Placas de circuito impresso (PCBs) para iluminação subaquática e de piscinas com LEDs: Placas encapsuladas IP68, drivers de baixa tensão e dispositivos de segurança.

A iluminação subaquática representa o problema de vedação mais crítico em toda a indústria de iluminação. Uma luminária para piscina, fonte ou lago fica permanentemente submersa, às vezes sob pressão, frequentemente em água tratada quimicamente ou salgada, e conduz eletricidade para um ambiente repleto de nadadores. Duas falhas são inaceitáveis: a água atingir os componentes eletrônicos e a eletricidade atingir a água. Ambas são determinadas pela forma como as placas são construídas e protegidas.

A Highleap Electronics é uma fábrica completa de fabricação de PCBs multicamadas e montagem de placas , e a eletrônica submersível de baixa tensão, totalmente selada, é exatamente o tipo de projeto exigente para o qual nossas linhas de encapsulamento e impermeabilização existem. Fabricamos o módulo de LED, o driver de baixa tensão e qualquer placa de controle de cor, e os selamos para suportar imersão permanente. Este guia aborda a impermeabilização e a engenharia de segurança exigidas para iluminação subaquática, além de como fazer seu pedido. A categoria completa está em nossa página de placas de circuito para iluminação LED.

Resposta rápida: Uma luminária subaquática ou para piscina deve manter a água longe dos componentes eletrônicos e a eletricidade longe da água — o que significa um módulo de iluminação totalmente encapsulado com classificação IP68 e uma fonte de alimentação SELV de baixa tensão (normalmente 12 V). A Highleap Electronics fabrica e monta placas submersíveis totalmente encapsuladas com construção resistente à corrosão, drivers de baixa tensão e controle de cores RGBW, todas seladas e testadas para imersão permanente, com pedido mínimo de 1 unidade e orçamento em 24 horas.

Por que a iluminação subaquática é o trabalho de vedação mais difícil em iluminação?

A maioria das luminárias externas precisa resistir à chuva. Já as luminárias subaquáticas precisam resistir à submersão permanente, o que representa um problema de outra categoria. A água é implacável: encontrando qualquer caminho — um furo minúsculo no revestimento, uma fresta na entrada de um fio, uma microfissura na vedação — ela chegará aos componentes eletrônicos ao longo de meses ou anos. A água da piscina contém cloro ou sal que ataca os metais, e luminárias mais profundas exercem pressão hidrostática que força a água através de qualquer ponto frágil.

Além do problema de vedação, existe uma questão de segurança que a iluminação comum jamais enfrenta: há pessoas na água. Isso faz com que o projeto elétrico seja uma questão de segurança vital, exigindo operação em baixa tensão e isolamento adequado. Uma luminária subaquática é, portanto, definida por duas disciplinas de engenharia — vedação total e segurança elétrica — e ambas são decididas no nível da placa e da proteção, razão pela qual se trata de um trabalho especializado, e não de uma versão à prova d'água de uma luminária comum.

Impermeabilização e envasamento para submersão permanente

Selar uma placa para imersão permanente é fundamentalmente diferente de torná-la resistente à chuva, e vale a pena entender a abordagem em detalhes, pois é aí que as instalações subaquáticas têm sucesso ou fracassam.

IP68, e não apenas IP65. A classificação de proteção contra ingresso (IP) descreve a capacidade de uma caixa de impedir a entrada de água. IP65 significa proteção contra jatos de água — adequado para uma luminária de parede externa. Luminárias subaquáticas precisam de IP68: proteção contra imersão contínua a mais de um metro de profundidade, até a profundidade e duração especificadas pelo fabricante (as normas para piscinas exigem que o conjunto selado mantenha uma resistência de isolamento superficial da ordem de 100 MΩ·cm após submersão prolongada). Essa classificação é obtida pela construção, e a placa é o núcleo dela:

