Подводные и бассейные светодиодные платы: герметизированные платы IP68, низковольтные драйверы и средства безопасности.

Подводное освещение — самая сложная проблема герметизации во всей светотехнической отрасли. Светильник для бассейна, фонтана или пруда постоянно находится под водой, иногда под давлением, часто в химически обработанной или соленой воде, и подает электричество в среду, где купаются люди. Недопустимы две неисправности: попадание воды в электронику и попадание электричества в воду. Обе зависят от конструкции и защиты плат.

Компания Highleap Electronics — это полнофункциональный завод по изготовлению многослойных печатных плат и их сборке , и наши линии заливки и гидроизоляции предназначены именно для полностью герметичной низковольтной подводной электроники. Мы изготавливаем световой модуль, низковольтный драйвер и любые платы управления цветом, герметизируя их для обеспечения возможности постоянного погружения в воду. В этом руководстве рассматриваются требования к гидроизоляции и технике безопасности, необходимые для подводного освещения, а также порядок оформления заказа. Более подробная информация представлена ​​на нашей странице , посвященной печатным платам для светодиодного освещения.

Краткий ответ: Подводный или бассейный светильник должен быть защищен от попадания воды в электронику и электричества в воду — это означает, что он должен быть полностью герметичным источником света со степенью защиты IP68 и низковольтным источником питания SELV (обычно 12 В). Компания Highleap Electronics производит и собирает полностью герметизированные подводные платы с коррозионностойкой конструкцией, низковольтными драйверами и управлением цветом RGBW, все они герметичны и протестированы на постоянное погружение в воду, при минимальном заказе 1 шт. и с возможностью получения коммерческого предложения в течение 24 часов.

Почему герметизация подводных светильников — самая сложная задача в этой области?

Большинство уличных светильников должны выдерживать дождь. Подводные светильники должны выдерживать постоянное погружение, что представляет собой совершенно другую категорию проблем. Вода неумолима: при любом пути — через микроскопическое отверстие в покрытии, щель в месте ввода провода, микротрещину в уплотнении — она найдет путь к электронике в течение месяцев или лет. Вода в бассейне содержит хлор или соль, которые разрушают металлы, а более глубокие светильники создают гидростатическое давление, которое проталкивает воду через любое слабое место.

Помимо проблемы герметизации, существует проблема безопасности, с которой обычное освещение никогда не сталкивается: люди находятся в воде. Это делает электрическую конструкцию вопросом безопасности жизни и требует работы при низком напряжении и надлежащей изоляции. Таким образом, подводный светильник определяется двумя инженерными дисциплинами — полной герметизацией и электробезопасностью — и оба эти аспекта решаются на уровне печатной платы и защиты, поэтому это специализированная работа, а не водонепроницаемая версия обычного светильника.

Гидроизоляция и подготовка грунта для постоянного погружения в воду.

Герметизация доски для постоянного погружения в воду принципиально отличается от обеспечения ее водонепроницаемости, и стоит подробно разобраться в этом подходе, поскольку именно от него зависит успех или неудача подводных светильников.

IP68, а не просто IP65. Классы защиты от проникновения влаги описывают, насколько хорошо корпус предотвращает попадание воды внутрь. IP65 означает защиту от водяных струй — подходит для уличного настенного светильника. Подводные светильники должны иметь класс защиты IP68: защита от непрерывного погружения на глубину более одного метра, на глубину и на время, указанные производителем (стандарты для бассейнов предполагают, что герметичная конструкция должна сохранять сопротивление поверхностной изоляции порядка 100 МОм·см после длительного погружения). Этот рейтинг присваивается конструкцией, и плата является её основой:

