Ekologie rostlinného akvária

V mantinelech zdravého rozumu a kritického myšlení

1442

Průvodce stavbou LED osvětlení

Publikováno: 19.04.2014, Aktualizováno: 29.01.2017

Jak si postavit osvětlení z výkonných LED čipů

V tomto článku najdete vcelku podrobný popis všech komponentů potřebných ke stavbě osvětlení z výkonných LED čipů.
Co zde naopak nenajdete, je popis komponentů potřebných ke stavbě osvětlení z LED pásků.

Každý člověk je jiný, a každý akvarista, který by rád vyzkoušel LED osvětlení, může mít jiné požadavky či představy. Někdo upřednostňuje stavebnicové řešení, kdy si jen objedná krabici se všemi součástkami, a podle jednoduchého návodu si (mnohdy i bez nutnosti pájení) postaví fungující světlo. Jiní zase mohou být zruční kutilové nebo elektrikáři, kteří mají zkušenosti s pájením, letováním, nebo dokonce programováním, a tak pro ně není problém si všechno sami postavit. Někdo zase může zatoužit po LEDkovém osvětlení kvůli výkonným LED čipům, někdo požaduje nízkou cenu nebo kvalitní estetické provedení. Jiní zase vyhledávají LEDkové osvětlení kvůli různým přídavným funkcím (např. stmívání → simulace východu a západu slunce, nebo hra s barevnými spektry a různými teplotami barev).

Co všechno budete potřebovat:

  1. Obchod, kde si nakoupíte všechno potřebné
  2. LED čipy
  3. Čočky
  4. Chladič
  5. Proudový zdroj (nestmívatelný nebo stmívatelný)
  6. Ovladač (pro stmívání)
  7. Ostatní drobný materiál (kabely, lepidlo/pasta, šroubky)
  8. Závěsná lanka
Praktický postup

Úvod

Než se pustíte do stavby vlastního LED osvětlení, promyslete si pečlivě následující věci:

1) pro jak velké akvárium budete chtít dané osvětlení použít,
2) zda chcete závěsné osvětlení nebo osvětlení položené na akváriu,
3) zda vám bude stačit jednoduché světlo bez regulace, nebo chcete stmívací osvětlení s možností regulace intenzity světla a dalšími vymoženostmi,
4) zda budete chtít pěstovat nenáročné (stínomilné), středně náročné nebo náročné (světlomilné) druhy rostlin.

Od výše uvedených věcí se bude odvíjet všechno ostatní. Pro větší akvárium budete samozřejmě potřebovat větší chladič, větší počet LED čipů a výkonnější zdroj. Budete-li chtít závěsné osvětlení, budete muset na čipy připevnit čočky, které zúží úhel vyzařovaného světla. Budete-li chtít stmívatelné osvětlení, budete si muset připlatit za speciální ovladač (angl. controller), a zároveň si budete muset koupit také vhodný zdroj.* Budete-li chtít pěstovat náročné, světlomilné druhy rostlin, budete potřebovat výkonnější LED čipy s vyšším světelným tokem.

* Vhodným zdrojem se v tomto případě rozumí stmívatelný proudový zdroj, který ovšem umí plynule stmívat již od 0%, což většina zdrojů (označovaných jako stmívatelné) neumí. Převážná většina tzv. "stmívatelných" zdrojů umí plynule stmívat až od 10% (viz oddíl 4. Proudový zdroj).

1. Online obchody

DPH a clo

Mezi největší východy nákupů v zahraničních e-shopech patří hlavně širší nabídka zboží a výhodnější ceny. Nejjednodušší je nakoupovat v zahraničních e-shopech, které sídlí v některé ze zemí Evropské unie, protože na většinu zboží posílaného v rámci EU se nevztahuje DPH ani clo. Při nákupu zboží v USA (či jakémkoli jiném státu mimo EU) musíte počítat s rizikem vyměření DPH a cla. Zatímco clo je ve většině případů naprosto zanedbatelné (nebo není vůbec vyměřeno), DPH už může cenu našeho zboží značně navýšit → DPH (20%) vám celní správa vyměří vždy, když hodnota zboží přesáhne částku 22 € (~600 Kč). Všechny zásilky jsou v okamžiku, kdy dorazí do ČR, skenovány a v případě pochybností je celníci mohou i otevřít a zkontrolovat jejich obsah. Jakmile vám celní správa zboží zadrží na celnici, pošle vám dopis, ve kterém vás vyzve k doložení všech potřebných dokladů o nákupu (obvykle jim stačí dodat pouze fakturu). Z ceny na faktuře vám pak vyměří DPH, které musíte zaplatit (teprve pak vám zboží vydají). Celou tuto agendu za vás může vyřešit Česká pošta (která si za to naúčtuje něco navíc, a déle to trvá), nebo si můžete na Celní úřad do Prahy zajet osobně (tam to s vámi vyřídí na počkání, a po zaplacení DPH [výhradně v hotovosti] a manipulačního poplatku České poště vám balíček u přepážky hned vydají).
Podrobný návod, jak svou zahraniční zásilku úspěšně provést celním řízením, najdete třeba zde.

PayPal

Důležité je také vědět, že většina amerických e-shopů nepřijímá v Česku vydané platební karty. Chcete-li si tedy objednávat zboží z USA, je nejlepší zřídit si účet u mezinárodní společnosti PayPal. Vše se zařizuje přes Internet. Stačí, když si u nich vytvoříte bezplatný online účet (k tomu je třeba vyplnit všechny údaje jako e-mail, jméno, adresa), a poté si u nich zaregistrujete svojí embosovanou platební kartu (např. Visa, MasterCard apod.). Společnost PayPal vám následně zašle na účet nějakou symbolickou částku a jako variabilní symbol použije číslo, které bude sloužit jako verifikační kód. Ten pak obvykle musíte zadat do ověřovacího políčka na stránkách PayPal, čímž se vaše platební karta ověří a můžete s ní od této chvíle nakupovat v zahraničních e-shopech. Nákup zboží přes PayPal patří mezi nejrozšířenější způsoby platby a umožňuje ho převážná většina zahraničních e-shopů.

Mám PayPal, ale prodejce neposílá zboží do ČR

Pokud zahraniční prodejce nabízí pouze národní (a nikoli mezinárodní) dopravu, můžete využít služeb některé ze speciálních zprostředkovacích společností (např.  Shipito, nebo  Zásilková služba), které vám za určitý poplatek "pronajmou" doručovací adresu v USA, a z této adresy vám pak zboží sami zašlou do ČR. Funguje to tak, že vám bude po registraci na stránkách vybrané zprostředkovatelské společnosti přidělena adresa v USA (u Shipito je registrace bezplatná, Zásilková služba si za registraci účtuje $3). Vy si pak normálně v nějakém zahraničním e-shopu vyberete zboží, zaplatíte ho (přes PayPal), a jako doručovací adresu uvedete právě tu americkou adresu, která vám byla přidělena. Následně si v systému (ve svém internetovém účtu u zprostředkovatelské služby) vyberete způsob přepravy zásilky do ČR. Jakmile pak prodejce doručí zboží na vámi specifikovanou americkou adresu, zprostředkovatelská společnost vám ho obratem přepošle do ČR.

Co k tomu potřebujete: mezinárodní platební kartu + účet PayPal
Co vás to bude navíc stát: cenu zboží, poštovné, poplatek za zprostředkování

1) Shipito = $1 za každou zásilku
2) Zásilková služba = $10 za každou zásilku

Poznámka: Počítejte s tím, že ve většině případů používají tyto společnosti dražší způsob dopravy (s pojištěním a online sledováním zásilky), který se běžně pohybuje kolem $50.

Mám mezinárodní platební kartu, ale nemám PayPal

Pokud nemáte účet u PayPal, můžete využít tzv. asistovaného nákupu (Assisted Purchase). To funguje tak, že na účet vybrané zprostředkovatelské společnosti převedete potřebný finanční obnos (z kterého se pak následně budou platit všechny výlohy → tj. cena zboží, poštovné a příp. další poplatky). Pak sdělíte této společnosti, o jaké zboží máte zájem, oni to prověří, pošlou vám e-mail s konečnou cenou zboží, a po vašem odsouhlasení za vás zboží objednají, zaplatí, a následně vám ho přepošlou do ČR.

Co k tomu potřebujete: mezinárodní platební kartu
Co vás to bude navíc stát: cenu zboží, poštovné, bankovní poplatky, poplatek za asistovaný nákup

1) Shipito = $8.50 za každých 10 položek z nákupu + 8% z ceny zboží (bank.převod) + 4.3% z ceny zboží (převod přes PayPal)
Příklad: Zásilka v hodnotě $100 → celkem bez poštovného = $120.8 ($100 + $8.50 + $8 + $4.3)
2) Zásilková služba = 5% z ceny zboží (min. $5) + 4.25% (převod přes PayPal)
Příklad: Zásilka v hodnotě $100 → celkem bez poštovného = $109.45 ($100 + $5 + $4.25)

Vybrané zahraniční online obchody nabízející součástky pro LED osvětlení:
SídloObchodOrientační ceny poštovného do ČRPoznámka
Express1)Priority2)First-Class3)Jiný způsob
LED Supply 100 g = $5
1.8 kg = $39
FedEx6)Používají pouze USPS Fist-Class (max. 1.8 kg) nebo FedEx
Rapid LED 250 g = $55
500 g = $60
1 kg = $64
2 kg = $77
3 kg = $86
4)
250 g = $43
500 g = $47
1 kg = $52
2 kg = $65
3 kg = $73
5)
Objednávku nutno domluvit e-mailem
Steve's LEDsnenabízí
HeatsinkUSA nenabízíSpecializovaní pouze na chladiče; účtují si navíc $5 za balné
LEDGroupBuynenabízíÚčtují si navíc ~$3 za pojištění zásilky
MakersLED
Reef LED Lights
AquaStyle Online ~$30Některé zboží není detailně popsáno7)
DealExtremePoštovné zpravidla zdarma
FastTechPoštovné zdarma
ebayRůzné (cena poštovného uvedena vždy u zboží)Různá kvalita (bez záruky), zboží převážně z Číny
= Doporučuji
Orientační ceny poštovného z USA do ČR:
1) USPS Express International: zásilka s možností sledování a s pojištěním, doručení za 3 dny.
2) USPS Priority Mail International: zásilka s možností sledování a s pojištěním, doručení za 1-2 týdny.
3) USPS First-Class Mail International: bez možnosti sledování a bez pojištění → pokud se zásilka po cestě ztratí/poškodí, nelze to reklamovat a nedostanete zpět své peníze; tímto způsobem lze posílat pouze obálky nebo menší balíčky (jejich délka, šířka a výška nesmí v součtu přesáhnout 90 cm), a to do hmotnosti ~1.8 kg, přičemž udaná cena zboží v zásilce nesmí přesáhnout $400. Tento způsob dopravy jsem sám párkrát využil, a zboží mi zatím vždy v pořádku dorazilo. Přesto bych tuto možnost doporučoval využívat jen u nákupů drobnějších součástek (např. LED čipů).
4+5) Uvedené ceny se mohou mírně lišit v závislosti na přesných rozměrech zásilky a použitém typu balíku (služby). Některé obchody si navíc k ceně poštovného přičítají také balné.
6) FedEx Priority International: zásilka s možností sledování a s pojištěním, doručení za 3 dny → jedna z nejdražších možností přepravy.
Standardní zásilka o hmotnosti 1 kg = $65, 2 kg = $75, 4.5 kg = $154
7) U LED čipů Bridgelux je např. uveden světelný tok (lm) a napětí (V) pouze při doporučeném řídícím proudu (A), při němž je vhodné tyto čipy provozovat → podrobnější informace o světelném toku a napětí při jiném řídícím proudu chybí. [Nutno ale dodat, že tyto informace chybí u čipů Bridgelux prakticky ve všech e-shopech, které tyto čipy prodávají.] U některých stavebnicových sad není zase uvedena přesná značka a typ použitého proudového či napěťového zdroje.
České a slovenské online obchody:
  • aquario.cz
  • Svitilny.eu
  • SVETsoucastek.cz
  • Tron.cz
  • Semic (chladiče) [Mechanické díly, chladiče > Chladiče > Profily vytlačované]
  • EZK (chladiče) [Konstrukční prvky, mech. součástky > chladiče]
  • ehlinik (chladiče) [Výkresové a speciální profily > Hliníkové chladiče]
  • Eling (chladiče) → český zástupce firmy GAMAalumínium.sk
  • Eling (chladiče) [Príslušenstvo > chladiče]1)
1) Tabulku s cenami vybraných hliníkových chladičů firmy GAMAalumínium najdete v oddíle 4. Chladič.