• Envasamento completo / encapsulamento — em vez de depender apenas de uma caixa selada, a própria placa é encapsulada em um composto de vedação, de forma que, mesmo se a caixa for rompida, os componentes eletrônicos permaneçam selados em material sólido. Essa é a essência do nosso produto. PCB à prova d'água Construção para acessórios submersíveis.
• Seleção de composto para envasamento — Os compostos de epóxi, poliuretano e silicone apresentam vantagens e desvantagens em termos de dureza, condutividade térmica, flexibilidade e adesão. A escolha depende da carga térmica da peça, da composição química da água e da necessidade de o material de encapsulamento se flexionar com a temperatura; selecionamos o material de acordo com a aplicação, em vez de optar por um único material por padrão.
• Entrada de fios e conectores — O caminho de vazamento mais comum é pela entrada do cabo de alimentação. O encapsulamento e as buchas de vedação são projetados para que a entrada do cabo seja tão estanque quanto o corpo do produto, pois mesmo uma carcaça perfeita com uma entrada de cabo com vazamento ainda pode inundar.
• Encapsulamento sem vazios — Os espaços vazios no vaso retêm a umidade e criam pontos fracos; controlamos o processo de envasamento para eliminá-los.

Pressão e dissipação térmica na água. Dois outros fatores moldam o projeto. Instalações mais profundas — fontes, lagos, elementos arquitetônicos — enfrentam pressão hidrostática que aumenta com a profundidade, portanto, o encapsulamento deve resistir a essa pressão sem delaminar. Ao mesmo tempo, estar submerso é termicamente vantajoso se o projeto explorar essa característica: a água é um excelente dissipador de calor, muito melhor que o ar, então um motor revestido e encapsulado que conduz o calor através do encapsulamento para a carcaça e para a água pode funcionar a temperaturas mais baixas do que a mesma instalação no ar — desde que o encapsulamento seja escolhido para conduzir calor em vez de isolar. Garantir esse caminho de calor adequado através de um composto de encapsulamento sólido é um verdadeiro desafio de projeto, e é uma das razões pelas quais os motores subaquáticos são construídos de forma diferente dos motores a seco.

Como a vedação é uma propriedade de toda a instalação — placa, encapsulamento, alojamento e entrada de cabos, tudo precisa ser estanque em conjunto — construir a placa e fazer o encapsulamento em uma única instalação é a única maneira de garantir que foram projetados como um sistema selado único, em vez de serem montados e esperar que funcionassem sem planejamento prévio.

Segurança elétrica de baixa tensão para água

A segunda disciplina é a segurança elétrica e, como os nadadores compartilham a água, ela é inegociável. Todo o projeto elétrico é construído em torno da manutenção de tensões perigosas longe das pessoas.

Operação em baixa tensão SELV. A iluminação subaquática e de piscinas funciona com tensão extrabaixa de segurança — normalmente 12 V, às vezes 24 V — em vez da tensão da rede elétrica. As normas definem um limite de contato de baixa tensão (de acordo com o NEC dos EUA, 15 V CA RMS ou 30 V CC em contato úmido; o Artigo 680.23 do NEC rege as luminárias subaquáticas e a norma IEC 60364-7-702 abrange piscinas internacionalmente), e permanecer abaixo desse limite significa que, mesmo com uma falha e contato com água, a tensão não pode causar um choque perigoso. Isso influencia o projeto da placa:

• Motor leve de baixa tensão — o conjunto de LEDs é configurado para funcionar com a fonte de alimentação SELV, o que altera o projeto da string e da corrente em comparação com uma luminária conectada à rede elétrica.
• Conversão isolada de baixa tensão — um transformador de isolamento de segurança ou isolado Conversor DC-DC O dispositivo de baixa tensão é separado da rede elétrica, de modo que não haja caminho elétrico da rede para a água. Esse isolamento é a barreira de segurança e é uma responsabilidade do projeto em nível de diretoria.
• O motorista vive em local seco, o motor vive em local molhado. — na maioria dos sistemas motorista e a conversão de rede elétrica para SELV fica em um compartimento remoto e seco, e apenas o motor selado de baixa tensão fica submerso. Nós construímos ambas as placas e projetamos a divisão entre elas.

