de propriedades mecânicas, propriedades eléctricas ou gestão térmica.

A espessura do cobre de uma placa de circuito impresso refere-se normalmente à espessura da camada de cobre do laminado, que é geralmente expressa em onças por pé quadrado (oz), como 1 oz, 2 oz, etc. Se a espessura do cobre aumentar, a condutividade eléctrica deverá ser melhor e a capacidade de transporte de corrente também será mais forte, mas o cobre em si é um metal precioso. 2 oz de espessura de cobre é mais caro do que 1 oz porque é utilizado o dobro da quantidade de cobre; o custo irá aumentar.

A espessura do cobre da placa de circuito impresso afecta o preço da placa de iluminação. Se a placa de circuito impresso de uma fita LED tiver de transportar uma corrente mais elevada, por exemplo, uma potência de 20 W/m, poderá necessitar de 2 oz de cobre espesso para reduzir o calor e melhorar a eficiência. O preço de um painel único com espessura de cobre de 1 oz é de cerca de 0,07 USD/decímetro quadrado; a espessura de cobre de 2 oz pode aumentar para 0,11-0,14 USD (aumento do material + taxa de processamento de cerca de 60-100%). A espessura do cobre aumenta a cada 1 oz, então o custo da PCB de fita LED pode aumentar 30%-50%.

Embora a espessura do cobre aumente o custo, pode ser uma escolha de projeto necessária. Se o projeto não exigir cobre espesso, a utilização de cobre espesso é um desperdício de custos, pelo que o projeto tem de ser combinado com o desempenho elétrico, as necessidades de dissipação de calor e as decisões orçamentais. Atualmente, são utilizadas mais placas PCB em placas de dupla face; o painel único só é aplicável em ocasiões em que a luminosidade não é elevada e a distância é curta; a quota de mercado da utilização de placas de dupla face é muito reduzida; as placas de dupla face têm um preço relativamente elevado, mas são mais utilizadas.

Como é que uma fita LED é concebida com combinações série-paralelo de LED?

As fitas de luz LED têm diferentes densidades de LED e, normalmente, têm diferentes números de LEDs por metro, o que resulta em diferentes combinações de fios e paralelos. Por exemplo, a SignliteLED produz tiras com 60 LEDs/metro, 128 LEDs/metro e 140 LEDs/metro. Aqui tomamos 60 LEDs/metro como exemplo para ver como os LEDs são configurados em combinações série-paralelo. Em primeiro lugar, a tensão da fonte de alimentação é diferente; terá uma relação série-paralela diferente, uma tira com fonte de alimentação de 12V e uma combinação série-paralela de 3 séries 20s; se for uma fonte de alimentação de 24V, a relação série-paralela é de 6 séries 10s.

Exemplo: Supondo que o valor Vf do LED é 3V, como mostra a Figura 1 abaixo, é um circuito de alimentação de 12V, a relação série-paralelo é de 3 séries e 2 paralelas; depois de ligar 3 LEDs em série, a tensão total dos LEDs em série será 3V×3 = 9V. Os restantes 12V - 9V = 3V são divididos pela resistência limitadora de corrente R para garantir que os LEDs funcionam de forma estável e para evitar danos por sobretensão. Note-se que se o número de LEDs numa única cadeia for demasiado grande (por exemplo, 4 em série precisam de 12V), pode não haver margem de tensão para a resistência limitadora de corrente, afectando o controlo da luminosidade.

A figura 2 abaixo é um circuito de alimentação eléctrica de 24V; a relação entre série e paralelo é de 6 séries e 2 paralelos. Depois de ligar 6 LEDs em série, a tensão total dos LEDs em série é 3V × 6 = 18V. Os restantes 24V - 18V = 6V são divididos pela resistência limitadora de corrente R. Em seguida, ajustando o tamanho da resistência R, a tensão é dividida pela resistência limitadora de corrente. Depois, ajustando o tamanho do valor da resistência R, a corrente dos LEDs pode ser alterada, mudando assim o brilho dos LEDs.

Como calcular a resistência das fitas de LED?

Nas fitas LED, a escolha correta da resistência é crucial. A lei de Ohm (V=IR) é a lei básica para calcular a resistência. Como mostra o diagrama abaixo: Se utilizarmos uma fonte de alimentação de 24 volts e cada LED necessitar de 3V, então a tensão necessária para um total de 6 LEDs é de 18V. Por conseguinte, a tensão através da resistência deve ser 24V - 18V = 6V. Se a corrente que passa pelo circuito é de 0,03 Amps, então, de acordo com a Lei de Ohm, o valor da resistência é 6V ÷ 0,03A = 200 Ohms.