2. LED čipy

Čip RapidLED Cree XP-G na podložce

První věc, která nováčky u LED čipů zarazí, je obvykle absence údajů o maximálním příkonu (W). Spousta lidí, kteří toho o LED čipech ještě moc neví, se třeba někde na Internetu dočte, že pro osvětlení rostlinného akvária se používají zpravidla 2W čipy. Když pak ale hledají nějaké 2W čipy v e-shopech, můžou mít problém takové čipy vůbec najít. To proto, že každý čip má různý příkon (W) podle toho, kolik proudu (A) do něj pouštíte. Každý čip má tedy určitou maximální "kapacitu" (maximální proud, napětí, příkon a svítivost), ale záleží jen na vás, na kolik budete tuto jeho kapacitu využívat, přičemž platí obecné pravidlo, že čipy je dobré provozovat jen asi na polovině jejich maximálního výkonu (nikdy né na maximum!). To proto, že provozování čipu na maximální výkon negativně ovlivňuje jeho světelné vlastnosti a životnost. Takže až si budete vybírat nějaké LED čipy, je dobré si vybírat čipy trochu "předimenzované". Chcete-li si tedy postavit LEDkové osvětlení z 2W čipů, je rozumné si pořídit LED čipy s "kapacitou" třeba 5W, které pak budete provozovat jen na ty 2W.

Čip Cree XLamp XM-L2 (bez podložky)

Další věc, na kterou je třeba si dát pozor, je to, že pokud u jednoho čipu platí, že při řídícím proudu 700mA má příkon 2W, neznamená to, že totéž bude platit u jiného typu nebo značky čipu. Začátečníci tak mohou dělat při nákupech čipů tu chybu, že si třeba zjistí, že LED čip Cree XP-G2 má při proudu 700mA příkon 2W, a mylně se domnívají, že kdykoli narazí na Internetu na nějaký čip, jehož doporučený proud je 700mA, bude mít tento čip automaticky také příkon 2W. Tak tomu ale být nemusí, a většinou tomu tak ani není. Příkon je totiž součinem napětí a proudu: W = V * A. Takže 10W čip Cree XM-L2 napájený proudem 1000mA bude mít příkon 3W (2.9V*1.0A=2.9W), zatímco 10W čip Bridgelux BXCD45 bude mít při stejném proudu příkon přes 9W, protože jeho napětí při tomto proudu je daleko vyšší (9.2V*1.0=9.2W). Pokud tedy chcete zjistit, při jakém příkonu (W) může daný čip pracovat, budete si muset zjistit především jeho maximální řídící proud (A) a napětí (V). Není ale bohužel výjimkou, že u spousty čipů, které se dnes prodávají, nejsou tyto informace uvedené (s výjimkou čipů značky Cree, nebo třeba Philips). Jediné, co bývá u některých čipů uvedeno, je maximální nebo doporučený řídící proud (A), příkon při tomto proudu (W), a světelný tok (lm) → např. 950lm@1A,10W (což je poměrně málo informací).

LED čipy se prodávají ve dvou provedeních:

→ Klasické LED čipy [ty je mezi sebou nutné propojit tak, že se na jejich kontakty připájí pomocí cínu napevno kabel]
→ Nepájené LED čipy [k jejich propojení není třeba používat pájení; na jejich kontaktech jsou přidělané speciální přípojky]

Nepájené LED čipy nejsou běžně k dostání a nabízejí je zpravidla jen obchody, které si je sami "vyrábějí" (např. Rapid LED).

Samotný čip (velký zpravidla jen několik milimetrů) bývá již z výroby přilepen na malé chladicí podložce (obvykle ve tvaru šesticípé hvězdy s Ø 2 cm, nebo ve tvaru kolečka s Ø 1.6 cm, ale vyskytují se i jiné tvary).

Pro menší (nižší) nádrže je vhodné použít 5W čipy Cree provozované při 700mA = 2W (např. Cree XP-G2), nebo jejich obdobu.
Pro větší (vyšší) nádrže můžete použít 10W čipy Cree provozované při 1000mA = 3W (např. Cree XM-L2 nebo XP-L).

Pozor na neoznačené zboží bez relevantních informací !

Čip Cree XLamp XM-L EasyWhite

Pokud je to jen trochu možné, používejte takové čipy, které se vyznačují dobrou kvalitou, účinností i životností, a navíc jsou k nim dostupné oficiální katalogové listy s informacemi o světelném toku (lm) a propustném napětí (V) při různém proudu (A), nebo je u nich uvedeno alespoň přesné označení výrobce (angl. part number), podle něhož si budete moci všechny potřebné informace dohledat. Nejlepší volbou jsou v tomto ohledu jednoznačně čipy Cree, ke kterým jsou dostupné podrobné katalogové listy obsahující všechny důležité informace. Na Internetu můžete celkem často narazit i na čipy jiných značek (např. Bridgelux, Philips a další), u kterých ale často nenajdete žádné podrobnější informace (např. přesný model použitého čipu, konkrétní světelný tok a napětí při různém řídícím proudu apod.). Tyto informace se pak shánějí velmi obtížně, protože je dost často neznají ani samotní prodejci. Proces výroby LED čipů, které se běžně prodávají na Internetu, je obvykle takový, že velké společnosti typu Cree, Bridgelux nebo Philips vyrobí ve svých závodech základní modely svých diod, které pak ve velkém prodávají různým dalším výrobcům. Ti pak tyto diody ve svých továrnách osadí na chladicí podložku, nanesou na ně tenkou vrstvičku bílého fosforu (aby vyzařovali bílé světlo), případně je ještě spojí do většího pole, čímž vytvoří ještě mnohem výkonnější verze čipů (např. 10W modely). Tito výrobci pak tyto čipy (upravené do podoby vhodné pro koncového zákazníka) přeprodávají dále nejrůznějším distributorům a prodejcům, kteří je pak nabízají ve svých e-shopech. V e-shopech se ale tyto čipy objevují velmi často už jen s několika strohými informacemi o doporučeném řídícím proudu (A), příkonu (W) a světelném toku (lm), bez jakýchkoli dalších informací, katalogových listů, nebo alespoň přesného označení použitého modelu čipu. U takovýchto čipů pak tedy vlastně kupujete svým způsobem "zajíce v pytli", protože nemáte možnost si deklarované vlastnosti nijak ověřit, a nemáte ani jistotu, že vám příslušný čip při daném proudu opravdu dlouho vydrží. Ideální stav je, když jsou u LED čipu uvedeny informace o světelném toku (lm) a napětí (V) při různých řídících proudech (350mA, 700mA ... až do maximálního řídícího proudu, jakým lze daný čip napájet). Na základě toho pak budete schopni zodpovědně posoudit, zda prodejcem doporučovaný řídící proud (který by oproti tomu maximálnímu měl být zhruba poloviční) je či není rozumný. Kvalitní výkonný LED čip by měl mít účinnost minimálně 100 lm/W. Spousta lidí se ale při nákupu čipů nechá nachytat nízkou cenou, a vyhodí tak peníze za čipy s mizernou účinností a nízkým světelným tokem (lm), nebo si sice koupí poměrně slušné čipy, které však na základě nedostačných nebo vyloženě chybných informací provozují na zcela nevhodných řídících proudech, čímž jim tyto čipy budou rychle degradovat, nebo jim brzy odejdou.

Pro většinu běžných rostlinných akvárií (s výškou vodního sloupce do 60 cm) nemá smysl napájet čipy proudem větším než 700mA (2W).
[Optimální je používat 5W čipy provozované na 2W.]

LED čipy není nikdy dobré provozovat s maximálním možným proudem – výkonem. Intenzita vyzařovaného světla (kterou LED čip vyzařuje) a teplota (kterou produkuje) přímo úměrně souvisí s proudem, který čipem prochází. V amatérských konstrukcích, při nedostatku odborných znalostí, nebudete obvykle umět optimálně a správně stanovit parametry chladiče (velikost, resp. "tepelný odpor chladiče"). Proto LED čipy nikdy neprovozujte na maximálním možném výkonu, jaký je deklarován v katalogovém listu. (Při provozu na maximální výkon je zpravidla nutné používat chladič s aktivním chlazením, tj. větráčky.) Z tohoto důvodu je tedy rozumné pořídit si čipy s maximálním proudem třeba 1500mA, a ty pak provozovat jen na 700mA → tj. připojit je na zdroj s výstupním proudem 700mA, nebo i méně (třeba jen 350mA). Při použití dvou čipů provozovaných s polovičním proudem (např. 2x 750mA), místo jednoho na plný výkon (např. 1x 1500mA), je celková spotřebovaná el. energie stejná. Stejná je i vyzařovaná světelná a tepelná energie. Protože světlo (ale i teplo) vychází ze dvou míst (= ze dvou čipů), teplota čipů je tak menší a spolehlivěji se tedy chladičem odvede. Proto provozováním LED čipu s menším provozním proudem stoupá spolehlivost a životnost vašeho osvětlení. LED čipy provozované při optimálních provozních podmínkách jsou prakticky nezničitelné. Pokud vám LED osvětlení za rok odejde, tak je prakticky jisté, že je na vině vaše chybná konstrukce.

Nepájený čip RapidLED Cree XP-G2

Pro běžná akvária (vysoká kolem 40-50 cm) bych doporučoval používat 5W čipy (s napájecím proudem 1500mA) provozované na 700mA (2W). Díky tomu se totiž čipy nebudou tolik zahřívat, takže je nebudete muset tolik chladit, a kromě toho by vám měly také déle vydržet. Pokud jde o barevnou teplotu, doporučuji používat spíše jen bílé čipy. Používání modrých a/nebo červených LED čipů je vhodné spíše u mořských akvárií, u rostlinných akvárií mají obvykle za následek esteticky nepěkný namodralý či načervenalý odstín barev, i když u osvětlovacích těles s velkým počtem čipů nemusí být použití několika červených a modrých čipů na závadu.

Pokud jde o to, jakou značku LED čipů zvolit, tak bych doporučoval držet se spíše ověřených značek jako Cree, Bridgelux nebo Philips. Některá komerční LEDková světla (např. Blau Lumina) používají třeba čipy značky Epistar. Pokud se rozhodnete pro nákup čipů jiné značky, zjistěte si, zda jsou k nim dostupné katalogové listy (angl. datasheets), které obsahují všechny důležité informace jako je životnost čipů, pokles svítivosti s časem, světelný tok (lm), vyzařovací úhel, maximální příkon (W), propustné napětí (V), barevná teplota, příp. index podání barev. Vždy si všechny informace ověřujte v katalogovém listu, a nespoléhejte se na informace prodejců prezentované na webových stránkách. Pokud k nabízenému LED čipu nemůžete najít žádný katalogový list, znamená to, že kupujete zajíce v pytli.

