Светодиодная RGB лента и несколько контроллеров

Некоторое время назад товарищ попросил меня написать обзор о его товаре. Да, не удивляйтесь, так тоже бывает :)
И вот у меня наконец то дошли руки и до этого товара. К сожалению ссылки на некоторые товары уже неактивны, но думаю что обзор все равно поможет понять "кто есть кто". 



  Вообще началась вся эта история с контроллерами и лентой давно. Случайно так вышло, что товарищ подумал, что один из контроллеров работает через WiFi. По крайней мере (насколько я понял) так было заявлено у продавца. Ну и попутно дал мне разных других контроллеров чтобы сделать сравнительный обзор, что я и решил в итоге сделать.

Еще один из контроллеров не попал на фото, но в обзоре он будет.  

  К "умному" контроллеру я вернусь ближе к концу обзора, а пока расскажу о ленте.

Заказана была RGB лента. Это означает, что она содержит светодиоды трех цветов, красный, зеленый и синий.    

Ну а если говорить точнее, то на ней установлены трехцветные светодиоды размера 5050. В каждом светодиоде находится три кристалла соответствующего цвета свечения.
Я не зря оговорился выше насчет светодиодов трех цветов, так как есть и такие ленты, там обычно светодиоды меньше, но их количество в 3-4 раза больше.

Вообще разновидностей лент очень много, попробую разделить их на группы;
1. Количество светодиодов на метр - 30 - 60 - 120 - 240
2. Напряжение питания - 5 - 12 - 24 - 220
3. Цвет - Красный - зеленый - синий - белый (теплый, холодный, нейтральный) - RGB - RGBWW.
4. Защита - обычная - герметичная (покрытая силиконом).
5. Исполнение - однорядная - двухрядная
6. Расположение светодиодов - фронтальная - торцевая.
7. Тип светодиодов - выводные - SMD 
8. Корпус SMD светодиодов - 3014 - 3528 - 3825 - 5630 - 5730 - 5050.

Вернее это даже не разделение на типы, а вариации примененных компонентов и исполнения, обозреваемая лента выделена жирным шрифтом.

Кроме того сейчас существуют ленты с "умными" светодиодами, в ней можно управлять каждым светодиодом, но необходим соответствующий контроллер. Также применение таких лент ограничивает еще и низкое питание, потому ток потребления получается очень большой.

Белая лента часто используется для местного освещения. Кстати по поводу этого небольшой совет, если планируете делать подсветку, то выбирайте ленту с большой плотностью, например 120шт/м и используйте рассеиватель. Дело в том, что например на кухне популярны рейлинги, и если использовать ленту с малой плотностью и без рассеивателя, то вы будете видеть отражение светодиодов в виду ярких точек, что будет очень неприятно для глаз.
Например есть однорядные ленты с количеством светодиодов 240шт/метр.  
   


Кроме того, использование лент покрытых силиконом также не всегда полезно, так как силикон имеет свойство темнеть со временем и его не очень удобно мыть.
Потому я бы советовал применять алюминиевые радиаторы с рассеивателем, получается дороже, но удобнее и красивее.

Лента представляет собой небольшие участки, на которых находится три светодиода и три резистора. Светодиоды одного цвета соединены последовательно и ток через них ограничивается при помощи резистора.
В данном случае это резистор 330 Ом и два по 150Ом. Различие в номиналах обусловлено тем, что на разных светодиодах разное падение напряжения.   

Проверим сначала мощность, здесь я решил попутно показать, что светодиодные ленты имеют нелинейную характеристику потребляемого тока в зависимости от напряжения.
Например я как то встречал вопросы типа - а от 9 Вольт лента работать будет?
Будет, только мощность упадет очень сильно.

И так, тестируем ленту в двух режимах, при напряжении 12 и 10 Вольт и смотрим как меняется потребляемая мощность.
Причем можно заметить, что мощность меняется по разному для светодиодов разного цвета.
1. Зеленый, 13.8 и 6.75 Ватта, разница в 2 раза.
2. Красный, 15.3 и почти 9 Ватт, разница около 1.7 раза   

1. Синий, 12.2 и 5 Ватт. Разница почти 2.5 раза.
2. Все три цвета вместе, 35.8 и 18.6 Ватта, разница около 2 раз.   