Outra questão digna de nota é a necessidade de considerar a potência do resistor para suportar a fórmula de potência: P = UI; a tensão de alimentação do resistor no diagrama acima é de 6V. Se a corrente que passa pela resistência for 0,03A, a potência da resistência é calculada da seguinte forma 6V×0.03A = 0.18W. Em seguida, seleccionamos a resistência do chip, que deve ser superior a 0,18W, depois de verificar o valor da resistência do 0805, que é de 0,125W, enquanto o valor da resistência dos pacotes 1206 é de 0,125W. E um valor de resistência do pacote 1206 de 0,25W; se a escolha do valor de resistência do pacote 0805 é obviamente pequena, então precisamos escolher a resistência do pacote 1206. Este resistor de design pode garantir a estabilidade da corrente e a resistência do trabalho a longo prazo de fiabilidade.

A seleção do valor correto da resistência pode garantir o funcionamento seguro da fita LED para evitar sobreaquecimento ou danos. Se o valor da resistência for demasiado grande, pode conduzir a uma corrente demasiado fraca e o LED pode não ter luz normal; se o valor da resistência for demasiado pequeno, pode conduzir a demasiada corrente, desencadeando problemas de segurança.

É de notar que a aplicação real pode ter de considerar mais factores, tais como o efeito das alterações de temperatura no valor da resistência, a potência do LED e outros factores. Por conseguinte, em aplicações práticas, recomenda-se a seleção do valor de resistência adequado de acordo com as necessidades específicas e a realização dos testes e ajustes necessários.

Além disso, uma escolha razoável da resistência também pode otimizar o desempenho do circuito. Por exemplo, ao ajustar o valor da resistência, o brilho do LED pode ser alterado. Em alguns casos, pode ser necessário ligar várias resistências em paralelo para distribuir a corrente e garantir a estabilidade e a fiabilidade do circuito.

Em suma, calcular e selecionar corretamente o valor correto da resistência é fundamental para o bom funcionamento das fitas LED. Compreender e aplicar a lei de Ohm pode ajudar-nos a controlar melhor o circuito e a garantir o funcionamento seguro e eficiente das fitas LED.

Porque é que as fitas de LEDs têm um número diferente de LEDs?

Atualmente, no mercado, o número de LEDs por metro é diferente; as especificações comuns são 60, 120, 180 e 240 LEDs por metro. Porque é que existem tantos tipos? A principal razão é que diferentes clientes têm diferentes requisitos de luminosidade, que incluem cenários de aplicação, consumo de energia, dissipação de calor, controlo de custos e efeito de instalação, etc. Quanto maior o número de LEDs, maior deve ser o brilho por unidade de área.

Por exemplo, as fitas LED decorativas podem não necessitar de uma densidade demasiado elevada; utilize 60 LEDs por metro para a satisfazer, enquanto a iluminação funcional pode exigir 180 LEDs por metro ou uma densidade superior. As instalações comerciais podem necessitar de utilizar fitas de alta densidade para criar uma atmosfera, enquanto a família em geral pode achar que uma densidade média de 120 LEDs por metro é suficiente.

Além disso, o intervalo de corte pode afetar o número de contas de lâmpada no desenho. O mesmo é 60 LEDs por metro, assumindo que cada 3 LEDs ou 6 LEDs são um ponto de corte. O comprimento dos dois pontos de corte não é o mesmo; 3 LEDs como grupo têm uma distância de corte de 50 mm, e 6 LEDs como grupo têm uma distância de corte de 100 mm.

O custo também é um fator. Mais LEDs significam mais custos de material, pelo que o preço pode ser mais elevado. Diferentes densidades de LED das tiras de luz para satisfazer diferentes orçamentos dos consumidores. A baixa densidade (60 LEDs por metro) é adequada para utilizadores com orçamentos limitados, enquanto a alta densidade (180 LEDs por metro) é adequada para utilizadores que procuram efeitos.

Quanto maior for o número de LED, maior poderá ser a potência; o consumo de energia e o calor aumentarão, pelo que é necessário prestar atenção ao design. Uma faixa LED de alta densidade pode necessitar de um melhor design de dissipação de calor; caso contrário, afectará a vida útil da faixa.