Vybrané typy LED čipů:
TypVyzařovací
úhel
Příkon
(W)1)
Světelný tok při různých proudech
 175mA 350mA 700mA1000mA1500mA2000mA3000mA
Cree[Cool White > 5000K][1W][2W][3W][5W][7W][10W]
XR-E[R2@25°C]2)90°1.1W[3.3V]115 lm[3.5V]170 lm[3.7V]250 lm
XT-E[R5@85°C]115°2.1W[2.85V]140 lm[3.04V]250 lm[3.15V]330 lm[3.38V]430 lm
XP-G[R5@25°C]125°2.1W[2.9V]140 lm[3.05V]260 lm[3.15V]350 lm[3.25V]460 lm
XP-G2[S2@85°C]115°2.0W[2.8V]150 lm[2.9V]270 lm[3.0V]360 lm[3.1V]490 lm
XP-L[V5@85°C]125°4.6W[2.95V]460 lm[3.05V]623 lm[3.15V]784 lm[3.35V]1058 lm
XM-L[U2@25°C]125°4.7W[2.75V]165 lm[2.9V]300 lm[2.95V]415 lm[3.1V]590 lm[3.2V]740 lm[3.35V]1040 lm
XM-L2[U2@85°C]125°4.6W[2.75V]165 lm[2.85V]300 lm[2.9V]410 lm[3.05V]580 lm[3.15V]730 lm[3.3V]1050 lm
Bridgelux[Cool White > 5000K]
BXRE-xxx0400-A-xx[85°C]?3.1W[17.8V]385 lm[19.1V]675 lm
BXRE-xxx0400-B-xx[85°C]?3.1W[8.9V]385 lm[9.6V]675 lm
BXCD45 → teoretické maximum120-140°2.6W[3.1V]150 lm[3.7V]250 lm
BXCD45 → 3W verze[25°C]120-140°2.6W[3.1V]114 lm[3.7V]200 lm3)[4.1V]257 lm
BXCD45 → 10W verze[25°C]120-140°9.2W[7.9V]285 lm[8.6V]665 lm[9.2V]950 lm[10V]1330 lmneznámý4)
Philips[Cool White > 5650K]
LXML-PWC1-0110[DS64@25°C]120°1.0W[3.0V]110 lm[3.2V]200 lm[3.3V]230 lm
LXML-PWC2-0xxx[DS61@25°C]120°3.1W[2.75V]135 lm[3.0V]235 lm[3.1V]320 lm
Hodnoty uvedené v tabulce se mohou lišit v závislosti na přesném modelu diod (použitých v LED čipu) a technologii jejich balení.

Políčka s bílým pozadím označují doporučený řídící proud, tj. doporučený výstupní proud proudového zdroje (např. 700mA, 1000mA).
1) Příkon při doporučeném (nikoli maximálním) řídícím proudu.
2) Teploty 25°C není možné na přechodu polovodičů v praxi dosáhnout! Ve skutečnosti bude na přechodu teplota přibližně kolem 85°C, a tím pádem bude mít čip ve výsledku zhruba o 5-10% nižší světelný tok, než je uvedeno v tabulce.
3) Kvůli relativně vysokým provozním teplotám na přechodu polovodičů při řídícím proudu 700mA se obvykle doporučuje provozovat tento čip při nižším proudu (max. 500-650mA).
4) Výrobce tento parametr neuvádí, protože nepředpokládá, že by někdo zkoušel při tomto řídícím proudu čip provozovat.

V roce 2013 vědci zjistili, že ideální zdroj bílého světla [= ideální pro lidské vnímání] může dosahovat spektrálního světelného toku 250-370 lm/W. Při cíleném asymetrickém ořezání určitých vlnových délek v rozmezí 453-663 nm je možné dosáhnout přijatelného barevného podání (CRI ~90) při 310 lm/W pro barevnou teplotu 5800K, a 370 lm/W pro 2800K.

V březnu 2014 se společnosti Cree podařilo v laboratorních podmínkách (blížících se těm reálným) dosáhnout u svého nejnovějšího LED čipu účinnosti 303 lm/W (při pokojové teplotě, barevné teplotě 5150K a proudu 350mA).

Důležité parametry čipů:
Příklad parametrů čipu Cree XP-G2:
Světelný tok
(lm)1)
Propustné
napětí (V)
Napájecí
proud (A)
Příkon (W)Barevná teplota (K)2)
150 lm (150 lm/W)2.8V350mAW = 2.8V*0.35A = 0.98 = 1W2600-3700K[CRI=80-90]
3700-5300K[CRI=75]
5000-8300K[CRI=70]
270 lm (135 lm/W)2.9V700mAW = 2.9V*0.70A = 2.03 = 2W
360 lm (120 lm/W)3.0V1000mAW = 3.0V*1.00A = 3.00 = 3W
490 lm (105 lm/W)3.1V1500mAW = 3.1V*1.50A = 4.65 = 4.7W


1) Čím vyšší má čip příkon, tím horší má účinnost. Nejúčinnější čipy jsou čipy s příkonem kolem 1-2W. Udává-li se u 10W čipu účinnost třeba 150 lm/W, je tím obvykle myšlena jeho účinnost při odběru 1W a proudu 350mA. Pokud bychom se ale rozhodli používat tento 10W čip na jeho maximální výkon, jeho reálná účinnost by rázem klesla k hodnotám kolem 100-115 lm/W.

2) CRI (angl. Color rendering index) = Index podání barev (Ra).

Nepřekračujte doporučený proud:
Cree XP-G2 (R5)                       Cree XM-L2 (T6)                       Cree XP-L (V5)
===============                       ==============                        ==============
Světelný tok:                         Světelný tok:                         Světelný tok:
 350mA = 139 lm = 100% (optimální)     350mA = 154 lm =  55%                 350mA = ?
 700mA = 254 lm = 185% (doporučený)    700mA = 280 lm = 100% (optimální)     700mA = ?
1000mA = 338 lm = 245%                1000mA = 385 lm = 140% (doporučený)   1050mA =  460 lm = 100% (optimální, doporučený)
1500mA = 458 lm = 330%                1500mA = 541 lm = 195%                1500mA =  623 lm = 135%
                                      2000mA = 679 lm = 245%                2000mA =  784 lm = 170%
                                      3000mA = 924 lm = 330%                3000mA = 1058 lm = 230%

V tabulce nahoře je uveden světelný tok čipů Cree XP-G2, XM-L2 a XP-L při různých proudech (převzato z katalogových listů). Důležité je si všimnout, že v katalogovém listu k čipům Cree XP-G2 se za optimální řídící proud považuje 350mA, a jako doporučený se uvádí proud 700mA (a to i přesto, že jsou tyto čipy schopné fungovat i při 1500mA) ! U čipů XM-L2 se pak za optimální řídící proud považuje 700mA, přičemž jako doporučený se uvádí proud 1000mA, a u čipů XP-L se optimální proud shoduje s doporučeným proudem 1050mA (přestože oba tyto čipy snesou až trojnásobek) !

Pokud se z nějakého důvodu rozhodnete provozovat tyto čipy na vyšší než doporučené řídící proudy, musíte počítat s tím, že bude klesat jejich relativní účinnost, a zároveň prudce stoupat produkované teplo, a tedy i riziko jejich poškození. V takovém případě je nutné čipy dobře chladit → kvalitní chladič a větráček je v takovém případě nezbytností ! Nezapomínejte přitom, že čím více se bude čip zahřívat, tím nižší účinnost bude mít. Chcete-li tedy ze svého čipu vyždímat maximum, udržujte jeho teplotu co nejníže. Hodnoty uvedené v tabulce platí pro čip s teplotou spoje 85°. Pokud se vám podaří čip uchladit na nižší teplotu, bude jeho účinnost ještě o něco vyšší. A naopak, pokud jeho chlazení podceníte (např. použijete poddimenzovaný chladič bez větráčku), a váš čip se bude v důsledku toho zahřívat na vyšší teplotu, bude jeho výsledná účinnost samozřejmě nižší. Překročí-li teplota spoje 150°, čip se zničí.

3. Čočky

Čip RapidLED Cree XP-E s čočkou

Čočka RapidLED Cree XP-G

Čočky se používají všude tam, kde je třeba omezit (zúžit) vyzařovaný svazek paprsků (kužel světla). Většina LED čipů vyzařuje světlo pod úhlem 120°, takže pokud LEDkové osvětlení zavěsíme výše nad akvárium, spousta světla nám bude bez užitku unikat mimo akvárium. V takovém případě (kdy je světlo zavěšené nad akváriem) je proto vhodné připevnit na čipy speciální čočky, které nám vyzařované světlo pomohou soustředit do užšího úhlu.

Čím výše bude tedy světlo nad hladinou, tím více bude zapotřebí zúžit úhel vyzařovaného světla.

U světel, která nebudou výše než 60 cm nad substrátem, je dobré použít čočky s úhlem 60°.
Pro světla v rozmezí od 60 do 90 cm nad substrátem je vhodné použít čočky s úhlem 40°.

4. Chladič

Chladič RapidLED

Každý zdroj světla má určitou účinnost, jakou dokáže přeměňovat energii na světlo. Účinnost moderních LED čipy se pohybuje kolem 50-60%, což znamená, že zhruba 60% energie přemění na světlo, a zbytek se přemění na teplo. Jelikož LED čipy jsou velmi malé, toto odpadní teplo se generuje na velmi malé ploše, čímž dochází k velkému zahřívání čipu. Z tohoto důvodu se musí teplo z čipů odvádět někam pryč, aby se čipy nepřehřívaly, ale naopak účinně ochlazovaly a neshořely. K tomuto účelu se používají chladiče. Chladič slouží k odvodu tepla z čipů a jejich ochlazování. Chladiče se vyrábějí nejčastěji z hliníku, protože hliník velmi dobře odvádí teplo a zároveň je levný (na rozdíl od mědi, stříbra nebo zlata, které odvádějí teplo ještě lépe, ale jsou mnohem dražší).

Jako chladič slouží nejčastěji nějaký hliníkový profil o různé šířce a délce, který je z jedné strany hladký a z druhé má žebrování, které napomáhá lepšímu odvodu tepla a chlazení. Na žebrování se někdy přidělává ještě větráček (stejný, jaký se používá k chlazení procesorů nebo na ventilaci vzduchu v počítačových skříních), který žene studený vzduch skrze hliníková žebra, a tím je ochlazuje.

Obecná doporučení, jak postupovat při návrhu vhodně konstruovaného osvětlovacího tělesa:

Jaký chladič budu k uchlazení svých čipů potřebovat:

Ceková wattáž 1
Napětí (Vf)   Proud (I)   Počet LED   Výkon
V x mA x ks = W
1 
Maximální provozní
teplota čipu °C



  4
Tepelný odpor
čip→podložka °C/W
  5
Tepelný odpor
podložka °C/W
  6
Tepelný odpor
podložka→chladič °C/W
3 
Teplota vzduchu
u chladiče °C
  7
Maximální tepelný
odpor chladiče °C/W
 
 

1) Celková wattáž:
Propustné napětí LED (Vf)
→ Tento údaj najdete v katalogovém listu
Řídící proud LED (If)
→ Řídící proud, jakým své čipy napájíte
Počet LED (ks) → Počítá se vždy pro 1ks LED
2) Maximální teplota čipu (Tj) → Maximální teplota čipu, při které ho chcete provozovat (měla by být nižší než max. teplota v katalogovém listu)
3) Teplota vzduchu (Ta) → Typická teplota vzduchu v blízkosti čipů a chladiče (běžně kolem 50°C)
4) Tepelný odpor čip-podložka (Rθj-c) → Tento údaj najdete v katalogovém listu
5) Tepelný odpor podložka (Rθmb) → Jedná se o tepelný odpor samotné podložky (nejčastěji hliníkové hvězdice), na kterou je čip z výroby přidělán2)
6) Tepelný odpor podložka-chladič (Rθc-h) → Tepelný odpor termální pasty nebo lepidla, kterým se přidělává podložka k chladiči (termální pásky mívají 4.5°C/W)3)
7) Tepelný odpor chladič-vzduch (Rθh-a) → hledáme