• Полная заливка/инкапсуляция — Вместо того чтобы полагаться только на герметичный корпус, сама плата заключена в компаунд для заливки, так что даже если корпус будет поврежден, электроника останется герметично заключенной в твердый материал. Это и есть суть нашей системы. водонепроницаемая печатная плата конструкция для погружных светильников.
• Выбор заливочной массы — Эпоксидные, полиуретановые и силиконовые компаунды — каждый из них обладает определенными характеристиками: твердостью, теплопроводностью, гибкостью и адгезией. Выбор зависит от тепловой нагрузки светильника, химического состава воды и необходимости изменения температуры заливочного раствора; мы подбираем материал в зависимости от конкретного применения, а не ограничиваемся одним вариантом.
• Ввод проводов и разъемов — Наиболее распространенный путь протечки — это место ввода силового кабеля. Герметичные сальники и заливочные муфты сконструированы таким образом, чтобы место ввода кабеля было таким же водонепроницаемым, как и корпус, потому что даже в идеально герметичном корпусе с протекающим кабельным вводом все равно может произойти затопление.
• Инкапсуляция без пустот — Воздушные пустоты в грунте задерживают влагу и создают слабые места; мы контролируем процесс посадки, чтобы их устранить.

Давление и тепловые характеристики в воде. Два дополнительных фактора влияют на конструкцию. Более глубокие сооружения — фонтаны, пруды, архитектурные элементы — подвергаются гидростатическому давлению, которое возрастает с глубиной, поэтому герметик должен выдерживать это давление, не расслаиваясь. В то же время, нахождение под водой благоприятно с точки зрения теплоотдачи, если конструкция это использует: вода является отличным теплоотводом, гораздо лучше, чем воздух, поэтому двигатель с покрытием и заливкой, передающий тепло через заливочный материал в корпус и в воду, может работать при более низкой температуре, чем тот же самый двигатель на воздухе — при условии, что заливочный материал выбран таким образом, чтобы проводить тепло, а не изолировать его. Правильная организация теплопроводности через твердый заливочный компаунд — это настоящая задача проектирования, и это одна из причин, почему подводные двигатели строятся иначе, чем сухие.

Поскольку герметизация — это свойство всего устройства в целом: плата, заливка компаундом, корпус и кабельный ввод должны быть водонепроницаемыми, — изготовление платы и заливка компаундом на одном предприятии — единственный способ гарантировать, что они были спроектированы как единая герметичная система, а не собраны и рассчитаны на случай непредвиденных обстоятельств.

Электробезопасность при работе с водой при низком напряжении

Вторая дисциплина — электробезопасность, и поскольку пловцы находятся в одной воде с другими людьми, это не подлежит обсуждению. Вся конструкция электрооборудования построена таким образом, чтобы опасное напряжение не представляло угрозы для людей.

Работа от низкого напряжения SELV. Подводное и бассейновое освещение работает при сверхнизком напряжении безопасности — обычно 12 В, иногда 24 В — а не от сетевого напряжения. Нормы определяют предельный уровень напряжения на контакте (согласно американскому стандарту NEC, 15 В переменного тока RMS или 30 В постоянного тока при контакте с водой; статья 680.23 стандарта NEC регулирует подводные светильники, а стандарт IEC 60364-7-702 охватывает бассейны на международном уровне), и поддержание напряжения ниже этого уровня означает, что даже при неисправности и контакте с водой напряжение не может вызвать опасный удар током. Это определяет конструкцию платы:

• Низковольтный световой двигатель — Светодиодная матрица настроена на работу от источника питания SELV, что меняет конструкцию цепочки и потребляемый ток по сравнению со светильником, работающим от сети переменного тока.
• Изолированное низковольтное преобразование — защитный разделительный трансформатор или изолированный DC-DC преобразователь Это отделяет низковольтный светильник от сети, исключая электрический путь от сети к водопроводу. Такая изоляция является защитным барьером и входит в обязанности проектировщика на уровне печатной платы.
• Водитель живёт в сухом месте, двигатель — во влажном. — в большинстве систем водитель А преобразователь сетевого напряжения в SELV находится в сухом удаленном корпусе, и только герметичный низковольтный модуль погружен в воду. Мы производим обе платы и проектируем разделение между ними.