Efeito de instalação: A densidade do LED é elevada; a luz é mais contínua e uniforme para evitar o aparecimento de áreas escuras óbvias ou intervalos de luz. Isto é importante em locais onde são necessários efeitos de luz suaves, como cenários de TV ou vitrinas. E uma fita LED de baixa densidade pode ser mais flexível na instalação de dobragem, porque o espaçamento entre os LEDs é grande, e a dobragem não é fácil para aparecer concentração de pressão de extrusão, como uma fita LED em forma de S.

Para além de comprar uma fita LED, é necessário sincronizar a potência da fita (por exemplo, 10W ou 20W por metro); as fitas de alta densidade podem exigir um suporte de alimentação mais elevado.

Como melhorar a eficiência luminosa de uma fita LED?

Para melhorar a eficácia luminosa das fitas LED, a forma mais direta é comprar LEDs de maior brilho ou aumentar o número de LEDs, mas o resultado é que o custo também aumentará em conformidade; afinal, o preço dos LEDs de alto brilho será muito mais elevado. Normalmente, um LED SMD2835 com 26-28 lm de brilho tem um preço de cerca de 0,0025 USD. Se utilizar LEDs de 30-32 lm, o preço será de 0,0035 USD. De acordo com o cálculo de 1 metro com 120 LEDs, o custo de uma faixa luminosa de 1 metro aumentou em 0,12 USD.

Outra forma de aumentar a eficiência da luz é aumentar adequadamente o número de LEDs em série para reduzir a energia perdida na resistência. Este método melhora relativamente a eficiência e o custo não aumenta demasiado.

1. Supondo que há 120 LEDs com 10W de potência por metro e uma tensão de 24V, e 6 LEDs por grupo, então 1 metro de LEDs para 6 séries de 20 e cada grupo de LEDs tem uma corrente de 10 ÷ 24V ÷ 20 = 0,021A. Olhando para a tabela abaixo dos LEDs, o valor Vf = 2,77V. Calculámos que o valor da tensão da sua resistência é 24V - 2,77V × 6 = 7,38V. Que consome numa única resistência a potência inútil de 7,38V × 0,021 = 0,155W; todas as resistências consomem a potência inútil total de 0,155W × 20 = 3,1W; 3,1 ÷ 10 × 100% = 31%. O resultado é que a eficiência luminosa da fita LED é de 69%.

2. Vejamos os 120 LEDs 10W por metro para alterar a eficiência do número de séries: 8 LEDs para um grupo, depois o circuito da série para as 8 séries 15 e cada grupo de contas de lâmpada corrente: 10 ÷ 24 ÷ 15 = 0,028A; verifique a tabela abaixo. 28 mA correspondente ao valor do Vf = 2,8 V, calculámos o valor da tensão da resistência: 24V - 2,8V × 8 = 1,6V, que é consumida na resistência sobre a potência inútil: 1,6V × 0,028 = 0,045W. Todas as resistências consumidas pela potência total inútil são 0,045 × 15 = 0,675W, consumidos na resistência da potência: 0,675 ÷ 10 × 100% = 6,75%, resultando numa eficiência luminosa da tira de 93,25%.

A partir dos dois conjuntos de cálculos acima referidos, pode verificar-se que 8 LED em série são mais eficientes do que 6 LED em série; a eficiência aumentou em cerca de 25% e a eficiência da luz da série multi-LED aumentou. Mas há um problema a registar, ou seja, considerar o problema da queda de tensão da tira de LED. O LED deve ser selecionado com um valor Vf pequeno, de modo a garantir que, após uma longa distância, existe uma margem de tensão suficiente para que o LED funcione corretamente. Além disso, com a utilização desta série multi-LED com um comprimento de 5 metros, é melhor aumentar a potência complementar. Caso contrário, não haverá margem de tensão na resistência limitadora de corrente, o que afectará a luminosidade da extremidade posterior da tira.

As fitas LED de elevada eficácia luminosa com poupança de energia, longa duração, elevado brilho, proteção ambiental e vantagens de design flexível tornaram-se a principal escolha da iluminação moderna, especialmente adequada para a procura de elevada eficiência, estética e sustentabilidade para o utilizador.