1) Tento výsledek platí pouze pro 1ks čipu ! Pokud vám například v kalkulačce vyjde, že k uchlazení 1ks čipu potřebujete chladič s tepelným odporem 20°C/W, stačí vám poohlédnout se po nějakém chladiči, který tuto podmínku bude splňovat. Pokud máte celkem např. 10ks čipů, pak budete samozřejmě potřebovat 10x větší (delší) kus chladiče, než byste použili pro jediný čip. U chladičů se obvykle uvádí tepelný odpor pro určitou délku chladiče → např. 2°C/W pro 10 cm dlouhý chladič. Pokud tedy pro jeden čip potřebujete chladič s tepelným odporem 20°C/W, a vámi vyhlédnutý chladič má tepelný odpor 2°C/W na 10 cm délky, znamená to, že pro uchlazení 1 čipu vám bude teoreticky stačit 1 cm tohoto chladiče, a pro uchlazení 10ks čipů vám bude stačit 10x víc (tj. 10 cm tohoto chladiče). Na 10x10cm se vám ale 10ks čipů stěží vejde, takže i když by vám stačilo si koupit jen 10 cm tohoto chladiče, je samozřejmě lepší si v tomto případě koupit delší chladič, i když bude pro vaše potřeby předimenzovaný. Kromě toho je třeba vzít v úvahu, že v katalozích jsou uváděny tepelné parametry chladiče pro svislé umístění a černě eloxovaný povrch. U našich LED světel je ale chladič obvykle v poloze ležaté a má tedy 1,25- až 1,75-krát větší tepelný odpor oproti chladiči ve svislé poloze (záleží samozřejmě i na tvaru). Podstatné je i to, jaký je povrch chladiče, struktura a barva → rozdíl může činit až 10% ! To tedy znamená, že je vždy lepší chladič mírně (min. o 10-20%) předimenzovat.
2) Laminátové podložky FR-4 (PCB) mívají tepelný odpor ~6.5°C/W (někdy až 9.5°C/W). Kovové podložky (MCPCB - hliník nebo měď) mívají tepelný odpor ~3.5°C/W (max. 4°C/W). Nejčastěji se čipy prodávají na hliníkových podložkách ve tvaru hvězdice nebo kolečka o průměru 14-20 mm a tloušťce 1.6 mm, u nichž můžeme počítat s odporem kolem ~3.5°C/W.
3) Tepelný odpor podložka-chladič (Rθc-h) závisí na povrchové úpravě plošného spoje, jeho rovinatosti (nerovnostech), metodě upevnění plošného spoje k chladiči, kontaktní ploše, a typu styčného materiálu a jeho tloušťky. U kvalitních plošných spojů lze jeho hodnotu srazit i pod 1°C/W. Pokud ale podložku na chladič přiděláte nedbale (např. použijete nekvalitní termální pastu/lepidlo, nebo použijete příliš tlustou vrstvu pasty, případně dobře nedotáhnete upevňovací šroubky), rázem se hodnota tohoto parametru několikanásobně zvýší, díky čemuž bude docházet ke špatnému odvodu tepla z čipu na chladič, a čip se vám může zničit! Ani sebelepší chladič vám neodvede z čipu žádné teplo, pokud čip (resp. podložku) s chladičem dokonale nespojíte!
Plošný spoj = drobná chladicí destička (obvykle ve tvaru hvězdice nebo kolečka) o rozměrech nejčastěji 2 x 2 cm. Většina čipů, které si může koncový zákazník v e-shopech koupit, je už z výroby přidělána na podobnou chladicí podložku. Samotné čipy (velké kolem 2 mm) se běžně neprodávají.
Upozornění: Pokud vám v kalkulačce vyjde záporná hodnota, znamená to, že vám k uchlazení daného čipu nebude stačit ani sebelepší chladič, a že se neobejdete bez aktivního chlazení (např. PC ventilátoru přidělaného na chladič). To se může stát třeba v případě, že byste ke stavbě svého LED osvětlení použili 10W LED čipy Bridgelux (9.2V@1050mA) s tepelným odporem Rθj-c 2.5°C/W, a zároveň byste chtěli jejich teplotu udržet pod 100°C (což je bez aktivního chlazení prakticky nedosažitelné).
Postup výpočtu:

Cílem při výběru velikosti a parametrů požadovaného chladiče je vypočítat maximální tepelný odpor chladiče (Rθh-a), který udrží teplotu spoje i v těch nejhorších možných případech pod maximální hodnotou.

Modelová situace:
Máme 1ks LED čipů XP-G2 na chladiči, u něhož maximální teplota vzduchu (Ta) dosahuje 50°C.
Typické propustné napětí (Vf) při řídícím proudu 700mA dosahuje 2.9V.
Proudový zdroj je umístěn mimo osvětlovací těleso, takže na jeho teplotní poměry nemá vliv.
Výpočet (varianta 1):
Zdroj: luxeonstar.com, led-heatsink.com, giangrandi.ch, mustcalculate.com
Vzorec:
h-a = ((Tj - Ta) - ((Rθj-c + Rθmb + Rθc-h) * Pd)) / PΣ
h-a = (Tj - Ta) / PΣ - (Rθj-c + Rθmb + Rθc-h)
Výpočet (varianta 2):
Zdroj: leds.de
Vzorec:
Tj = Ta + PΣ (Rθj-c / ks + Rθc-h + Rθh-a) →
h-a = (Tj - Ta - (Rθj-c * Pd) - (Rθc-h * PΣ)) / PΣ
h-a = (Tj - Ta) / PΣ - (Rθj-c / ks) - Rθc-h

Aby chladič mohl z LED čipů účinně odvádět teplo, musí se na něj LED čipy přidělat.3)

3) Pozor: Čipy nikdy neprovozujte volně, aniž by byly přidělané k chladiči! Riskujete tím jejich spálení! Ve výjimečných případech je možné čipy otestovat i bez chladiče, ale vždy jen na krátkou chvíli.

Existuje několik způsobů přidělání čipů k chladiči:
  • Termální lepidlo
  • Tato metoda patří mezi nejpohodlnější metody připevnění čipů k chladiči. Jako termální lepidlo se obvykle používá nějaký dvousložkový epoxid, který se v malém množství nanese na "hvězdici" čipu, a ta se pak přilepí na chladič. Výhodou této metody je relativně rychlá aplikace a slušný přenos tepla. Nevýhodou je ale to, že jednou přilepené čipy nelze nijak snadno odstranit či vyměnit (jedná se o víceméně trvalé řešení, přestože u lepidel na bázi oxidu hlinitého je údajně možné hvězdu s čipem opatrným páčením při troše štěstí nakonec odlepit).

  • Šroubky + teplovodivá pasta
  • Chladič RapidLED

    Chladič Designer firmy MakersLED

    Pokud si koupíte chladič s předvrtanými dírami se závity na šroubky, pak budete mít celkem jednoduchou práci. Pokud si budete díry se závity vyvrtávat sami, můžete s tím mít poměrně dost práce (i několik hodin). U této metody přichycení čipů k chladiči pomocí šroubků existuje navíc riziko zkratu, pokud zapomenete použít izolační podložky. Pro zlepšení odvodu tepla z čipů přes chladič pryč se navíc používá teplovodivá pasta, kterou se vyplní všechny mikroskopické mezírky mezi styčnou plochou čipu a chladičem. Výhodou této metody je možnost výměny čipů za jiné v případě, že vám některé čipy vyhoří/doslouží, nebo když budete chtít změnit barevné spektrum.

    Prodávají se i speciální chladiče s drážkami v přesných rozestupech, do nichž se zasunou šroubky a hvězdice s čipy se tak pohodlně přišroubují k chladiči bez nutnosti vyvrtávat do chladiče díry.

  • Termální samolepicí pásky
  • Jedná se v podstatě o oboustranně lepicí pásku určenou pro odvod tepla z čipu na chladič. Nevýhodou tohoto řešení je horší odvod tepla, menší spolehlivost v udržení čipu na chladiči, a vyšší cena. Výhodou je velmi snadné použití.

Ceny nejběžnějších rozměrů hliníkových chladičů ve vybraných obchodech:
AquaStyleOnline:
ŠířkaDélka
30cm40cm50cm60cm100cm
5cm[2]340,-
10cm[2]220,-380,-
15cm[6] 1)580,-660,-740,-840,-
20cm[2]380,-460,-580,-
Poštovné (dle váhy): ~600,-
RapidLED:
ŠířkaDélka
30cm40cm50cm60cm100cm
5cm[3.5]240,-[360,-]440,-
10cm
15cm[5] 2)600,-3)1100,-
20cm
Poštovné: 1200,-

Uvedené ceny platí k datu 5/2014, a byly přepočtené na Kč z $ nebo € při kurzu 20 Kč/$ a 28 Kč/€.

1+2) Profesionálně vypadající chladiče
(s akrylátovým zásuvným krytem)
3) Délka = 25 cm
Eling:
Šířka[výška]
chladiče
TypCena [černý elox] vs. klasický hliníkPoznámka
d = 30cmd = 40cmd = 50cmd = 60cmd = 100cm
5 cm[4] HY 25345 [275,-] 165,- [365,-] 220,- [455,-] 275,- [545,-] 325,- [910,-] 545,-
7.5 cm[2.5] K 76 [475,-] 230,- [630,-] 305,- [790,-] 380,- [945,-] 455,- [1575,-] 755,-
10 cm[5] ZH 2533 [630,-] 425,- [840,-] 565,- [1045,-] 710,- [1255,-] 850,- [2090,-] 1415,-
10 cm[4] ZH 7484 [0,-] 320,- [0,-] 425,- [0,-] 530,- [0,-] 635,- [0,-] 1055,-
10 cm[4] C 100 [370,-] 220,- [495,-] 295,- [620,-] 370,- [740,-] 440,- [1260,-] 735,- žebrovaný U-profil s drážkami na plexisklo
11 cm[7] K 112 [905,-] 600,- [1210,-] 800,- [1510,-] 1000,- [1810,-] 1200,- [3020,-] 2000,-
14 cm[3] ZH 9481 [530,-] 275,- [705,-] 365,- [880,-] 455,- [1055,-] 545,- [1755,-] 905,-
15 cm[2.5] ZH 8001 [580,-] 325,- [770,-] 430,- [965,-] 540,- [1155,-] 645,- [1925,-] 1075,-
15 cm[4] IT 5498 [785,-] 545,- [1045,-] 725,- [1310,-] 905,- [1570,-] 1085,- [2615,-] 1805,-
16 cm[2.5] K 163 [610,-] 360,- [815,-] 480,- [1015,-] 600,- [1220,-] 720,- [2030,-] 1195,-
16 cm[4] IT 5303 [885,-] 645,- [1180,-] 860,- [1475,-] 1075,- [1770,-] 1285,- [2945,-] 2145,-
16 cm[7] ZH 3197 [1245,-] 950,- [1655,-] 1265,- [2070,-] 1580,- [2485,-] 1895,- [4135,-] 2580,- speciální drážky na závěs
17 cm[2.3] HY 28005 [225,-] 100,- [295,-] 135,- [370,-] 170,- [445,-] 200,- [735,-] 335,- elegantní chladič na LED pásky
18 cm[7] C 180 [700,-] 515,- [930,-] 685,- [1165,-] 855,- [1395,-] 1025,- [2325,-] 1705,- žebrovaný U-profil
20 cm[4] K 200 [1185,-] 740,- [1580,-] 985,- [1975,-] 1230,- [2365,-] 1475,- [3945,-] 2460,-
20 cm[2] K 197 [610,-] 400,- [815,-] 535,- [1015,-] 670,- [1220,-] 800,- [2030,-] 1335,-
Uvedené ceny jsou přepočteny z € na Kč při kurzu 25.755 Kč/€ (kurz ČNB platný k datu 18.12.2018).
Poštovné: ~150,- Kč (do 10 kg) → PPL

Kontakt pro objednávky: Yveta Husárová, ELING Bohemia s.r.o., Uherské Hradiště, MT: +421 905 358 651 (Slovensko), E-mail: husarova@eling.cz

5. Proudový zdroj

Zdroj Mean Well LDD-700HW

Typy proudových zdrojů a intenzita světla:
 Typ zdroje
NestmívatelnýStmívatelný
Analogově řízené
stmívání [1-10V]
Pulzně řízené stmívání [PWM]
Rozsah stmívánížádný [0 nebo 100%]10-100%10-100%0-100%
Příklad zdrojeMeanwell LPC-xx-xxxMeanwell ELN-xx-xDMeanwell ELN-xx-xPMeanwell LDD

Proudový zdroj se u LEDkového osvětlení používá proto, protože LED čipy vyžadují napájení stejnosměrným proudem (DC), ale v domácích rozvodech máme střídavý proud (AC). Proudové zdroje jsou tedy v podstatě jakési převodníky, které umí převést střídavý proud na stejnoměrný, a které navíc dávají na výstupu konstantní proud (např. 700mA).