Эксперимент показал, что синие светодиоды более чувствительны к падению напряжения, так как прямое напряжение на них самое больше, а на красных наоборот, и с ними разница меньше всего. В случае с красными светодиодами на токоограничивающем резисторе падает больше и имеется небольшой запас напряжения.

Чем чревато такое падение.
1. Если вы пытаетесь использовать такую ленту как источник белого света (что в корне неправильно), то к концу ленты спектр свечения изменится, так как напряжение там падает и красный будет светить сильнее, а синий слабее.
2. К концу ленты просто упадет общая яркость.

Первый пункт проверять не вижу смысла, а вот второй покажу. Вообще я это уже как то делал в своем обзоре, но там была обычная белая лента.
На фото не очень хорошо видно, но даже так заметно, что светодиоды внизу светят ярче, чем светодиоды вверху. Думаю нетрудно догадаться, что вверху светодиоды с конца ленты.  

 Второй вариант снимка. Лента светит очень ярко и мешает фотографировать.   

Если хочется получить гарантированно равномерную яркость свечения ленты по всей ее длине, то решается это очень просто, лента подключается диагонально.
Общая яркость ленты в таком варианте подключения останется примерно неизменной, но неравномерности не будет.   

Возможно кто то скажет, да сколько там падает то на ленте. А падает довольно много.
Я подал 12 Вольт на одну сторону ленты и измерил напряжение на втором конце.
1. Зеленый, падение 3.1 Вольта
2. Красный - 2.5 Вольта
3. Синий - 2.5 Вольта
4. Все четыре цвета соединенные параллельно на втором конце, лента в режиме белого света - 2.7 Вольта.
Как видим, даже мой эксперимент со снижением напряжения до 10 Вольт не отражает всю картину, там падение было примерно мощности 1.7-2.5 раза, здесь же напряжение еще ниже, потому можно ориентироваться на значение 2-3 раза.   

На некоторых снимках можно заметить, что суммарная мощность потребления ленты иногда отличается, хотя напряжение блока питания стабилизировано. Это влияние прогрева светодиодов. Чем выше их температура, тем меньше падение напряжения на них и тем больше ток потребления ленты.
В процессе тестов я не включал ленту на долго, так как тестировал ее в катушке, а нагревается в таком режиме она очень заметно.
На термограмме виден рост температуры за одну минуту.

Кстати, часто в интернете пишут, что смотанный на катушке кабель греется из-за индуктивности. Ниже наглядный пример того, что нагрев происходит лишь потому, что большое количество выделяемой энергии размещено очень компактно. То же самое происходит и с электрическим кабелем в удлинителе если его не размотать при большой токе нагрузки.  

 Но на самом деле мощные ленты могут перегреваться даже в размотанном состоянии, потому для них применяют специальные радиаторы.
Кроме того такие радиаторы обычно могут комплектоваться светорассеивателями, крепежом, торцевыми заглушками. Потому если хотите чтобы лента служила долго, то купите к ней радиатор или по крайней мере клейте на металлическую поверхность. После приклеивания рекомендую прозвонить контакты ленты и радиатор на предмет отсутствие короткого замыкания.
   

Перейдем теперь к контроллерам. Как показала практика, даже среди четырех протестированных контроллеров одинаково работают лишь два, потому я и решил их немного протестировать.

Для начала самый простой контроллер.
Производитель декларирует питание 12-24 Вольта и ток 18 Ампер, но так как каналов 3, то получается по 6 Ампер на один канал.
В большинстве случаев этого тока более чем достаточно, так как даже при 12 Вольт питании это более 200 Ватт.

Контроллер трехканальный, упакован в аккуратную коробочку.   

В комплект входит:
1. Контроллер
2. Пульт управления
3. Двухсторонний скотч
4. Инструкция.   

Инструкция на английском, но по большому счет она особо и не нужна. Из нее следует, что контроллер имеет 20 режимов работы.   

Эту страницу инструкции я показал только из-за схемы подключения.
Здесь все просто, четыре контакта ленты подключаются к четырем контактам контроллера.   