Защитные устройства и стандарты. Помимо низковольтных систем, установки в бассейнах и фонтанах регулируются электротехническими нормами, касающимися защиты от замыкания на землю (УЗО в Северной Америке, УЗО в соответствии с IEC) и зон вокруг воды. Поскольку утопление от поражения электрическим током представляет реальную опасность при удивительно низких уровнях переменного тока, изоляция и низкий уровень утечки воспринимаются серьезно, даже несмотря на то, что светильник SELV, сертифицированный и питаемый через разделительный трансформатор, часто освобождается от необходимости установки УЗО на низковольтной вторичной обмотке. Хотя защитное устройство является частью установки, конструкция платы светильника должна соответствовать ему — низкий уровень утечки, надлежащая изоляция и поведение при срабатывании защиты без утечки, а не при подаче напряжения на воду. Мы проектируем низковольтную и изоляционную архитектуру таким образом, чтобы светильник был безопасен по своей конструкции и совместим с защитой, требуемой установкой.

Именно поэтому подводное освещение нельзя рассматривать как обычное освещение с дополнительной герметизацией. Низковольтная конфигурация, изоляционный барьер и поведение при сбоях заложены в платы с самого начала — и именно совместная сборка модуля и преобразователя/драйвера гарантирует целостность защитного барьера, а не его разделение между поставщиками, каждый из которых предполагает, что этим занимался другой.

Доски внутри бассейна или подводного устройства

Полная система подводного освещения представляет собой комплект из нескольких плат, предназначенных для использования как в воде, так и на суше, и мы производим все эти компоненты сами:

• Подводный лёгкий двигатель — полностью герметизированный низковольтный металлический сердечник Плата со светодиодами, герметичная по стандарту IP68.
• Дистанционное управление драйвером и преобразование SELV — сухое местоположение водитель с изолированным низковольтным преобразователем, обеспечивающим безопасное питание подводного двигателя.
• Панель управления цветом — для светильников RGB/RGBW контроллер (часто размещаемый вне помещения), управляющий цветом и эффектами; светодиод высокой плотности проектирование, в котором задействовано множество каналов.
• Беспроводное или проводное управление — для систем управления бассейном с помощью приложения или панели, интерфейс управления, координирующий работу нескольких светильников.

Разделение между погруженными и сухими платами, а также безопасное низковольтное соединение между ними, является определяющим проектным решением — и мы принимаем его как единую скоординированную систему.

RGB, RGBW и изменяющие цвет доски для бильярда

Изменение цвета подсветки — одна из главных привлекательных особенностей современных систем освещения бассейнов и фонтанов, и это добавляет новые каналы в схему управления:

• RGB и RGBW движки — Многоканальное смешивание цветов, герметично запечатанное в погруженном в воду светильнике.
• Устранимые эффекты — Светодиоды с индивидуальным управлением для создания эффектов погони, затухания и синхронизированных многосветовых шоу.
• Равномерное смешивание цветов — Расположение каналов разработано таким образом, чтобы смешанный цвет был равномерным по всей толще воды и линзы.
• Скоординированное управление — цветовая палитра и водитель Они собраны таким образом, чтобы эффекты плавно воспроизводились на всех приборах.

Цветная электроника герметизирована по тому же стандарту IP68, что и белый модуль, без ущерба для дополнительных каналов.

Коррозия, материалы и тепловые процессы в воде

Химический состав воды негативно влияет на материалы, предназначенные для погружных двигателей, поэтому их конструкция рассчитана на сопротивление воздействию воды. Хлорированная вода в бассейне и соленая вода способствуют коррозии, поэтому мы используем коррозионностойкие покрытия, проектируем конструкцию таким образом, чтобы избежать гальванических пар, и используем конформное покрытие для печатных плат под заливкой в ​​качестве второго барьера. Тепловая конструкция использует воду в качестве теплоотвода — тепло передается через заливку в корпус и окружающую воду, — поэтому хорошо сконструированный погружной двигатель работает с низким нагревом. Материалы, коррозионная стойкость и путь передачи тепла в воде подбираются в соответствии с типом воды на этапе проектирования с учетом технологичности производства (DFM).