Aby LED čipy správně fungovaly (svítily), potřebují napájení ze zdroje, který zajistí, že jimi bude procházet proud [A] vhodné (požadované) a stále stejné hodnoty. Velikost proudu procházejícího LED čipem ovlivňuje přímo úměrně jeho světelný výkon (od této "přímé úměry" se sice v praxi může proud mírně odchýlit, ale tyto nepatrné odchylky jsou pro nás nepodstatné) a proto se dá velikostí tohoto procházejícího proudu řídit intenzita vyzařovaného světla. Procházejícím proudem se LED čip také zahřívá (a to rovněž stejně úměrně s velikostí procházejícího proudu). Pokud ale proud procházející čipem překročí určitou mez, dojde k takovému přehřátí polovodičového čipu, že nastane nevratné zničení čipu (čip shoří). Zdroji, který umožní, aby obvodem procházel jen proud určité (přesně vymezené) hodnoty, se říká zdroj konstantního proudu (neboli zjednodušeně proudový zdroj). Takový zdroj zajistí, že obvodem sériově (za sebou) zapojených diod prochází právě jen proud určité hodnoty (např. 700mA). Napětí [V] na výstupních svorkách se u zdroje konstantního proudu přizpůsobí zatížení (zatěžovacímu odporu). Proto může být počet sériově zapojených diod (v určitém rozsahu) různý (na každé diodě lze voltmetrem naměřit napětí asi 3V).

Jinými slovy, každá [sériově zapojená] dioda si z napětí zdroje "ukrojí" přibližně 3V. Protože má ale každý proudový zdroj určitý rozsah napětí (např. 9-48V), nemůžeme na něj připojit zcela libovolný počet diod, ale jen takový počet diod, jejichž celkové napětí bude právě v daném rozsahu (tj. na proudový zdroj v našem příkladu musíme zapojit minimálně 3ks čipů [3x3V=9V] a maximálně 16ks čipů [16x3V=48V]) → v praxi je však nutné počítat s určitou rezervou a použít minimálně raději 4 čipy a maximálně jen 14-15 čipů.

Ideálně fungující zdroj konstantního proudu je schopen dávat jmenovitý konstantní proud i do zkratu na výstupu. Protože však toto v případě LED čipů není zapotřebí, zdroje konstantního proudu se vyrábějí tak, aby jmenovitý konstantní proud dokázaly generovat pro určitý rozsah výstupního napětí. Toto je nutno zohlednit, při výběru vhodného zdroje a jak se přitom postupuje je popsáno v jiném odstavci. Pro potřeby napájení LED čipů se vyrábějí síťové zdroje konstantního proudu, které síťové napětí galvanicky oddělí a na výstupu, v určitém rozsahu výstupního napětí ve Voltech (např. již zmiňovaných 9 až 48V), dodávají do obvodu sériově zapojených LED čipů konstantní proud v Ampérech (např. 700mA).

[Na tomto místě je vhodné připomenout rozdíl ve zdrojích pro různé druhy LED osvětlení. LED pásky se napájejí ze zdroje, který na výstupu dává konstantní napětí, obvykle 12V. Pro zajištění "konstantního" proudu LED diod (co možná nejméně závislého na napětí zdroje) jsou na páscích odpory (vždy se třemi diodami v sérii je zde jeden odpor). Na těchto odporech se potom ztrácí asi ¼ přiváděné elektrické energie, která se mění na teplo. Proto dává použití v podstatě speciálního zdroje (zdroje konstantního proudu) při sériově zapojených LED čipech (bez odporů) větší celkovou energetickou účinnost. Před používáním osvětlení s LED se zdroj konstantního proudu k ničemu kloudnému příliš nepoužíval (takové zdroje ani neexistovaly, možná jen nějaké nabíječky akumulátorů), protože elektrická zařízení se obvykle napájejí konstantním napětím, a nikoli konstatním proudem.]

Mezi kvalitní a spolehlivé zdroje patří například zdroje firmy Mean Well nebo Inventronics.

Vyberte si takový proudový zdroj, který dokáže napájet potřebný počet LED čipů (to, kolik budete potřebovat čipů, zjistíte níže). Zjistěte si (ještě předtím, než si zdroj koupíte) rozsah jeho výstupního napětí. Na základě toho si pak můžete spočítat, kolik LED čipů je na něj možné připojit (minimální a maximální počet čipů). Pokud bude počet čipů převyšovat kapacitu zdroje, budete muset těchto zdrojů použít více.

Důležité parametry zdroje:
Příklad parametrů zdroje Mean Well LPC-35-700:
Výstupní
proud (A)
Výstupní
napětí (V)
Jmenovitý
výkon (W)
700mA9-48V33.6W
Na proudový zdroj s výstupním proudem např. 700mA je možné připojit jen takové čipy, jejichž minimální napájecí proud je 700mA. Lze na něj tedy připojit i čipy s maximálním napájecím proudem třeba 1500mA, ale je třeba počítat s tím, že k těmto čipům půjde ze zdroje pouze 700mA (takže je nebudeme moci provozovat na jejich maximální výkon). Kromě toho má-li nějaký proudový zdroj výstupní napětí v rozsahu např. 9-48V, nelze na něj připojit jen jeden nebo dva čipy s napájecím proudem 1000mA a napětím 3V → musíte na něj připojit minimálně tolik čipů, aby jejich napětí dalo v součtu minimálně 9V.

Zdroj Mean Well LPC-35-700

Příklad: Dejme tomu, že pro své osvětlení bude chtít používat 3W čipy Cree XP-G2. Tyto čipy je možné napájet proudem v rozsahu 350-1000mA. Aby se čipy příliš nezahřívaly, rozhodnete se je provozovat nikoli na maximálním proudu 1000mA, ale na proudu 700mA (což odpovídá příkonu 2W). Při tomto proudu bude mít jeden čip svítivost zhruba 270 lumenů. Na dosažení 55 µmol PAR u substrátu budete u akvária o rozměrech 90x45 cm potřebovat asi 15ks čipů s 60° optikou, umístěných do jedné řady s rozestupy 5 cm, a zavěšených ve výšce 60 cm nad substrátem. 15ks těchto čipů provozovaných na proudu 700mA bude mít dohromady odběr 30W (2W*15ks), jejich propustné napětí bude 43.5V (2.9V*15ks), přičemž napájecí proud bude konstantní (700mA). Abyste si tedy mohli z těchto 15ks LED čipů postavit osvětlení, potřebujete k tomu proudový zdroj s výstupním proudem 700mA a výstupním napětí 44V. Těmto parametrům odpovídá třeba zdroj Mean Well LPC-35-700 s výstupním proudem 700mA a výstupním napětím v rozsahu 9-48V (našich 15ks LED bude mít kolem 44V, takže tam budeme mít ještě 4V rezervu).2) Jelikož výrobce zaručuje fungování tohoto zdroje pro výstupní napětí v rozsahu 9 až 48V, proto lze na tento zdroj zapojit sériově minimálně 3 čipy Cree XP-G2 (9V/2.9V), a maximálně pak 16 čipů Cree XP-G2 (48V/2.9V), i když v praxi (jak už bylo řečeno) je nutné to nevyužívat až na doraz.
2) Žádný zdroj bychom neměli používat "na doraz"; vždy je dobré, abychom tam měli alespoň 3-5V rezervu.

Jak co nejjednodušeji svítit pomocí LED

Jak po přečtení tohoto článku zjistíte, že je zapotřebí opatřit si vhodný chladič, vhodné LED čipy a vhodný zdroj, a to všechno pak nějak vhodně uspořádat (sbastlit). Na tomto místě je asi vhodné uvést pro úplnost příklad nějakého zdroje, který je vhodný pro LED osvětlení, u kterého nebudete vyžadovat stmívání. Pro sériově zapojené LED čipy to musí být síťový zdroj konstantního proudu → například Meanwell LPC-35-700.

6. Ovladač

Chcete-li své osvětlení stmívat, potřebujete kromě stmívatelného proudového zdroje také ovladač. Bez ovladače vám bude osvětlení po zapnutí svítit vždy naplno (100% intenzita). Teprve ovladač představuje způsob, jak intenzitu osvětlení regulovat. Někteří akvaristé, kteří se v této problematice příliš neorientují, si myslí, že jim ke stmívání stačí jen nějaký stmívatelný proudový zdroj. Jenže stmívatelný proudový zdroj představuje pouze jakýsi "předpoklad" neboli možnost stmívání. Samotný stmívání ale musíte něčím "provádět", a právě k tomuto účelu se používají ovladače.

Takovým ovladačem může být buď jednoduchý knoflík = potenciometr (jehož manuálním otáčením ovládáte protékající proud, a tím pádem i intenzitu osvětlení), nebo nějaký sofistikovaný programovatelný přístroj, který bude (ve spojení se stmívatelným proudovým zdrojem) modulovat protékající proud pomocí speciálního analogového nebo digitálního signálu.

Ovladač je tedy přístroj, který umí ovládat (regulovat) proud přenášený ze stmívatelného proudového zdroje k LED čipům, a tím také řídit intenzitu osvětlení. Sebelepší ovladač vám však nezajistí dokonalé stmívání bez vhodného stmívatelného proudového zdroje. A naopak sebelepší stmívatelný proudový zdroj vám nezajistí dokonalé stmívání bez vhodného ovladače. Abyste tedy dosáhli dokonalého, plynulého stmívání od nuly až do 100%, potřebujete jak vhodný stmívatelný proudový zdroj, tak i vhodný ovladač.

Zde musím upozornit na to, že nemalá část komerčně nabízených ovladačů (i velká spousta amatérsky, podomácku vyrobených ovladačů) spadá do kategorie ovladačů, které nejsou pro dokonalé stmívání vhodné, protože fungují na principu analogové metody modulace proudu (0-10V), nebo sice fungují na principu digitální metody modulace proudu (PWM), ale používají buď nevhodný stmívatelný proudový zdroj nebo jsou nevhodně naprogramované. Výběru správného proudového zdroje a správného ovladače proto věnujte zvýšenou pozornost! V opačném případě na dokonalé stmívání zapomeňte.

Nedokonalé vs. dokonalé stmívání

Stmívatelné proudové zdroje řízené analogovým signálem
Tyto zdroje, u kterých lze hodnotu/velikost tohoto proudu nastavit analogovým signálem (obvykle potenciometrem, přepínačem s odpory nebo zvnějšku přivedeným řídícím napětím v rozsahu 0-10V) neumožňují nastavení proudu od nuly. Minimální proud, který dokáží nastavit, je asi 10% (v lepším případě 5%) z maximální jmenovité hodnoty. To má za následek, že efekt "rozednívání" (a to dokonce i při řízení nějakým kvalitním ovladačem) není dokonalý. Tyto zdroje tedy, v případě použití řízení potenciometrem nebo řídícím napětím (0-10V), umožňují plynule řídit výstupní proud (= intenzitu osvětlení) až od zmíněné úrovně 1V, čemuž odpovídá intenzita 10%. Pod tuto úroveň (nižší než 1V) se nastavená hodnota řídícího napětí rovná stavu "Off" (= vypnuto). Jinými slovy, při zvyšování proudu z nuly na 1V bude světlo vypnuté, a teprve při dosažení hodnoty 1V se osvětlo zapne a to rovnou (skokově) na intenzitu 10%. Dále se už pak může intenzita osvětlení zvyšovat plynule (v závislosti na použitém ovladači nebo přepínači).