 Первое мнение когда увидел контроллер - да он игрушечный :)
На вид действительно очень маленький.

Я не привожу ссылки на показанные в обзоре контроллеры, так как ссылки где уже сгорели, а сами контроллеры думаю ничем не отличаются от других таких же.   

Провода подключаются при помощи винтовых клеммников, причем питание можно подавать как через клеммник, так и используя блок питания со стандартным штеккером.
Правда меня терзают сильные сомнения, что используемый клеммник, не говоря о разъеме, выдержит 18 Ампер. Реально думаю что максимум 6-8 при использовании клеммника и 4-5 при использовании разъема.

Так как снаружи ничего интересного нет, то дальше я полез внутрь. Это первый контроллер светодиодной ленты, который попал ко мне в руки, раньше и не приходилось с ними сталкиваться, но все когда нибудь бывает в первый раз.   

Печатная плата выглядит весьма аккуратно, клеммники довольно качественные, потому возможно и до 10 Ампер проблем не будет.
Правда электролитический конденсатор, установленный на плате, навевает грусть. Я даже вспомнил мой первый опыт с низковольтным ШИМ регуляторов мощности, где узнал что конденсаторы очень даже могут греться.   

С обратной стороны платы видны залуженные участки дорожек для увеличения сечения.
Также видно много переходов между сторонами платы, правда толку от них немного, так как они отводят большей частью тепло не от корпуса транзистора, а от двух его выводов.  

 Силовая часть реализована при помощи трех полевых транзисторов NTD4963N.
Данные транзисторы имеют сопротивление открытого канала 9.6мОм. Что при токе 6 Ампер и почти статическом режиме работы будет примерно равняться примерно 0.35Ватта рассеиваемой мощности. Но дело в том, что я не проверил какое у них напряжение на затворе (а скорее всего оно 4.5-5 Вольт), потому посчитаю заодно для самого худшего режима, когда питание 5 Вольт. В данном варианте даташит говорит о сопротивлении в 16мОм или почти 0.6 Ватта при непрерывном токе в 6 Ампер.

Для такого корпуса и такой платы это с большим запасом, я думаю можно было ы спокойно ток поднять до 8 Ампер, правда это не имеет особого смысла, но запас у транзисторов есть.
В качестве драйвера применена микросхема CD4050BM, а справа внизу находится EEPROM 24C02.

Управляется же вся эта конструкция от микропроцессора со стертой маркировкой.
За дистанционное управление отвечает еще одна микросхема и опять со стертой маркировкой, хотя для меня вообще непонятен смысл такой "шифровки".   

Пульт работает на частоте 2.4ГГц, питание от двух элементов АА. Внешне похож на кусочек мыла :)
Пульт полностью сенсорный, т.е. какие либо механические кнопки отсутствуют как класс, что на мой взгляд очень неудобно.
Дело в том, что как его ни держи, а все равно можно случайно зацепить другой сенсор и переключить какой нибудь режим. Возможно нужна практика, но мне не очень понравилось.
Сверху цветной круговой сенсор, водя по которому пальцем, можно относительно плавно менять свет свечения ленты.
Снизу шесть сенсоров управления - Яркость, скорость переключения, выбор эффекта.   

Все контроллеры я проверил на предмет наличия пульсаций. Вернее даже не так. Пульсации есть у всех контроллеров, так как они используют ШИМ при регулировании, потому проверялись две вещи:
1. Частота работы и соответственно пульсаций.
2. Отсутствие пульсаций в режиме 100% яркости.

По первому пункту провал, частота работы ШИМ регулировки всего 125 Гц, это мало, очень мало. Почти на такой частоте мерцают люминесцентные лампы с электромагнитным балластом. Но у лам есть понятие - послесвечение люминофора, здесь же такого нет, потому я бы советовал такой контроллер только дли эпизодического использования.   

Небольшое видео про этот контроллер. Если смотреть внимательно, то видно что регулировка переходов между цветами не очень плавная, т.е. вариантов смешивания цветов не так много. 


  Второй контроллер очень похож на первый. похожая коробочка, только в более ярком исполнении.
Но здесь заявлено наличие четырех каналов и суммарный ток в 24 Ампера.   