Dispositivos e normas de proteção. Além da baixa tensão, as instalações de piscinas e fontes são regidas por normas elétricas que abrangem a proteção contra falhas de aterramento (GFCI na América do Norte, RCD segundo a norma IEC) e as zonas ao redor da água. Como o afogamento por choque elétrico é um risco real em níveis de corrente alternada surpreendentemente baixos, o isolamento e a baixa fuga de corrente são levados a sério, mesmo que uma luminária SELV certificada, alimentada por um transformador de isolamento, seja frequentemente isenta de GFCI em seu secundário de baixa tensão. Embora o dispositivo de proteção faça parte da instalação, o projeto da placa da luminária deve ser adequado a ele: baixa fuga de corrente, isolamento apropriado e um comportamento em caso de falha que acione a proteção de forma limpa, em vez de energizar a água. Projetamos a arquitetura de baixa tensão e isolamento para que a luminária seja segura por construção e compatível com a proteção exigida pela instalação.

É por isso que a iluminação subaquática não pode ser tratada como uma iluminação comum com vedação extra. A configuração de baixa tensão, a barreira de isolamento e o comportamento em caso de falha são projetados nas placas desde o início — e construir o motor e o conversor/driver juntos é o que garante que a barreira de segurança esteja completa, em vez de dividida entre fornecedores que presumem que o outro cuidou disso.

As tábuas dentro de uma piscina ou instalação subaquática

Um sistema completo de iluminação subaquática é um conjunto de várias placas dividido entre áreas secas e molhadas, e nós o construímos por completo:

• motor leve submerso — um encapsulado completo, de baixa voltagem núcleo de metal Placa com os LEDs, selada segundo a norma IP68.
• Conversão remota de motorista e SELV — um local seco motorista com conversão isolada de baixa tensão que alimenta o motor submerso com segurança.
• Placa de controle de cores — para luminárias RGB/RGBW, um controlador (geralmente instalado em local seco) que controla a cor e os efeitos; um LED de alta densidade Projeto que envolve muitos canais.
• Controle sem fio ou com fio — para sistemas de piscina controlados por aplicativo ou painel, uma interface de controle que coordena vários dispositivos.

A separação entre placas submersas e secas, e a ligação segura de baixa tensão entre elas, é a decisão de projeto fundamental — e uma decisão que tomamos como um único sistema coordenado.

Placas de bilhar RGB, RGBW e com mudança de cor

A mudança de cor da luz é um dos grandes atrativos da iluminação moderna de piscinas e fontes, e adiciona canais à placa:

• Motores RGB e RGBW — Mistura de cores multicanal selada em dispositivo submerso.
• Efeitos endereçáveis — LEDs controlados individualmente para efeitos de perseguição, desvanecimento e shows sincronizados com múltiplas luminárias.
• Mistura de cores uniforme — Layout dos canais projetado para que a cor resultante da mistura seja uniforme em toda a água e na lente.
• Controle coordenado — o quadro de cores e o motorista são construídos em conjunto para que os efeitos funcionem perfeitamente em todos os dispositivos.

Os componentes eletrônicos de cor são selados de acordo com o mesmo padrão IP68 do motor de gravação de branco, sem comprometer a qualidade dos canais adicionais.

Corrosão, materiais e propriedades térmicas em água

A química da água ataca os materiais errados, por isso as placas submersíveis são construídas para resistir a ela. Tanto a água clorada da piscina quanto a água salgada aceleram a corrosão, então usamos acabamentos resistentes à corrosão, projetamos a placa para evitar pares galvânicos e combinamos a placa com um revestimento conformal de PCB sob o encapsulamento para uma segunda barreira. O projeto térmico explora a água como um dissipador de calor — conduzindo o calor através do encapsulamento para a carcaça e a água circundante — para que um motor submerso bem construído funcione em temperatura baixa. Os materiais, a resistência à corrosão e o caminho do calor na água são todos adequados ao tipo de água durante a revisão de DFM (Design for Manufacturing).