Stmívatelné proudové zdroje řízené digitálním signálem
Tyto zdroje řízené pomocí šířkové modulace umí stmívání už od 0% → Ovšem ne všechny! Např. Meanwell LDD umí stmívání už od nuly, zatímco Meanwell ELN-xx-xP umí stmívání až od 10% podobně jako analogové zdroje. Ke svému provozu ale obvykle vyžadují externí napájecí zdroj. Pokud není na řídící vstupy tohoto typu proudového zdroje nic zapojeno (tj. žádný ovladač), funguje takový zdroj jako běžný (nestmívatelný) proudový zdroj. Důležité je také vědět, že proudové zdroje pro LED řízené šířkovou modulací (PWM) nejsou obvykle napájeny přímo ze síťového napětí (tj. nelze je připojit rovnou do zásuvky). Jsou konstruovány tak, že k napájení potřebují předřadit napěťový zdroj. Velikost tohoto napětí napájecího zdroje je dána počtem připojených LED čipů (na každý čip ~3V) + přiměřená rezerva (3-5V).

K plynulému stmívání od nuly tedy budeme kromě kvalitního stmívatelného proudového zdroje řízeného pulsní šířkovou modulací [PWM] potřebovat ještě automatizovaný digitální ovladač (viz níže), a vhodný napěťový zdroj.
→ Podrobnější informace o stmívání najdete v oddíle Stmívání.

Existují dva typy ovladačů:
  1. Manuální
  2. Potenciometr RapidLED

    Manuálním ovladačem je potenciometr, kterým se manuálně ovládá stmívací obvod stmívatelného proudového zdroje. Potenciometr ovládá množství výstupního proudu putujícího k LED čipům. Manuálním otáčením knoflíku regulujete protékající proud, a tím pádem i výslednou intenzitu světla vyzařovaného z LED čipů.

    Manuální ovladač (potenciometr) představuje nejjednodušší možnost regulace intenzity osvětlení, ale pro naše účely se příliš nehodí. Využití nachází spíše v domácnosti, kde může mít podobu otočného vypínače pokojového osvětlení, kterým se dá regulovat intenzita světla v místnosti (např. večer můžete otočit kolečkem vypínače a ztlumit si osvětlení v místnosti).
    Potenciometr používá k řízení zdrojů analogový signál.

  3. Automatický
  4. Automatické ovladače jsou programovatelná či naprogramovaná elektronická zařízení, která umí ovládat čas, délku a intenzitu světla vyzařovaného z LED čipů. Některé ovladače dokáží ovládat nejen LED čipy, ale také přídavná zařízení jako třeba CO2 nebo větráčky.

    Tyto ovladače jsou už poměrně složitá zařízení, která si běžný akvarista rozhodně nezvládne postavit sám (pokud není zkušený elektrikář). Dělí se dále na analogové a digitální. Analogové ovladače jsou pro naše účely podobně nevhodné, jako potenciometr, protože jsou určené jen k řízení analogových proudových zdrojů, které neumí dokonalé stmívání. Jedinými vhodnými ovladači, které zvládají opravdu dokonalé stmívání, jsou ovladače využívající digitální metodu modulace proudu (PWM).
    Automatické ovladače používají k řízení zdrojů buď analogový, nebo digitální signál.

Ke stmívání se používají nejčastěji dvě různé metody:

    Ovladač DIM4 firmy LEDgroupbuy

  1. 1-10V [někdy označovaná také jako 0-10V]
  2. Analogová metoda modulace proudu

    U této metody začíná stmívání zpravidla až od ~10%, což je dáno samotným principem fungování analogově řízených stmívacích zdrojů, které nedokážou setmít světlo pod 10% (skok z 0 na 10% je tudíž velmi zřetelný). Z nuly na 10% se tedy světlo rozsvítí skokově, a teprve pak začne ovladač plynule zvyšovat jeho intenzitu.

    • Potenciometr (manuální ovladač)
    • Nejjednodušší metoda stmívání manuálním otáčením knoflíku.
      Stmívání: 0-10% skokové (jediný skok), 10-100% víceméně plynulé

    • DIM4 (automatizovaný ovladač) → příklad zapojení
    • Počet kroků: 1024 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.1% přírůstcích)
      Stmívání: 0-10% skokové (jediný skok), 10-100% plynulé (1024 kroků)

      Přestože se jedná o kvalitní a dobře naprogramovaný ovladač, jeho velkou nevýhodou je to, že je určen jen pro analogově řízené proudové zdroje, které však není možné plynule regulovat od nuly, ale až od ~10%. Akvarijní osvětlení se tedy zapne z nuly na 10%, a teprve pak začne ovladač plynule zvyšovat jeho intenzitu. Nicméně kvůli počátečnímu "rozsvícení" světla z nuly na 10% zde ztrácí plynulé stmívání svůj půvab, protože pokud má použití stmívání nějaký smysl, pak ten, aby se světlo na začátku dne prudce nerozsvěcelo, ale postupně plynule nabíhalo (rozednívalo).

      Poznámka: DIM4 má 1024 stmívacích kroků, ale naprogramovat je možné pouze 100 kroků (0-100%), přičemž pro každé procento pak ovladač dopočítá 10 mezikroků, díky čemuž se pak stmívání (od 10% výše) jeví jako mimořádně plynulé.

    Ovladač Storm-X firmy LEDgroupbuy

  3. PWM (angl. pulse width modulation = pulsní šířková modulace)
  4. Digitální metoda modulace proudu, při které ovladač pomocí krátkých (okem nepostřehnutelných) přerušovaných pulsů (zapnutí a vypnutí) ovládá výstupní proud, který putuje do LED čipů, a tím reguluje jejich svit. Čím delší bude interval zapnutí (a čím kratší naopak interval vypnutí), tím vyšší bude výsledná intenzita světla. Tyto intervaly jsou obvykle v řádu milisekund nebo dokonce mikrosekund. Jedná se vlastně o extrémně krátká a rychlá "probliknutí", která ale lidské oko není schopné zaregistrovat, protože tyto pulzy mívají kmitočet kolem 100 Hz až 1 kHz. A právě díky tomu je možné dosáhnout plynulého stmívání → záleží ale také na tom, jak krátké pulsy dokáže řídící jednotka (ovladač) vytvářet. [Například počet 1024 kroků je pro plynulé stmívání naprosto postačující, a jakékoli vyšší hodnoty jsou v podstatě jen zbytečným luxusem.]

    U této metody začíná stmívání už od 0% (je ovšem nezbytně nutné připojit k ovladači vhodný stmívatelný proudový zdroj, který rovněž dokáže stmívat od nuly → např. Meanwell LDD). Od samého počátku (0%) až do konce (100%) se pak světlo rozsvěcí plynule.

    Kdysi dostupné ovladače:
    • Typhon (automatizovaný ovladač)
    • Platforma: Arduino (open-source)
      Počet kroků: 100 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 1% krocích)
      Stmívání: mírně skokové (1% nárůst je stále ještě okem postřehnutelný skok,
      a proto stmívání u tohoto ovladače nepůsobí příliš plynule)

    1.000,- Kč
    • Stmívatelný časovač (automatizovaný ovladač)
    • Počet kroků: 1.024 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.1% přírůstcích)
      Stmívání: plynulé od nuly do 100%

    1.200,- Kč →
    kvalitní stmívač české výroby, který svého času vyráběl na zakázku František Roztočil (rybicky.net)
    • LED kontrolér Designer (automatizovaný ovladač)
    • Počet kroků: 60.000 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.002% přírůstcích)
      Stmívání: plynulé od nuly do 100%

    990,- Kč →
    kvalitní a cenově dostupný stmívač české výroby, který svého času vyráběl uživatel Designer (rybicky.net)
    Aktuálně dostupné ovladače:
    • Storm-X LED Controller (automatizovaný ovladač)
    • Platforma: Arduino (open-source)
      Počet kroků: 4.096 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.025% přírůstcích)
      Stmívání: plynulé od nuly do 100%

    2.300,- Kč
    • Bluefish LED Controller (automatizovaný ovladač)
    • Počet kroků: 4.096 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.025% přírůstcích)
      Stmívání: plynulé od nuly do 100%

    4.800,- Kč
    • LED kontrolér KonSou (automatizovaný ovladač)
    • Platforma: Arduino (open-source)
      Počet kroků: 1.024 (intenzita světla se zvyšuje/snižuje v 0.1% přírůstcích)
      Stmívání: plynulé od nuly do 100%

    990,- Kč

Šikovní elektrikáři si samozřejmě dokáží vyrobit a naprogramovat svůj vlastní automatický ovladač. Zruční kutilové si mohou LED osvětlení poskládat z jednotlivých součástek (LED čipy, chladič, proudový zdroj, napěťový zdroj, ovladač). A ti ostatní jsou bohužel odkázáni na komerční stmívací LED osvětlení.

7. Ostatní drobný materiál (kabely, lepidlo/pasta, šroubky)

Kromě samotných LED čipů s čočkami, chladiče a proudového zdroje, budete potřebovat ještě:

8. Závěsná lanka

Závěsné osvětlení RapidLED Solderless Kit s 12ks LED čipů Cree XP-G2 (naměřené hodnoty v µmol PAR).

Hotové osvětlení (chladič s LED čipy) můžete na akvárium přidělat buď pomocí nějaké podpůrné konstrukce (např. nožiček), nebo ho můžete zavěsit nad akvárium pomocí závěsných lanek (což je podle mého názoru mnohem elegantnější a praktičtější řešení).


Stmívání

Jak u osvětlení s LED čipy regulovat světelnou intenzitu aneb Stmívatelné proudové zdroje řízené analogovým signálem

Zařídit, aby byla intenzita osvětlení regulovatelná, lze následujícím jednoduchým způsobem. Pro řízení intenzity osvětlení se k napájení LED čipů použije namísto obyčejného síťového zdroje konstantního proudu (který je doporučen v oddíle o zdrojích → v odstavci s názvem "Jak co nejjednodušeji svítit pomocí LED") jednoduše tzv. síťový stmívatelný proudový zdroj.*

* Síťové jsou tyto zdroje proto, protože je lze jednoduše zapojit přímo do zásuvky (sítě) → narozdíl od "nesíťových" proudových zdrojů (např. Meanwell LDD-700), které ke svému fungování potřebují napájení síťovým zdrojem napětí.

Zapojení pro řízení světelné intenzity (výstupního proudu zdroje) je potřeba doplnit o potenciometr (v případě, že žádáme regulovat plynule) nebo přepínač s odpory (v případě, že žádáme regulovat po skocích). Hodnoty součástek (odpor potenciometru, hodnoty odporů při použití přepínače) a celé potřebné schéma zapojení najdete vždy v katalogovém listu příslušného zdroje. Uvedeným způsobem lze obvykle řídit intenzitu osvětlení od 10% do 100%. Skutečnost, že plynule se dá intenzita osvětlení u těchto zdrojů regulovat až od 10%, souvisí (nejen) s tím, že se nastavení pod úroveň 10% používá pro vypnutí osvětlení. Nastavením potenciometru nebo přepínače do krajní polohy se tedy osvětlení vypíná. V případě použití potenciometru lze tedy provádět plynulé ruční stmívání (od 10% výše), ale pokud chceme, aby se každý den v určenou dobu naše osvětlení "rozednívalo" a večer zase "stmívalo", jedná se o nepraktické řešení → nikdo přece nebude každý den (365 dní v roce) vždy ráno a večer manuálně otáčet knoflíkem, aby si tak simuloval východ a západ slunce.

Tento typ zdrojů je obvykle možné řídit též přivedením řídícího napětí 0-10V, ale ani tento způsob automatického ovládání není pro naše účely vhodný (z důvodů, které hned pochopíte). Při prohlídce katalogového listu zjistíte, že se dají "stmívatelné zdroje" řídit analogovým napětím 0-10V (a některé i pomocí PWM), a tak vás možná napadne, že by se váš zdroj v budoucnu, až se rozhodnete doplnit svoje osvětlení o nějaký inteligentní ovladač, dal využít k automatickému stmívání. To je ale častý omyl. Tento typ "stmívatelných zdrojů konstantního proudu" totiž ve skutečnosti dokonale stmívatelný není. Pro akvaristické účely, kde se obvykle žádá velice plynulé, dlouhé stmívání a rozednívání, jsou tyto zdroje prakticky nepoužitelné.