Комплект точно такой же как и у предыдущего контроллера: Контроллер, пульт, инструкция и двухсторонний скотч.   

Инструкция также почти идентична, но эффекты немного отличаются.   

Да и само устройство почти один в один. Разница в наличии четвертого канала для управления лентой с отдельным каналом белого цвета и измененной программе.
Дело в том, что в первом случае при включении режиме - освещение (белый цвет) включаются все три канала, здесь же три канала цветов отключаются и включаются только белые светодиоды.  

 Подключение и конструкция идентична предыдущему контроллеру.  

 Хотя на плате изменения больше, чем просто один дополнительный транзистор.
Например входной конденсатор стоит уже с претензией на низкий импеданс.   

Но дорожки снизу не усилены, хотя ток заявлен больше, чем у предыдущего варианта.   

Вообще плата собрана довольно аккуратно.  

 Применены четыре транзистора 09N03, согласно найденному даташиту они имеют максимальное напряжение в 25 Вольт (потому я не рекомендую питать такой контроллер от 24 Вольт как заявлено), и сопротивление 9 или 12 мОм в зависимости от напряжения управления.
В плане тепловыделения картина примерно идентична предыдущему контроллеру, может чуть лучше, но несущественно. Потому 6 Ампер на каждый выход вполне реален.
В качестве "драйвера" применена та же микросхема.

Ну и как в прошлый раз, микроконтроллер со стертой маркировкой, чип EEPROM и микросхема радиоприемника.  

 Пульт идентичен почти на 100%, но пульты не взаимозаменяемы, так как предположительно имеют различную кодировку и друг другу не мешают.   

На осциллограмме мы видим те же пульсации с частотой 125 Гц и то же отсутствие пульсаций в режиме 100% яркости. Что дает повод предположить идентичность контроллеров, конечно за исключением небольшого изменения программы для управления каналом белого света.   

На этом видео можно заметить, что при переходе в режим освещения лента погасает, это нормально, так как лента RGB, а контроллер RGBW. 


   Этот контролер не попал на групповое фото, да и вообще я сначала даже как то забыл про него.
Он явно отличается от предыдущих вариантов, по крайней мере внешне.

Корпус металлический, заявленные характеристики такие же как у первого варианта, 18 Ампер общий ток или до 6 Ампер на канал, каналов три.   

Данный вариант исполнения на мой взгляд немного лучше, корпус можно прикрутить к чему либо, да и применены более удобные и качественные клеммники, но при этом есть и обычный разъем питания. 
На клеммник выведены контакты подключения ленты и питания.   

Как видно на фото, клеммник состоит из двух частей, к одной части подключаются провода, потом эта часть уже подключается к контроллеру, так удобнее подключать, особенно в узких нишах.
Если вы думаете что металлический корпус нужен для охлаждения, то расстрою, транзисторы не то что не имеют теплового контакта с ним, а и вообще находятся на другой стороне платы. Хотя судя по предыдущим вариантам охлаждение им и не нужно.   

Плата аккуратная. Так как корпус металлический, а радиоволны через металл пролазить никак не хотят, то антенна размещена около разъема. Практика показала, что особо на дальности это не сказывается. Вернее сказывается, но дальность работы в домашних условиях достаточна и в таком исполнении.   

Разъемы как всегда паяли уже после сборки самой платы, потому видны следы флюса, дорожки не усилены.   

Ключевые транзисторы идентичны первому варианту контроллера. Также на плате виден неизвестный микроконтроллер, EEPROM и чип радиоприемной части, но на этот раз с маркировкой.
А вот чего здесь нет, так это "драйвера" для управления полевыми транзисторами, хотя на низких частотах работы это не имеет почти никакого значения.   

А вот пульт отличается кардинально. Причем все фото с этим пультом мне пришлось перефотографировать, так как правильно он располагается кнопками вверх, заметил я это только когда понял, что яркость ленты регулируется наоборот :)
Здесь у производителя получилось сделать и плохо и хорошо одновременно.
1. Хорошо - кнопки не сенсорные, реально удобнее чем сенсоры, так как ощущаются тактильно ДО нажатия/прикосновения.
2. Плохо - кружок регулировки цвета распложен внизу и при нажатии на кнопки его легко можно зацепить рукой, при этом контроллер обычно отключает последний выбранный режим и переходит в режим регулировки цвета. Но срабатывает такой не всегда, видимо зависит от выбранного режима работы.