Visão geral das capacidades das placas de circuito impresso subaquáticas e para piscinas

A tabela resume o que oferecemos em placas de iluminação submersíveis:

A vedação, a voltagem e a configuração de cores são ajustadas à profundidade da luminária, ao tipo de água e aos requisitos de efeito durante a análise gratuita de projeto para fabricação (DFM).

Por que uma única fábrica para eletrônicos subaquáticos selados?

A iluminação subaquática falha nas junções — entre a placa e o encapsulamento, entre a carcaça e a entrada do cabo, entre o motor e a barreira de isolamento que mantém a água segura. Cada uma dessas junções é um ponto de integração, e os pontos de integração são exatamente onde placas de fornecedores diferentes e encapsulamento terceirizado permitem a passagem de água ou tensão.

A Highleap Electronics fabrica o motor submerso e o driver seco, realiza o encapsulamento IP68 internamente, projeta o isolamento SELV como um sistema de segurança integrado e testa a estanqueidade do resultado, com pedido mínimo de 1 unidade, para que você possa validar a luminária antes da produção em larga escala. Envie os requisitos de profundidade da luminária, tipo de água e cor para nossa equipe de montagem de PCBs para um orçamento em 24 horas. O projeto térmico para uso subaquático e a vedação são tratados em um único projeto. Para luminárias de paisagismo adjacentes para locais úmidos, consulte nossa página de PCBs para iluminação de paisagismo.

Como encomendar — Arquivos, quantidade mínima e prazo de entrega

Para encomendar placas subaquáticas e para piscinas da Highleap Electronics, o primeiro passo é definir a profundidade da instalação, o tipo de água (clorada, salgada ou doce) e as cores desejadas. Todos os orçamentos incluem uma análise gratuita de Design para Fabricação (DFM), e o pedido mínimo é de uma única unidade, sem custo adicional para protótipos.

Que arquivos enviar?

• Fabricação de PCBs apenas — Arquivos Gerber RS-274X (todas as camadas de cobre, máscara de solda e serigrafia), arquivo de furação Excellon, contorno da placa na camada mecânica e notas de fabricação abrangendo substrato, dielétrico, espessura do cobre, acabamento superficial e cor da máscara de solda.
• Montagem de PCB (PCBA) — o acima mencionado, mais uma lista de materiais com os números de peça e quantidades do fabricante, e um arquivo Pick-and-Place (Centroid) para os componentes SMT.
• Eletrônica pronta para uso — além dos arquivos acima, incluindo arquivos mecânicos (STEP/DXF) para o dissipador de calor ou carcaça, detalhes da óptica ou lente, especificações do driver ou controle, firmware (se aplicável) e qualquer arte de marca ou embalagem. Caso algum arquivo esteja faltando, envie o que você tiver e nossa equipe de engenharia identificará as lacunas durante a revisão de DFM (Design for Manufacturing).

Quantidade mínima de encomenda e preços

• A quantidade mínima de encomenda é Unidade 1 Para fabricação e montagem, sem taxa adicional para protótipos.
• Descontos por volume para compras de 10, 50, 100, 500 e mais de 1,000 unidades.
• Guardamos seus arquivos para que pedidos repetidos não precisem ser orçados novamente o custo de engenharia.

Prazos de entrega

• Fabricação de PCB — Entrega padrão de 5 a 7 dias úteis; entrega expressa de 24 a 48 horas, sujeita à confirmação de disponibilidade.
• Montagem de PCB (PCBA) — De 7 a 12 dias úteis, incluindo a aquisição de componentes; 5 dias para entrega expressa de materiais em estoque.
• Módulos prontos para uso — Normalmente, de 12 a 18 dias úteis, dependendo do substrato, da proteção e do volume.
• Todos os prazos de entrega são confirmados em seu orçamento e começam a contar a partir da confirmação do pedido e da aprovação do arquivo.