A SignliteLED tem-se empenhado em melhorar a eficácia luminosa das fitas LED. 128 LEDs/m é o desenvolvimento dos nossos clientes com tiras de LED de alta luminosidade. Em comparação com as similares de 120 lm/m no mercado, a eficiência luminosa atinge 180 lm/w; a eficiência luminosa foi efetivamente melhorada em cerca de 25%, que é um dos produtos mais vendidos atualmente.

Como são fabricadas as fitas LED?

O fabrico das Fitas LED é um processo delicado, veja o nosso vídeo sobre o fabrico das Fitas LED para compreender todo o processo de fabrico das Fitas LED.

Qual é a temperatura de funcionamento adequada do LED de uma fita luminosa LED?

No uso diário, a temperatura da superfície de uma tira de luz LED não é quente (cerca de 50 ℃ ou menos) como um padrão de referência. Se a temperatura estiver muito alta, você precisa solucionar as condições de dissipação de calor ou reduzir a intensidade de uso. Uma faixa de LED com uma temperatura de trabalho entre 40 ℃ e 60 ℃ é apropriada; esta faixa é baseada nos componentes eletrônicos internos da tira e materiais definidos pela resistência à temperatura, de modo a garantir que a tira funcione de forma estável e mantenha um bom efeito de iluminação e vida útil.

Factores que afectam a temperatura do LED faixa

Potência e luminosidade: A potência e a luminosidade da fita LED afectam diretamente a sua temperatura de funcionamento. Quanto maior for a potência, maior será a luminosidade da fita e o calor gerado no trabalho aumentará em conformidade.

Utilização do ambienteO ambiente de utilização da fita LED também terá um impacto na sua temperatura. A utilização da fita num espaço fechado ou mal ventilado é suscetível de provocar uma acumulação de calor, o que aumentará a temperatura.

Instalação: O método de instalação da fita LED e a conceção do sistema de dissipação de calor são também factores importantes que afectam a temperatura. Uma instalação e cablagem razoáveis podem garantir uma dissipação uniforme do calor da fita e evitar uma dobragem excessiva da fita, de modo a não afetar o seu desempenho térmico.

Uma temperatura excessiva conduzirá a uma deterioração acelerada da luz e encurtará a vida útil da fita LED. A temperatura de junção do LED (temperatura do chip) geralmente não excede 85 ℃ ~ 105 ℃ (as especificações específicas do fabricante devem prevalecer); altas temperaturas irão acelerar a deterioração da luz. A vida útil do LED geralmente está relacionada à temperatura; para cada 10 ℃, a vida útil do LED pode ser correspondentemente reduzida em 10%. Portanto, é muito importante controlar a temperatura dentro de uma faixa razoável. Os fabricantes geralmente fornecem a temperatura máxima de operação; por exemplo, algumas tiras de LED podem ser rotuladas com um máximo de 60 ° C ou 70 ° C, mas na prática é recomendado não exceder 55 ° C para manter a estabilidade e a vida útil.  

O gráfico seguinte é um conjunto de dados de teste de temperatura e vida útil do LED para referência:

Fitas de luz LED: Tente evitar a sua utilização em ambientes confinados ou com temperaturas elevadas. Se for ao ar livre, as variações de temperatura ambiente também podem ter de ser consideradas. São necessárias melhores medidas de dissipação de calor e a instalação é emparelhada com dissipadores de calor de perfil de alumínio; tenha também em atenção que as tiras de LED podem constituir um risco para a segurança se forem instaladas perto de materiais inflamáveis com temperaturas elevadas, e é neste momento que é necessário garantir que a dissipação de calor e o local de instalação são seguros.

Para reduzir eficazmente a temperatura do cordão da lâmpada, as definições de potência devem ser razoáveis; com uma corrente de funcionamento do cordão da lâmpada de alta potência, a temperatura também aumentará. Assim, a corrente de trabalho do cordão da lâmpada é rigorosamente controlada para 30 mA, o que é o mais ideal. Para além de escolher cobre de 2OZ de espessura por cima da fita LED, o efeito de dissipação de calor também será reforçado.

Resumo

O fita LED flexível O processo de produção é relativamente simples, mas cada uma destas ligações é muito importante e tem de ser rigorosamente controlada apenas através de um processo de produção rigoroso, a fim de produzir tiras de LED de boa qualidade para satisfazer a procura dos consumidores. A boa gestão do processo de produção de tiras de LED consiste em alcançar uma elevada fiabilidade e uma produção em massa de baixo custo do núcleo do produto, o que afecta diretamente a competitividade das empresas no mercado.