Питание пульта 3 батарейки ААА, возможно потому дальность получилась сопоставимой с контроллерами в пластмассовом корпусе. Частота работы неизвестна, судя по антенне предположу что не 2.4ГГц, как в предыдущих, а около 433.  

 В плане мерцания данный контроллер хуже всех, так как он имеет не только низкую частоту пульсаций, а и не умеет в режиме 100% яркости подавать питания непрерывно, потому на правой осциллограмме видны небольшие провалы (осциллограмма инвертирована).   




Сравнительное фото пультов трех контроллеров.   

Я не зря на предыдущем фото показал пульты, хотя в запасе остался еще один контроллер.
Дело в том, что следующий вариант пультом не комплектуется.

Вот с покупкой этого контроллера и возникла накладка. Товарищ глядя на частоту работы в 2.4ГГц и заявленное управление со смартфона решил, что здесь WiFi. По большому счет такая ошибка вполне возможна, правда я думаю, что если бы он поддерживал WiFi, то это было бы написано большими буквами на самом видном месте.
Зато в характеристиках указано наличие микрофона, программируемого включения и еще всякие полезности.   

Комплект прост, сам контроллер и антенна, но размеры контроллера заметно больше, чем у предыдущих.  

 В процессе разбирательства было почти сразу понятно, что контроллер работает через Bluetooth, так как первое о чем спросило ПО - у вас выключен блютуз, надо бы включить :)
Дальность работы на удивление большая, по крайней мере в пределах мой квартиры все работало.   


Подключение к ленте и питанию реализовано при помощи таких же разъемных клеммников, как и у предыдущего варианта.
С другой стороны находится разъем подключения питания и антенны, а также светодиод (моргает когда нет связи и светит непрерывно когда связь установлена).  

 В собранном виде.   

Но мне больше интересно, что у него внутри, собственно по этому я и решил написать обзор.
Плата стоит в корпусе так, что вынуть ее можно только в одну сторону.   

Как видно, плата односторонняя, сверху микрофон и несколько конденсаторов. Входной конденсатор даже меньше, чем у первого варианта контроллера. Материал платы - гетинакс.   

Силовые дорожки довольно обильно покрыты припоем, для увеличения сечения.
Общее качество изготовления на троечку.    

Рассмотрим внутренности внимательнее.
1. Транзисторы, если я правильно понял, то это ISL9N306AD3ST, которые имеют следующие параметры - 30V, 50A, 6mOhm. Весьма неплохо, если бы оно но. Сверху на корпусе указано ток - 30А*3, т.е. формально получается что три канала по 30 Ампер. Понятно что это полный бред и должно быть написано 30А/3, т.е. три канала по 10 Ампер. Но даже суммарный ток в 30 Ампер просто не выдержат установленные клеммники, не говоря о разъеме питания.
Сами транзисторы ток в 10 Ампер выдержат без проблем без дополнительного охлаждения, рассеиваться при этом на них будет до 0.6 Ватта.
Качество сборки и пайки грустное, транзисторы припаяны абы как, да и все остальное как то не очень красиво выглядит.

2. "Рулит" транзисторами микросхема ULN2003, но для такого применения эта микросхема слабо подходит, она обеспечивает полное напряжение на затворе, но медленное открывание.

3. Микрофонный усилитель. Проверял, работает, но чувствительность не очень высокая, хотя если контроллер будет недалеко от источника звука, то будет работать. Из звукового сигнала выделяются низкие частоты и получается, что переключение светодиодов происходит в такт с музыкой. В общем на мой взгляд, так себе.

4. Bluetooth модуль. Сначала я даже не заметил, что в этом контроллере нет собственно микроконтроллера, управляющего режимами работы. Уже когда готовил обзор, то понял, со смартфона производится не только собственно управление, а и вообще вся работа. По сути взяли Bluetooth чип, прицепили к свободным портам ввода/вывода три канала светодиодов и сигнал с микрофона, дальше все делает программа. Не совсем удобно.    

