Consumo de energía de tiras de LED RGB

Esta guía le ayudará a estimar el consumo de energía de su configuración de LED. He tratado de mantenerlo lo más sencillo y sencillo posible, por un lado, pero por otro lado no quería limitarlo solo a tiras específicas. Por lo tanto, esta guía le mostrará cómo puede calcular los requisitos de potencia mínima para su fuente de alimentación no solo para tiras RGB de tipo analógico en tres tamaños de paquete diferentes, sino también para tiras WS2812B direccionables. Para una mejor comprensión, también he incluido algunos ejemplos.

Módulos LED SMB

La variedad de módulos de Dispositivos montados en superficie (SMD) para LED es enorme, donde cada módulo se distingue por la dimensión geométrica del paquete LED. En esta guía, analizaremos los paquetes 3528, 5050 y 5630 más utilizados, que se resumen en la siguiente tabla.

Paquete LED Dimensiones Chip de Superficie Corriente por Canal Caída de Tensión
3528 3.5 mm x 2,8 mm 9.8 mm2 7 a 10 mA 2.8 – 3.4 V
5050 5.0 mm x 5.0 mm 25 mm2 20 mA 2.8 – 3.4 V
5630 5.6 mm x 3.0 mm 16.8 mm2 50 mA 2.8 – 3.4 V

puede observarse, que la 5630 paquete tiene el más alto consumo de energía. En general, un mayor consumo de energía también conduce a una mayor intensidad de salida de iluminación para los led. Por lo tanto, ordenar los paquetes anteriores teniendo en cuenta su rendimiento de brillo de salida 3528 < 5050 < 5630. Tenga en cuenta que el dibujo actual en la tabla anterior se da por canal. Si considera los tres canales de un LED RGB, debe multiplicar el consumo de corriente por tres. Además, tenga en cuenta que los sorteos actuales reales pueden diferir de un fabricante a otro.

Tiras RGB

Antes de poder calcular el consumo de energía de una tira de LED dada, necesitamos distinguir entre tiras de LED direccionables y no direccionables, porque no solo difieren en el voltaje de funcionamiento, sino también en el cableado de cada LED. En comparación con las tiras de LED no direccionables, las tiras de LED WS2812 o WS2812b permiten ajustar el color de cada LED en la tira individualmente.

Tiras no direccionables

Las tiras de LED RGB de tipo analógico agrupan principalmente tres led serie en un segmento y disponen cada segmento eléctricamente en paralelo, lo que resulta en un voltaje de funcionamiento de aproximadamente 12 V. Debido a esta estructura, cada segmento consume una potencia de U_v \cdot I_{ch} por canal, donde U_v = 12V es el voltaje de funcionamiento y I_{ch} representa una extracción de corriente de la tabla anterior. Sea N el número de segmentos de una tira de LED RGB dada, entonces su consumo total de energía para los tres canales se puede calcular con

P = 3 \ cdot N \ cdot U_v \cdot I_{ch}.

Si desea calcular el consumo de energía para una tira de LED de un solo color, simplemente puede soltar la multiplicación por 3 en la fórmula anterior.

Echemos un vistazo a dos ejemplos.

Ejemplo 1) Tira de 5 m 5050 con 150 ledes RGB

En este primer ejemplo, quiero mostrarle dos formas de calcular el consumo de energía general. El primer enfoque simplemente considerará la cantidad de LED en la tira para calcular el consumo de energía. El segundo enfoque le mostrará cómo puede calcular un consumo de energía por metro.

1a) Podemos derivar el número de segmentos dividiendo la cantidad de led por 3, lo que produce N = 150 / 3 = 50 segmentos. Con una tensión de funcionamiento de U_v = 12V y un consumo de corriente por canal de I_{ch} = 20mA, el consumo de energía total se puede calcular con

P = 3 \cdot 50 \cdot 12V \cdot 20mA = 36W.

1b) Para calcular el consumo de energía de la tira por metro, tenemos que derivar el número de segmentos por metro de antemano. Para lograr esto, simplemente dividimos la cantidad de LED por la longitud de la tira y obtenemos el número de LED por metro como 150 / 5 = 30. Dividiendo por tres rendimientos N = 30 / 3 = 10 segmentos por metro. Con esto, el consumo de energía por metro se puede calcular con 3 \cdot 10 \cdot 12V \cdot 20mA = 7.2 W/m. Eventualmente, el consumo de toda la tira se puede calcular multiplicando por su longitud, produciendo

P = 7.2W /m \ cdot 5m = 36W,

que concuerda con nuestro resultado en 1a).

La razón por la que quería demostrarle el segundo enfoque, es porque es especialmente útil al considerar la pregunta, cuánto de la tira puede correr con una fuente de alimentación dada.