Jak už totiž bylo výše uvedeno, tento typ "stmívatelných zdrojů" dokáže intenzitu osvětlení plynule regulovat až od ~10%. Ať už při regulaci potenciometrem, nebo i v případě řízení nějakým elektronickým, inteligentním ovladačem (při řízení analogovým napětím 0-10V a třeba i pomocí PWM signálu), dojde ke skokovému rozsvícení na hodnotu 10% (ve výjimečných případech i 5%) světelné intenzity. Takový skok lidské oko vnímá jako velmi zřetelný "skok", a iluze pomalého rozednívání se tím zcela vytrácí! (Ani řízení signálem PWM není u tohoto typu zdroje dokonalé, protože se signál PWM uvnitř zdroje převádí na analogové řízení → 0-10V.)

(V běžné osvětlovací technice, pro kterou je stmívatelný zdroj určen, tento světelný skok nevadí, a je dokonce žádaný. Tento způsob řízení se používá k nastavení pohodové hladiny intenzity osvětlení interiéru. Skutečnost, že při nastavení úrovně výkonu pod 10% (řídicího napětí pod úroveň 1V) nedává proudový zdroj na výstupu žádný proud, se zde využívá pro vypnutí osvětlení.)

Pro ilustraci se k uvedené regulaci intenzity osvětlení hodí například tyto zdroje: Meanwell ELN-60-48D [0-1.3A, 24-48V], Meanwell LPF-25-36 [700mA, 18-36V]

S jakými prostředky sestavit naprosto dokonalé stmívání u osvětlení s LED čipy aneb Stmívatelné proudové zdroje řízené digitálním signálem

K dokonalému stmívání je zapotřebí si opatřit vhodný inteligentní ovladač, vhodný síťový zdroj stejnosměrného napětí a vhodný zdroj konstantního proudu (angl. driver), který umí řídit výstupní výkon pomocí PWM signálu a je pro přesné řízení určen.

Ovladač (angl. controller) by měl být schopen generovat řídicí PWM signál s rozlišením 1024 kroků (to znamená, že výstup je řízen po 0,1% výstupního proudu, což odpovídá 0,1% intenzity osvětlení) nebo vyšším. Ovladače dokáží obvykle jako výstupní řídicí signál generovat rovněž analogové napětí 0-10V. Analogové napětí je pro jakékoliv řízení oproti PWM signálu obecně méně přesné. A protože neexistují zdroje, které by řízením podle analogového signálu dokázaly dokonalé stmívání, není tento řídicí signál pro dokonalé stmívání použitelný. Dokonalé stmívání je možné pouze při použití řízeného zdroje konstantního proudu, který je pro přesné řízení určen, a řízení provádí podle PWM signálu s odpovídající přesností tohoto signálu.

Řízený zdroj konstantního proudu (tzv. driver), řiditelný pomocí PWM signálu, se vyrábí vždy pro určitý jmenovitý výstupní konstantní proud (podobně jako jiné zdroje konstantního proudu pro napájení LED čipů). Takovýmto zdrojem lze pomocí řídicího PWM signálu regulovat (snižovat) směrem dolů (naprosto dokonale do nulové hodnoty) výstupní výkon, proud. Není-li přítomen PWM signál nebo na vstup pro regulaci PWM není nic připojeno, chová se tento typ zdroje stejně jako obyčejný zdroj konstantního proudu. Není-li na vstup řídicího PWM signálu připojen žádný ovladač, je možno případně zkratováním vstupu pro PWM signál zdroj vypínat.

Příklady vhodných nesíťových zdrojů s konstantním proudem 700mA:
  • Meanwell LDD-700LW [700mA, 2-32V]tento proudový zdroj je vhodné připojit na napěťový zdroj s výstupním napětím 36V
  • Meanwell LDD-700HW [700mA, 2-52V]tento proudový zdroj je vhodné připojit na napěťový zdroj s výstupním napětím 48V
  • Meanwell LDD-1000HW [1000mA, 2-52V]tento proudový zdroj je vhodné připojit na napěťový zdroj s výstupním napětím 48V

Při seznámení se s katalogovým listem výše uvedeného zdroje typu "LDD" zjistíte, že se jedná o poměrně malé (a i ne příliš drahé) zařízení, a že pro napájení je dále zapotřebí použít přiměřeně dimenzovaný síťový napěťový zdroj (všimněte si, že se jedná o "napěťový zdroj" neboli zdroj napětí = zdroj s konstantním výstupním napětím). Velikost výstupního napětí tohoto napěťového zdroje se stanovuje stejně, jako už je zde uvedeno pro zdroj konstantního proudu.

Příklady vhodných síťových zdrojů s konstantním napětím:
Napěťový zdrojVýstupní
napětí (V)
Jmenovitý
proud (A)
Příkon (W)Cena 1)Nesíťové proudové zdroje 2)
ZnačkaSérieModel [příklad]LDD-700LLDD-700HLDD-1000
MeanwellLPLPV-60-3636V1.6A60W438 Kč2
LPV-100-4848V2.1A100W723 Kč32
G3RS-100-4848V2.3A100W684 Kč32
RS-150-4848V3.3A150W717 Kč43
RSPRSP-150-4848V3.2A150W1.044 Kč43
PFCSP-150-4848V3.2A150W1.307 Kč43
SP-240-4848V5A240W1.514 Kč75
SPVSPV-150-4848V3.1A150W1.677 Kč43
U-bracketUSP-150-4848V3.2A150W1.466 Kč43
G5HRP-150-4848V3.3A150W1.343 Kč43
1) Ceny platné k 1/2017
2) Maximální počet (plně vytížených) nesíťových proudových zdrojů (LDD-700 nebo LDD-1000), které příslušný síťový napěťový zdroj dokáže napájet.

Jak co zapojit je nejjednodušší ukázat na příkladu, který je zde uveden pro dokonalé stmívání 2 x 10-ti výkonových LED čipů napájených konstantním proudem 700mA (bez řízení ovladačem).

Jako síťový zdroj je použit již zde uvedený zdroj "LPV-60-36", na který jsou paralelně připojeny dva řízené zdroje konstantního proudu (drivery) "LDD-700LW" a na každý řízený zdroj (driver) je připojeno sériově po 10-ti výkonových LED čipech.

Jak už bylo řečeno výše, sestava se bez připojeného ovladače chová stejně jako zdroj konstantantního proudu, ve zde uvedeném příkladu 700mA. Tuto sestavu lze takto normálně používat k napájení sériově zapojených LED čipů, a někdy v budoucnosti ji pak doplnit o inteligentní ovladač. Zkratováním vstupu pro řízení PWM u jednotlivých zdrojů konstantního proudu lze proud (a tedy svit výkonových LED čipů) vypínat.

Stručný návod, jak si vybrat správnou kombinaci napěťového a proudového zdroje pro dokonalé stmívání

  1. Nejprve si zjistěte maximální napájecí proud LED čipů, které hodláte použít
  2. Příklad: Cree XP-G2 je možné napájet maximálním proudem 1500mA. Dejme ale tomu, že je budete chtít provozovat pouze na 700mA, protože nechcete, aby se příliš zahřívaly. Proto budete k jejich napájení potřebovat proudový zdroj s výstupním proudem 700mA (např. Meanwell LDD-700HW).

  3. Zjistěte si propustné napětí použitých LED čipů
  4. Příklad: Cree XP-G2 provozované při 700mA mají propustné napětí 2.9V. Pokud se na stavbu svého LED osvětlení rozhodnete použít 12 těchto čipů, budete k jejich napájení potřebovat zdroj, který bude dávat na výstupu minimálně 35V (12 x 2.9V). Meanwell LDD-700 pracuje v rozmezí 2-52V, takže ho lze k tomuto účelu použít, nicméně aby fungoval, je třeba před něj ještě připojit napěťový zdroj, který mu bude dodávat potřebné napětí. Hledáme tedy napěťový zdroj, který má výstupní napětí kolem 35V. [Napěťové zdroje se vyrábějí s výstupním napětím např. 12V, 24V, 36V nebo 48V.] Nejblíže našim potřebám odpovídají 36V napěťové zdroje, takže k proudovému zdroji Meanwell LDD-700 připojíme napěťový zdroj s výstupním napětím 36V (např. Meanwell LPV-60-36). Tomuto napěťovému zdroji je pak nutné přizpůsobit celkový počet našich LED: Vydělte výstupní napětí napěťového zdroje propustným napětím jedné LED → 36V/2.9V = 12 LED (což odpovídá i našemu původnímu plánu). Přestože tedy proudový zdroj Meanwell LDD-700 zvládne provozovat až 17 LED čipů (52V/2.9V), pokud k jeho napájení použijeme 36V napěťový zdroj, musíme adekvátně tomu přizpůsobit i počet LED čipů, tak aby je vybraný napěťový zdroj utáhnul (36V/2.9V = max. 12 LED → necháme-li si tam určitou rezervu, je dobré použít max. 10-11 LED na jeden proudový zdroj LDD-700).

  5. Na jeden každý proudový zdroj LDD-700 budete na svém napěťovém zdroji potřebovat 700mA
  6. Pokud tedy budete chtít použít jen jeden proudový zdroj LDD-700, bude vám stačit napěťový zdroj s jmenovitým proudem 0.7A. Pokud si ale budete chtít postavit LED osvětlení třeba z 50ks LED čipů Cree XP-G2 provozovaných na proudu 700mA s propustným napětím 2.9V, budete k tomu potřebovat celkem 145V (50 x 2.9V), a protože jeden proudový zdroj LDD-700 zvládne maximálně 52V, budete na to potřebovat minimálně tři LDD-700. A protože jeden proudový zdroj LDD-700 potřebuje 700mA, tři takové zdroje vyžadují proud nejméně 2.1A (3 x 0.7A). K jejich napájení budete tedy potřebovat napájecí zdroj s jmenovitým proudem minimálně 2.1A (raději ale opět o něco více, abyste měli určitou rezervu). Použít tedy můžete například napěťový zdroj Meanwell CLG-150-36A s jmenovitým proudem 4.2A a příkonem 150W.

  7. Napěťový zdroj musí mít dostatečný příkon na to, aby utáhl zamýšlený počet LED čipů
  8. V našem příkladu musí příkon napěťového zdroje stačit na provoz 50ks LED čipů napájených proudem 700mA (= 2W), takže minimum je v tomto případě 100W (50 x 2W) → opět je ale lepší použít napěťový zdroj s mírně předimenzovaným příkonem (např. již zmiňovaný Meanwell CLG-150-36A s příkonem 150W).

  9. Nechte si rezervu
  10. Pro všechny výpočty ohledně napájecího i proudového zdroje si nechte určitou rezervu: Např. 3ks proudových zdrojů LDD-700 by měly mít napájecí zdroj alespoň s 2.5A, a pro 50ks LED čipů Cree XP-G2 provozovaných při poudu 700mA (2W) je dobré použít napájecí zdroj s příkonem 120-150W. Pokud navíc budete chtít na jeden proudový zdroj Meanwell LDD-700 připojit sériově třeba 16 LED čipů, a zároveň k napájení použijete napěťový zdroj s výstupním napětím jen 36V, budete muset pár čipů ubrat, abyste v součtu nepřekročili kapacitu použitého napájecího zdroje (tj. těch 36V), a to i v případě, že samotný proudový zdroj (LDD-700) by vám jinak umoňoval použít větší počet LED čipů.

Praktický postup

Při stavbě LEDkového osvětlení budete muset vyřešit několik praktických problémů. Mezi hlavní otázky, na něž budete muset najít odpověď, je kolik LED čipů budete potřebovat, jakým způsobem je poskládat na chladič (resp. jaké rozestupy mezi nimi použít).

