動手實作：LED 燈條製作第 1 部 – 打造家用櫥櫃燈

編輯註解：LED 照明是理想的 DIY 專案：既有趣、滿足需求又有成就感。此系列文章分為兩部分，第 1 部說明櫥櫃燈的實作方式。第 2 部則說明如何更換微波爐照明以配合色溫。

在既有的多種應用中，LED 正逐漸取代白熾燈與日光燈照明，但櫥櫃燈的選項卻明顯少很多。不過對 DIY 愛好者而言，表面黏著技術 (SMT) 的 LED 已預先焊接到長燈條，不僅體積小、輕盈且消耗的電力相對較低，因而是打造自訂照明應用的理想選擇。

LED 燈帶還有其他優點。由於燈條可輕鬆用鋒利的剪刀進行裁切，而且已事先黏上背膠，幾乎可以黏在任何地方，因此使用方便。另外，LED 使用 12 V 電源供應器驅動，因此使用上相當安全。

本文實際記錄動手實作專案，僅用一條 5 公尺長的 LED 燈條、一個 RF 遙控調光器、低電壓連接器以及 12 V 切換式電源供應器，即可打造家用廚房的櫥櫃燈。完成後的精巧照明系統，營造出明亮的流理台區域，不僅可實用地提高每天工作區的照明度，也相當美觀。

「親愛的，你可以...？」這是許多創客專案的由來

就像許多創客專案一樣，這個專案一開始也是在另一半的要求下誕生。在目前的住處中，缺少了像之前住處專門製作的櫥櫃燈，令人困擾。廚房流理台需要更多光線。先前的專案是在十幾年前開發的，當初要使用個別一英呎的密閉式 LED 燈條，每個燈條中的 LED 還要間隔約一英吋。

自訂照明控制器採用基於低成本微控制器的脈衝編碼調變 (PCM) 馬達控制板，內含承包商撰寫的特殊程式碼，代價 90 美元，更使用筆記型電腦的磚型電源變壓器供應必要的 12 V 電力。這套舊版系統的配線設計相當多餘，使用的電線和連接器能輸送的電流是所需電流的十倍。

十年過去，一切大不相同啊。

首先，目前有許多廠商都有提供現成的 LED 櫥櫃燈，且樣式眾多。調查後發現，這些照明可以分為兩類：

• 大型居家修繕店販售的低廉 LED 櫥櫃燈系統，因為內建的 LED 太少，無法提供明亮均勻的照明，而且也缺少好用的調光控制。
• 專業照明店販售的泛光燈雖然美觀，但是價格高昂。

對於工程師或創客而言，就是因為沒有價格合理的櫥櫃燈替代方案，所以成了理想的創客 DIY 專案，也是樂見其成的挑戰。

從 LED 開始

SMT LED 的出現，大幅提高了照明應用的可能性。LED 燈帶和燈條的問世是一項非常有意思的發展，例如 JKL Components 的 ZFS-155000-CW LED 撓性燈條，以五公尺燈條纏繞在捲筒上出貨 (圖 1)。此燈條寬 15 mm，上面裝有 1200 顆 LED。

圖 1：SMT LED 燈條 (如 JKL Components 的雙列 ZFS-155000-CW LED 撓性燈條)，可簡化自訂櫥櫃燈的設計工作。(圖片來源：JKL Components)

這類連續的 LED 燈條結合了雙列 SMT LED 與 SMT 電阻，只需一個簡單的 12 V 電源供應器即可點亮。此特定燈條上的雙列 LED 能產生的光是單列 LED 燈條的兩倍。此燈條由個別的撓性 LED 燈帶焊接在一起，組成一條長燈條。厚度相當薄，因此可達到小型、幾乎察覺不到的櫥櫃燈裝設效果。

這些燈條最棒的一點就是，只要拿一把剪刀就能裁切成指定長度。燈條上每 25 mm 就印有一個裁切記號，因此可靈活地從長燈條上裁切成不同尺寸的個別燈帶。本文討論的這個櫥櫃燈專案，使用的是自捲帶裁切而來的 90 cm 燈帶，而這個捲帶足以裁切出五條此長度的燈帶。這整整五公尺燈條的耗電量僅有 4.3 A，所以一條 90 cm 的燈條需要約 774 mA。就當作 1 A，以保留些空間。