Краткий обзор возможностей печатных плат для подводного и бассейнового использования.

В таблице приведено краткое описание того, что мы предлагаем для подводных осветительных панелей:

В ходе бесплатного анализа DFM (проектирование для технологичности производства) параметры герметизации, напряжения и цветовой гаммы подбираются в соответствии с глубиной светильника, типом воды и требованиями к его воздействию.

Почему именно один завод по производству герметичной подводной электроники?

Подводное освещение выходит из строя в местах соединения — между платой и компаундом, между корпусом и кабельным вводом, между двигателем и изоляционным барьером, обеспечивающим защиту от воды. Каждый из этих швов является точкой соединения, и именно в этих точках соединения платы, приобретенные отдельно, и компаунд, закупленный у сторонних поставщиков, пропускают воду или напряжение.

Компания Highleap Electronics производит погружной двигатель и сухой драйвер, выполняет заливку компаундом IP68 собственными силами, разрабатывает систему изоляции SELV как единую систему безопасности и проводит испытания на герметичность при минимальном заказе 1 шт., чтобы вы могли проверить работоспособность светильника перед началом серийного производства. Отправьте требования к глубине светильника, типу воды и цвету нашей команде по сборке печатных плат для получения коммерческого предложения в течение 24 часов. Конструкция, обеспечивающая теплоотвод в воде , и герметизация выполняются в рамках одной задачи. Для аналогичных светильников для влажных помещений, представленных на нашей странице, посвященной печатным платам для ландшафтного освещения, см. соответствующую информацию.

Как сделать заказ — файлы, минимальный объем заказа и сроки выполнения.

Заказ подводных и бассейновых панелей управления от Highleap Electronics начинается с указания глубины установки, типа воды (хлорированная, соленая, пресная) и желаемого цвета. Каждое коммерческое предложение включает бесплатную проверку технологичности производства (DFM), а минимальный заказ составляет одну единицу без дополнительной платы за прототип.

Какие файлы отправить

• Изготовление печатных плат. — Файлы Gerber RS-274X (все слои меди, защитной пленки и шелкографии), файл сверления Excellon, контур платы на механическом слое и примечания по изготовлению, касающиеся подложки, диэлектрика, плотности меди, качества поверхности и цвета защитной пленки.
• Сборка печатной платы (PCBA) — вышеперечисленное, а также спецификация материалов с номерами деталей производителя и их количеством, и файл для установки компонентов поверхностного монтажа (Centroid).
• Электронные решения «под ключ» — вышеперечисленные файлы, а также файлы (STEP/DXF) для радиатора или корпуса, сведения об оптике или линзах, спецификации драйвера или системы управления, микропрограммное обеспечение (если применимо) и любые графические материалы для брендинга или упаковки. Если файлы отсутствуют, пришлите имеющиеся, и наша инженерная команда выявит недостающие файлы в ходе проверки DFM (проектирование для производства).

Минимальный заказ и цены

• Минимальный объем заказа составляет 1 блок Это касается как изготовления, так и сборки, без штрафных санкций за изготовление прототипа.
• Скидки за объем продаж действуют при заказе 10, 50, 100, 500 и более единиц.
• Мы сохраняем ваши файлы, поэтому при повторных заказах вам не придется заново рассчитывать стоимость инженерных работ.

Время выполнения заказа

• Изготовление печатных плат — Стандартный срок доставки: 5–7 рабочих дней; экспресс-доставка: 24–48 часов, в зависимости от наличия свободных мест.
• Сборка печатной платы (PCBA) — 7–12 рабочих дней, включая поиск комплектующих; 5 дней экспресс-доставки для комплектующих, имеющихся на складе.
• Модули «под ключ» — Обычно от 12 до 18 рабочих дней в зависимости от типа основания, защиты и объема.
• Все сроки выполнения заказа подтверждаются в вашем коммерческом предложении и отсчитываются с момента подтверждения заказа и утверждения документов.