  1. Vypočtěte si intenzitu osvětlení u dna, rozestupy mezi čipy, nebo potřebný světelný tok jedné LED
  2. Naším cílem při stavbě LEDkového osvětlení je použít vhodný počet LED čipů uspořádaných tak, aby nám rovnoměrně osvítily celou plochu dna, a my jsme měli u substrátu dostatečné hodnoty PAR. Důležité je si v této souvislosti uvědomit, že LED čipy vyzařují světlo v kuželu, takže čím blíže u čipu budete, tím menší plocha jím bude osvícena. Hodnoty PAR se mohou u různých čipů značně lišit.

    Formulář pro výpočet vybraných parametrů
    Potřebuji zjistit:
    cm
    cm
    cm
    °

    1) Pokud u LED čipů žádné čočky nepoužíváte, pak zadejte do políčka hodnotu 70° (v případě čipů Cree XP-G, XM-L a XP-E), nebo 50° (v případě čipů XR-E). To je nutné udělat, aby vám vyšel správný výsledek (přestože ve skutečnosti se výchozí vyzařovací úhel těchto čipů pohybuje v rozmezí 90-125°).

    Tento webový formulář byl vytvořen na základě výpočtů a praktických měření Vaugha Hoppkinse (Calculator #5),
    který na různých zahraničních fórech vystupuje pod přezdívkou Hoppy, a kterého si velmi vážím.
    Doporučení ohledně volby správných parametrů:
    Intenzita osvětlení (PAR) → Výsledná hodnota PAR označuje intenzitu osvětlení přímo kolmo pod LED čipem (přesně uprostřed světelného kuželu).
    Řady → Hodnoty, vypočtené výše uvedenou kalkulačkou, platí pouze v případě, že od sebe jednotlivé řady LED čipů budou vzdálené zhruba stejně, jako jsou od sebe vzdálené jednotlivé čipy → to znamená, že pokud rozestupy mezi LED čipy jsou např. 5 cm, první a druhá řada čipů by od sebe měla být vzdálena také zhruba 5 cm.
    Pokud od sebe budou vaše čipy vzdálené např. 5 cm, ale rozestup mezi jednotlivými řadami bude větší (nebo menší), uvedený výpočet nebude platit, a nelze ho tedy použít!
    Optika → Nebudete-li vaše světlo výše než 60 cm nad substrátem, měli byste použít LED čipy s 60° optikou, u větších vzdáleností pak použijte 40° optiku.
    Rozestupy → Rozestupy mezi LED čipy (a také mezi řadami čipů) by měly být voleny tak, aby se nejjasnější části světelných kuželů vyzařujících z LED čipů hustě překrývaly. U vhodně koncipovaného LED osvětlení by měly být rozestupy mezi LED čipy v rozmezí 3-9 cm, přičemž menší rozestupy je vhodné volit pro LED osvětlení s méně výkonnými čipy (3 cm pro 0.5-1W čipy), a větší rozestupy pro více výkonné čipy (5 cm pro 2-3W Cree XP-G2, 7-9 cm pro 5W XM-L)* → jako ideální (pro rostlinná akvária) se zdají být čipy provozované při 700mA (2W XP-G2) s rozestupy 5 cm (rozestupy mezi jednotlivými čipy i mezi jednotlivými řadami čipů by měly být pokud možno stejné).

    * Když mluvím o 2W čipech Cree XP-G2, myslím tím 5W čipy Cree XP-G2 provozované na 700mA (2W);
    a podobně když mluvím o 5W čipech Cree XM-L, myslím tím 10W čipy Cree XM-L provozované na 1000mA (3W).


    Nepodceňujte optiku → 60L akvárium (60x35x30 cm), LED čipy 50 cm nad substrátem → optika 120° vs. 60°

    Většina prodávaných LED čipů má vyzařovací úhel 120°, takže pokud u nich nepoužijete žádné čočky, unikne většina světla mimo akvárium (podobně jako v případě zářivek bez reflektorů) → viz obrázek vlevo. Přestože tedy např. LED čipy Cree XP-G2 mají při napájení 700mA světelný tok 270 lm, převážná většina světla se při úhlu 120° zbytečně vyplácá. Používat tedy LED čipy s vyzařovacím úhlem 120° bez přídavných čoček je v podstatě stejné, jako používat zářivky bez reflektorů → v obou případech se jedná o naprosto neekonomické řešení. U malých akvárií může stačit k rovnoměrnému osvícení dna jen jedna řada LED čipů → viz obrázek uprostřed. Většinou je ale lepší použít LED čipy umístěné v několika řadách, tak aby světlo dopadalo do všech koutů akvária (i do horních rohů) → viz obrázek vpravo.
    Pozor: Většina vyzařovaného světla se soustředí do vnitřního průměru světelného kuželu (tj. do polovičního úhlu světelného kuželu). To znamená, že pokud použijeme 60° optiku, většina světla bude soustředěna v kuželu o úhlu 30° (za touto hranicí bude intenzita světla rapidně klesat).

    Pohled shora → Akvárium 60x40 cm, světlo 50 cm nad substrátem, 2 řady LED čipů, světelný tok jedné LED 126 lm, optika 60°, rozestupy mezi LED čipy 5 cm

  3. Zjistěte, kolik řad LED čipů bude třeba použít k rovnoměrnému pokrytí plochy dna světlem
  4. 84 cm = Vnější Ø světelného kuželu [u dna] jedné LED umístěné 60 cm nad substrátem
    38 cm = Vnitřní Ø světelného kuželu [nejjasnější část]
    30 cm = šířka akvária [od přední stěny k zadní]
    1.26 = poměr 'rozptylu světla' a 'šířky akvária' [38/30]ideální poměr = 0.67 až 0.75

    Jedna řada LED čipů je až až.

  5. Zjistěte, kolik LED čipů bude třeba použít na jednu řadu
  6. 40 cm = délka jedné řady LED čipů [60-(2*10)][délka rampy/chladiče = délka akvária mínus 10 cm z každé strany]
    7 ks = počet LED čipů v jedné řadě [40/5-1][délka rampy děleno rozestupy mezi čipy; první čip je osazen 5 cm od kraje rampy]
    7 ks = celkový počet čipů (na celém chladiči) [7/1][počet čipů na jedné rampě krát počet řad]

    Upozornění: Při konstrukci LED osvětlení není dobré používat mezi čipy větší rozestupy než zhruba 5-7 cm (to platí především pro světlo, které bude zavěšené níže nad substrátem).

  7. Vyberte si správný chladič
  8. Pokud budete chtít svým LED čipům zajistit co nejdelší život, pořiďte si kvalitní hliníkový žebrovaný chladič, na který si pak přimontujte větráčky, jež pomohou držet teplotu chladiče (i čipů) na přijatelné úrovni. Pokud navíc budete mít chladič relativně blízko vodní hladiny, použijte krycí sklo (některé chladiče mají dole drážky, do kterých se dá zasunout plexisklo).

  9. Připevněte čipy na chladič
  10. Na spodní stranu hvězdic s čipy naneste malé množství lepidla nebo teplovodivé pasty, a čip pak přilepte nebo přišroubujte k chladiči. Použitého lepidla nebo pasty by mělo být opravdu jen malé množství, aby se mezi čipy a chladičem vytvořila co nejtenčí teplovodivá vrstvička.

  11. Přilepte na čipy čočky
  12. K přilepení čoček na hvězdici s čipem bych doporučoval použít termální lepidlo (např. Arctic Alumina), případně můžete použít jakoukoli jinou syntetickou epoxidovou pryskyřici. Nepoužívejte sekundová lepidla (= kyanoakryláty běžně prodávané pod značkami Super Glue, Kryzy Glue, Bolt, Vteřiňák apod.). Až budete lepit čočky na hvězdici, doporučoval bych nejprve přiložit čočku na LED, a teprve pak ji kolem dokola oblepit lepidlem (nanášet lepidlo na spodní část kuželu čočky není příliš dobrý nápad, protože tím by se mohlo lepidlo dostat i na čip).

    Tip: Protože prakticky všechna kvalitní termální lepidla jsou dvousložková, a je tak třeba obě části před samotnou aplikací dobře promíchat (nejlépe na samostatné plastové nebo kovové destičce → nikdy ne přímo na povrchu, který lepíte!), jejich nanášení kolem čočky může být dost problematické. Co se mi osvědčilo, je nanášet lepidlo pomocí párátka (stačí ho máznout jen na pár míst kolem čočky).

  13. Pomocí kabelů propojte jednotlivé LED čipy
  14. Elektrický proud je nebezpečný. Pokud nemáte žádné zkušenosti se zapojováním elektrických obvodů, měli byste požádat o pomoc nějakého zkušeného elektrikáře. Při špatném zapojení může dojít nejen ke spálení všech elektronických součástek, ale i k ohrožení vašeho života nebo zdraví.

    Přestože lze jednotlivé čipy zapojit i paralelně, u většiny sestav se používá zapojení sériové (tj. zapojení v řadě za sebou).
    Schéma sériového zapojení čipů je vidět na obrázku.

    Klasické LED čipy je třeba k sobě připájet pomocí cínu (k tomu je samozřejmě zapotřebí pájka). Před samotným připájením (letováním) kabelů se doporučuje jednotlivé kontakty na čipech i konečky kabelů pocínovat. Veškeré cínování a pájení na čipech je zapotřebí provádět velmi opatrně a rychle, aby nedošlo k poškození čipů v důsledku vysoké teploty, která samozřejmě při pájení vzniká. Pamatujte vždy na to, že největším nepřítelem čipů je vysoká teplota.

    Nepájené LED čipy (angl. solderless LEDs) k sobě stačí připojit pomocí propojovacích kabelů, aniž byste museli spoje letovat. Tento způsob propojení čipů je vhodný pro všechny, kteří nemají zkušenosti s pájením. Je ale nutné si k tomu zakoupit speciální nepájené LED čipy, které jsou zpravidla dražší než klasické hvězdicové čipy.

  15. Připojte k soustavě správný proudový zdroj (a volitelně i napěťový zdroj a/nebo ovladač)
  16. Pokud vám stačí mít jednoduché LED osvětlení bez stmívání, tak vám stačí k LED čipům připojit už jen vhodný proudový zdroj (např. Meanwell LPC-35-700), a ten pak zapojit do zásuvky.

    Pokud budete chtít dokonalé stmívatelné osvětlení, pak si vyberte vhodný proudový zdroj (např. Meanwell LDD-700 nebo Meanwell LDD-1000), který připojte k LED čipům. K proudovému zdroji pak připojte vhodný napěťový zdroj (např. LPV-100-48 nebo SP-150-48), který pak zapojíte do zásuvky. A nakonec k proudovému zdroji připojte ještě nějaký kvalitní automatický ovladač, který bude pomocí PWM signálu řídit proudový zdroj a tím i intenzitu osvětlení (např. Storm-X LED Controller). Přesné propojení jednotlivých zdrojů a ovladače se může u různých výrobků lišit, a konkrétní postup zapojení najdete zpravidla v návodu k ovladači.

  17. Rozmyslete si, jak světlo (chladič s čipy) připevníte nad akvárium věšák vs. ležák
  18. Hotové LED osvětlení můžete buď položit na nějakou podpůrnou kontrukci (např. nožičky opřené o stěny akvária), nebo ho zavěsit na závěsná lanka. LED osvětlení nikdy nepokládejte přímo na krycí sklo akvária, protože pokud sklo praskne, světlo vám spadne rovnou do akvária. Osvětlení byste měli samozřejmě chránit proti styku s vodou, a také proti vlhkosti (buď pomocí krycího či ochranného skla, nebo jeho zavěšením výše nad hladinu akvária).

  19. Otestujte to
  20. 24W RapidLED Solderless Kit → 70 cm nade dnem akvária 38x38x43cm
    24W RapidLED Solderless Kit → 60 cm nade dnem akvária 60x30x35cm

Užitečné odkazy

Obrázky komerčních výrobků převzaty z webových stránek nebo materiálů výrobců; ostatní obrázky a zdrojové soubory použity s laskavým svolením autorů.