LED 燈條基本賞就是撓性印刷電路板 (PC 板)。整條燈條上都佈有 12 V 電源走線，能供應電流給 SMT LED。燈條裁切後，兩邊會露出銅焊墊，可用來連接電線。銅焊墊可輕易焊接，不過焊接前務必先用焊劑將銅焊墊清乾淨。

由於兩邊都有焊墊，因此只要用幾條短電線就能輕鬆將燈帶與旁邊的燈帶連接。這項專案善用此特點，簡化了配線工作。

鋁基板提供眾多優點

LED 燈帶底面有黏膠，因此燈帶可以直接黏貼在櫥櫃下方。然而，這種作法有許多缺點：

• 如果因為 LED 故障而照明度降低，要更換直接黏在櫥櫃下方的燈帶並不容易。
• 如果燈帶直接黏在木製和塑膠櫥櫃上，LED 沒有散熱空間。
• 若裝在櫥櫃之間的間隙，LED 燈帶則沒有支撐。

利用鋁條作為個別 LED 燈帶的基板，這三個問題都能迎刃而解。這項專案用五條鋁條作為 LED 燈條基板，尺寸為 36 x 1.25 英吋，厚度約八分之一英吋。由於 LED　燈帶底面的絕緣主要由黏膠提供，鋁條上也貼了一英吋寬的琥珀色聚醯亞胺膠帶作為絕緣層，例如 3M 的 1205。這個作法提供額外的絕緣，可完全消除短路的可能性，而且如果需要更換時，也可輕鬆將 LED 燈條從鋁條上拆下。

安裝鋁條也需要一些思考。最簡單的作法就是在鋁條上鑽安裝孔。然而，為了避免下彎，需要多鑽幾個孔。這項專案的作法是使用已鑽孔的鋁擠型，搭配淺淺的 Z 字形橫切面，可當作鋁條的夾具。美術用品店有販售這種鋁擠型裝置，可當作重型負載的掛畫吊鉤，很非常適合本文所所述的應用。

選擇電源與調光方式

選好 LED 後，接下來是選擇電源。整捲 LED 消耗的電力不到 5 A，因此諸如 TDK-Lambda 的 LS75-12 12 V、75 W 電源供應器等小型切換式電源就綽綽有餘，甚至超過此專案的需求。此切換式電源具有高效率，代表不會產生太多熱。這一點很重要，因為電源供應器會安裝在廚房微波爐上方的櫥櫃裡並且包覆，並且共用同一個 AC 電源插座。

切換式電源供應器可提供可靠的 12 V 電力，卻沒有調光功能。十幾年前的舊版櫥櫃燈專案，調光得動用客製化設計。目前已經不像過去那麼複雜。現在已經有現成、適合 12 V 應用、低廉、使用就緒的遙控調光模組。

這裡就以 JKL Components 的 ZCTR-08 無線 LED 遙控器為例 (圖 2)。這個兩件式組合含有一個小型的直列 PWM 控制器，安裝在電源供應器和 LED 之間，另外還有一個小型的手持式 RF 控制模組，上面有開／關以及調光控制按鈕。

圖 2：ZCTR-08 是 RF 型 LED 遙控器，專為 12 V LED 照明系統調光而設計。(圖片來源：JKL Components)

由於這個控制器使用的是 RF，而非紅外線通訊，因此無需考量直視線，因此調光模組能安裝在櫥櫃內電源供應器的旁邊。

配線學問大

每間廚房的配置不同，因此每套櫥櫃照明系統需要不同的配線規劃。以這項專案來說，其中兩條 90 cm LED 燈帶會安裝在中央微波爐的一面，另外三條會安裝在另一面。電源供應器與調光模組則安裝在微波爐上方。

每個燈帶消耗不到 1 A，因此主配電系統的一個分支必須承載將近 2 A，而另一邊則須承載將近 3 A。因此，在配線規劃上需使用重負載纜線供電給裝置每一邊的各個接線盒。重負載纜線會引進到廚房一面牆壁對面櫥櫃下方安裝的接線盒中。輕負載纜線則會從接線盒引出，供電給廚房每一側的個別 LED 燈條。