Certificações e normas: Gestão da qualidade ISO 9001 , classificação de qualidade IPC Classe 2 e Classe 3 , inspeção óptica automatizada (AOI) e testes funcionais em todas as placas, com inspeção por raios X, teste de corrente contínua (ICT) e teste de envelhecimento acelerado (burn-in) disponíveis. Enviamos para mais de 40 países com rastreamento completo e fornecemos documentação de conformidade mediante solicitação. Para placas de circuito impresso (PCBs) para iluminação LED subaquática ou de piscinas, envie os arquivos Gerber, a lista de materiais (BOM), as instruções de encapsulamento, os requisitos de impermeabilização e as quantidades desejadas através do formulário de orçamento do site para que a Highleap Electronics possa analisar em conjunto os riscos de selagem, térmicos e de montagem.

Placa de circuito impresso (PCB) de LED para piscinas e uso subaquático — Perguntas frequentes

Qual é a classificação IP recomendada para a construção de luzes subaquáticas e para piscinas?

IP68 — proteção contra imersão contínua a mais de um metro de profundidade, até uma profundidade e duração que confirmamos para a luminária. Conseguimos isso encapsulando completamente a placa, de forma que os componentes eletrônicos permaneçam selados em um composto sólido mesmo se a carcaça for perfurada, com entrada de cabos selada (o caminho de vazamento mais comum) e encapsulamento sem vazios. IP65 ou IP67 são adequados apenas para respingos ou uso em águas rasas; a submersão permanente exige construção IP68.

Como garantir a segurança elétrica das luzes subaquáticas para nadadores?

Ao operar a luminária submersa em Tensão Extra Baixa de Segurança (SELV, na sigla em inglês), geralmente 12 V (tipicamente 12 V, às vezes 24 V) e isolá-la da rede elétrica com um transformador de segurança ou conversor CC-CC isolado , mesmo em caso de falha e contato com água, a SELV não pode causar choque elétrico perigoso. A conversão da rede elétrica para SELV e o driver geralmente ficam em um compartimento remoto e seco, e apenas o motor de baixa tensão selado fica submerso. Projetamos a barreira de isolamento e o comportamento em caso de falha para que a luminária seja segura por construção e compatível com a proteção GFCI/RCD exigida pela instalação.

As pranchas resistem à água clorada e salgada?

Sim. Utilizamos acabamentos resistentes à corrosão, projetamos o produto para evitar pares galvânicos que a água acelera e adicionamos um revestimento conformal sob o encapsulamento como uma segunda barreira. O composto de encapsulamento é selecionado de acordo com a composição química da água. Durante a análise de projeto para fabricação (DFM), selecionamos os materiais e a resistência à corrosão de acordo com o tipo de água em que a peça será exposta: água clorada de piscina, água salgada ou água doce.

Você fabrica luminárias para piscina RGBW e com mudança de cor?

Sim. Fabricamos motores de cores RGB, RGBW e endereçáveis, selados segundo o mesmo padrão IP68 dos equipamentos brancos, com um layout de canais projetado para uma mistura de cores uniforme através da água e da lente, e uma placa de controle de cores coordenada para que os efeitos funcionem perfeitamente em vários equipamentos. Os canais de cores adicionais são selados sem comprometer a impermeabilização.

Estar debaixo d'água ajuda no resfriamento?

Sim, se o projeto explorar isso. A água é um dissipador de calor muito melhor que o ar, então um motor submerso, cujo revestimento conduz o calor para a carcaça e para a água, pode funcionar a uma temperatura mais baixa do que o mesmo componente no ar — mas somente se o composto de revestimento for escolhido para conduzir calor em vez de isolar, e se o caminho do calor através do revestimento sólido for projetado cuidadosamente. Nós projetamos esse caminho de calor na água como parte da construção, em vez de deixá-lo ao acaso.