Попутно заметил, что на выходе устройства довольно большие резонансные помехи от переключения транзисторов, это отчасти обусловлено тем, что на выходе нет диодов, которые гасят эти выбросы, опять экономия.
При всех своих минусах есть и плюсы:
1. Частота пульсаций здесь в 1000 раз выше, около 125кГц.
2. В режиме полной яркости пульсации отсутствуют.
3. Можно выставить очень маленькую яркость, другие контроллеры так не умеют.

Высокая частота одновременно является и минусом, гораздо сложнее переключать транзисторы на такой частоте, растут динамические потери и возрастает уровень помех. Более оптимальна была бы частота 1-10кГц.  

 ПО очень простое, сначала я пробовал скачать с маркета, но оно даже не устанавливалось. В итоге зашел на сайт производителя и скачал ПО там, после этого все без проблем заработало.
Главное меню позволяет зайти в меню настроек освещения, выбора музыки (просто включить музыку на смартфоне, на контроллер ничего не передается), настроек таймера и меню подключения.

При включенном контроллере будет доступно подключение к нему.
Таймер я вообще мало понял, при необходимости держать для этого постоянно подключенным смартфон идея выглядит весьма криво.  

 Меню управления светом дает возможность включить белый цвет (все три канала включены), а также также эмулирует цветовой диск обычных контроллеров.
Также имеется регулировка яркости и частоты переключения светодиодов в режиме эффектов.
Режимы эффектов не очень эффектны, если так можно выразиться, формально их всего четыре, некоторые зависят от звука, но мне не понравились.

А вот с настройкой Lighting я не совсем разобрался, при регулировке до половины она меняет яркость ленты от 0 до 100%, дальше приглушает свет.  
 


  Что можно сказать обо всех этих контроллерах.
Лично мне не очень понравилась грубая регулировка цветовых переходов, да это и на видео заметно.
Простые контроллеры имеют низкую частоту работы, но они полностью автономны, в отличии от версии с Bluetooth, где для работы необходим смартфон.
Все четыре контроллера выдерживают заявленный ток, но есть большие сомнения, что такой ток вытянут разъемы питания.

Вообще, лично на мой взгляд, такие вещи скорее подходят для декоративной подсветки в магазинах, вывесках, и т.п. Хотя мои соседи сделали дома такую подсветку, смысл данного действия от меня несколько ускользает. Как вариант, праздничный вариант подсветки для дома, дешево и красиво.

Для освещения обозреваемая лента не подходит абсолютно, так как белый цвет формируется по сути тремя одноцветными светодиодами, ну а в купе с низкой частотой пульсаций и их 100% коэффициентом (в режиме менее 100% яркости), то вообще швах.

Небольшие советы:
1. Если планируете не только украшать помещение, а и освещать, то выбирайте ленту RGBWW.
2. Для местной подсветки выбирайте ленту с большой плотностью.
3. Если лента имеет большую мощность (примерно более 8-9Вт/м), то используйте радиатор, тем более что сейчас радиаторы есть очень разных форм..
4. С рассеивателем свет получается ровнее и меньше заметны отдельные светодиоды.
5. Для равномерной яркости можно использовать диагональное подключение.
6. Не все контроллеры полезны, лучше выбирать такие, которые имеют большую частоту работы ШИМа. Самый простой способ проверки - "карандашный тест", зажмите карандаш между двух пальцев и быстро подвигайте им, если видите четкие контуры карандаша, то плохо.
7. Как показала практика, у всех проверенных мною контроллеров выходная мощность ограничена входным разъемом, а не транзисторами или их нагревом. Мощность можно легко поднять если припаять провода от блока питания прямо к плате.
8. При большой длине лент лучше искать ленты на 24 Вольта, меньше придется бороться с падением напряжения.
9. Не всегда надпись 2.4ГГц означает WiFi или Bluetooth, иногда этот просто частота работы радиоканала, будьте внимательны.

У меня на этом все, для поднятия настроения небольшой ролик из моей коллекции :)