Сертификаты и стандарты: система управления качеством ISO 9001 , качество изготовления IPC класса 2 и 3 , автоматическое оптическое облучение (AOI) и функциональное тестирование каждой платы, включая рентгеновское, ИКТ- и тестирование на выгорание. Мы осуществляем доставку в более чем 40 стран с полным отслеживанием и предоставляем документацию о соответствии по запросу. Для печатных плат светодиодных светильников для бассейнов или подводной съемки, пожалуйста, отправьте файлы Gerber, спецификацию материалов (BOM), примечания по заливке компаундом, требования к гидроизоляции и целевое количество через форму запроса на сайте, чтобы Highleap Electronics могла совместно оценить риски, связанные с герметизацией, тепловыми процессами и сборкой.

Часто задаваемые вопросы о печатных платах для светодиодных светильников для бассейнов и подводного освещения.

Какой степень защиты IP вы используете для светильников для бассейнов и подводного освещения?

IP68 — защита от непрерывного погружения на глубину более одного метра, на глубину и на время, которые мы подтверждаем для данного светильника. Мы достигаем этого за счет полного заливки платы компаундом , благодаря чему электроника остается герметичной даже при повреждении корпуса, а также благодаря герметичному вводу кабеля (наиболее распространенный путь утечки) и герметичной инкапсуляции без пустот. IP65 или IP67 подходят только для использования в условиях брызг или на небольшой глубине; для постоянного погружения необходима конструкция IP68.

Как обеспечить электрическую безопасность подводных светильников для купающихся?

За счет работы погружного светильника при безопасном сверхнизком напряжении (обычно 12 В, иногда 24 В) и изоляции его от сети с помощью защитного трансформатора или изолированного преобразователя постоянного тока , даже при неисправности и контакте с водой, сверхнизкое напряжение не может вызвать опасный удар током. Преобразователь напряжения из сети в сверхнизкое и драйвер обычно размещаются в сухом удаленном корпусе, и под водой находится только герметичный низковольтный двигатель. Мы проектируем изоляционный барьер и поведение при неисправностях таким образом, чтобы светильник был безопасен по своей конструкции и совместим с защитой GFCI/RCD, необходимой для установки.

Выдержат ли эти доски воздействие хлорированной и соленой воды?

Да. Мы используем коррозионностойкие покрытия, разработанные таким образом, чтобы избежать гальванических пар, ускоряемых водой, и добавляем конформное покрытие под заливочный раствор в качестве второго барьера. Заливочный состав подбирается с учетом химического состава воды. При оценке технологичности монтажа мы подбираем материалы и коррозионную стойкость в зависимости от того, будет ли светильник контактировать с хлорированной водой в бассейне, соленой водой или пресной водой.

Вы производите светильники для бассейнов с RGB-подсветкой и изменяющимся цветом?

Да. Мы производим RGB, RGBW и адресные цветовые модули, герметичные по стандарту IP68, как и белые светильники, с расположением каналов, разработанным для равномерного смешивания цветов в воде и под линзой, а также скоординированной платой управления цветом, обеспечивающей плавную работу эффектов на нескольких светильниках. Дополнительные цветовые каналы герметично защищены от влаги.

Помогает ли пребывание под водой охлаждаться?

Да, если это предусмотрено конструкцией. Вода гораздо лучше отводит тепло, чем воздух, поэтому двигатель, погруженный в воду, в котором заливочный материал передает тепло корпусу и в воду, может работать при более низкой температуре, чем тот же двигатель на воздухе — но только если заливочный состав выбран таким образом, чтобы проводить тепло, а не изолировать его, и если путь передачи тепла через твердый заливочный материал спроектирован целенаправленно. Мы проектируем этот путь передачи тепла в воде как часть конструкции, а не оставляем это на волю случая.