在裝置的其中一側，兩條 LED 燈帶會以端對端的方式實體安裝，利用上述的 LED 燈帶內建配線特點，從燈帶的一端接到旁邊的燈帶，可省去從接線盒多接一段纜線線路。

電氣接線盒方面則用了兩個 Hammond Manufacturing 的 1590B 壓鑄鋁製外殼。此外殼很適合這類應用。體積小、堅固、價格低，而且使用手工具就可輕鬆鑽孔和加工。以步進鑽鑿出中型孔，可讓電源供應器的大纜線由此引入，在外殼一邊鑿出的小型孔，則可當作兩條小纜線的引出口，供電給 LED 燈帶 (圖 3)。外殼內的接線條可將大電纜接至兩條較小的配電纜線。

圖 3：Hammond Manufacturing 的 1590B 壓鑄外殼可當作簡單、容易使用的電氣配電盒。此圖顯示用螺栓固定在廚房櫥櫃底面的鋁製外殼。重負載纜線接至無線 LED 調光器模組，另外兩條較小的纜線則經由 JST 連接器供電給兩個 LED 燈帶。(圖片來源：Steve Leibson)

從整個系統的方塊圖來看，12 V 電源供應器連接到 LED 燈帶 (圖 4)。

圖 4：LED 照明專案的系統方塊圖指出從 12 V 電源供應器到 LED 燈條的完整系統配線圖。請注意，電源是從最左上的 LED 燈帶，依序供電給串聯的第二個 LED 燈帶。(圖片來源：Steve Leibson)

從電源供應器到配電箱的重負載電纜約 10 英呎長。為避免這段線路產生壓降，使用的是 12 線徑的紅色／黑色揚聲器電線。對於這個應用來說，這個作法太大材小用，但手邊剛好有這條電線。

從接線盒接到 LED 燈帶的這段線路則較為複雜。90 cm LED 燈帶採用容易更換的機械設計，也就是說，在電氣設計上也應該可以輕鬆用連接器拆卸再重新組裝。

兩個接線盒和 LED 燈帶之間的連接器，絕大多數承載不到 1 A，不過兩條串聯的 LED 燈帶需要一個將近 2 A 的連接器。這個專案需要可靠且經濟實惠的連接器，JST 的 RCY 系列具有 3 A 的電流額定值，完全勝任這些要求。此專案使用的纜線組件採用 JST SYR-02T RCY 連接器插座、SYM-001T-P0.6 公觸點、SYP-02T-1 RCY 連接器插頭和 SYF-001T-P0.6 母觸點。這些小巧的亮紅色連接器如上方的圖 3 所示。愛好者以及創客應用，就經常使用 JST 的 RCY 連接器進行低電壓電池的電力連接。

這類應用也常用例如 Adafruit 2880 纜線組這種可靠、經濟實惠、具有適當電流額定值的預接線連接器和纜線組件，來進行低電壓電池的電力連接。這些產品也很適合用在這個專案。

大放光明

鑽孔、使用螺栓固定所有元件，並且完成所有配線，需要花上整整一天的時間。但上述的這些規劃都值得，過程中幾乎沒有意外的難題要客服。整個裝置非常小巧，幾乎看不見。第一次按下 RF 遙控器的開／關按鈕時，全部五個 LED 燈帶隨即亮起，並且就如同規劃般的依照命令進行調光。

圖 5：完工後的照明系統提供明亮且均勻的照明，而且固定元件和電線幾乎都看不太出來。(圖片來源：Steve Leibson)

最棒的是：另一半非常滿意最終的結果。

結論

如以上所述，LED 燈條的用途廣泛，用非常小巧、容易實作的方式即可大放光明。如果需要距離較長的照明，LED 燈條是優秀的選擇。

此系列文章分為兩個部分，第 1 部使用的 LED 燈條是從 5 m 捲筒裁切成五段 90 cm 長的燈條而來。第 2 部會說明如何用剩餘的 LED 燈條來更換微波爐照明，使其配合除櫃燈的 LED 色溫。