Ejemplo 2) Tira de 5m 5630 con 150 ledes RGB

De forma análoga al ejemplo anterior, primero determinamos el número de segmentos dividiendo el número de ledes por 3, obteniendo N = 150 / 3 = 50 segmentos. Con una tensión de funcionamiento de U_v = 12V y un consumo de corriente por canal de I_{ch} = 50mA, el consumo de energía total se puede calcular con

P = 3 \ cdot 50 \ cdot 12V \cdot 50mA = 90W.

Tiras direccionables (WS2812/WS2812b)

A diferencia del método de segmentación para tiras de LED de tipo analógico, donde tres LED se agrupan en un segmento, en tiras direccionables cada LED debe alimentarse individualmente para permitir que cada LED RGB brille en su color configurado. Además, en las tiras WS2812 / WS2812b, cada LED RGB está equipado con su propio controlador y todos los LED están alineados eléctricamente en paralelo. Por un lado, esto permite una tensión de funcionamiento reducida de U_v = 5V, pero por otro lado, tales tiras necesitan una corriente general más alta en comparación con las tiras LED RGB de tipo analógico con un consumo de energía similar.

Todas las tiras WS2812 / WS2812b utilizan paquetes de LED RGB 5050, lo que significa que cada LED RGB tiene un consumo de corriente máximo de I_{ch} = 20mA de acuerdo con la tabla anterior. Al igual que el anterior, estamos buscando el consumo de energía general de una tira dada a pleno brillo en blanco. Consideremos una tira direccionable con N led. Entonces es máximo. el consumo de energía para los tres canales se puede calcular con

P = 3 \ cdot N \ cdot U_v \cdot I_{ch}.

Ejemplo 1) Tira WS2812b de 5 m con 150 ledes RGB

Con un voltaje de funcionamiento de U_v = 5V, un consumo de corriente de I_{ch} = 20mA por LED y por canal, y una cantidad de N = 150 ledes, el máx. el consumo de energía de la tira se puede calcular como

P = 3 \ cdot 150 \ cdot 5V \ cdot 20mA = 45W.

Tenga en cuenta que la fuente de alimentación debe ser capaz de entregar hasta

I_{max} = 3 \ cdot 150 \ cdot 20mA = 9A.

Ejemplo 2) Tira WS2812b de 5 m con 240 ledes RGB

En analogía con el ejemplo anterior, el máx. el consumo de energía de esta tira se puede calcular considerando la cantidad diferente de N = 240 LED, lo que produce

P = 3 \cdot 240 \cdot 5V \cdot 20mA = 72W.

Tenga en cuenta que la fuente de alimentación debe ser capaz de entregar hasta

I_{max} = 3 \cdot 240\cdot 20mA = 14.4 A.

Consejos adicionales

Los siguientes consejos deben ayudarlo en su viaje a través del mundo LED.

Fuente de alimentación

Al elegir una fuente de alimentación adecuada para su configuración, debe ser capaz de proporcionar al menos el consumo de energía calculado con las fórmulas anteriores, asumiendo que desea poder alimentar su configuración a pleno brillo durante un largo período de tiempo. Si su configuración no requiere esta función, entonces también podría reducir la potencia que debe proporcionar su fuente de alimentación. Sin embargo, tenga en cuenta que, en este caso, su fuente de alimentación se sobrecargará cada vez que intente ejecutar sus tiras a pleno brillo. Muchas fuentes de alimentación nuevas vienen con una protección contra sobrecorriente, por lo que generalmente no es gran cosa, pero definitivamente puede reducir la vida útil de ambos, su suministro y sus tiras.

Tip

En lugar de instalar una fuente de alimentación grande para su configuración, piense en conducir la carga con múltiples fuentes de alimentación más pequeñas, cada una de ellas conduciendo un segmento de su configuración.

Caída de tensión

Si experimenta una caída de tensión en sus tiras RGB debido a su longitud (lo que resulta en una pérdida de brillo de los LED RGB hacia el final de la tira), o para tiras RGB de más de 5 m, recomiendo usar amplificadores RGB después de cada parte de 5 m para evitar tales gradientes de brillo no deseados hacia el final de las tiras.

Refrigeración pasiva/activa

Tenga en cuenta que, en general, cuanto mayor sea el consumo de energía en relación con la longitud de las tiras, mayor será su temperatura. Si observa que sus tiras se están calentando demasiado, intente pegarlas en un material más termoconductor, como el aluminio, por ejemplo. Este enfriamiento pasivo adicional a través de la distribución de calor es suficiente en la mayoría de los casos.

Advertencia

Además, no olvide que su fuente de alimentación también produce calor. No coloque la fuente de alimentación en una caja cerrada. Planifique salidas de calor y, si es necesario, refrigeración activa.

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