Stromverbrauch von RGB-LED-Streifen

Diese Anleitung hilft Ihnen bei der Schätzung des Stromverbrauchs Ihres LED-Setups. Ich habe versucht, es einerseits so geradlinig und einfach wie möglich zu halten, wollte es andererseits aber nicht nur auf bestimmte Streifen beschränken. Daher zeigt Ihnen diese Anleitung, wie Sie die Mindestanforderungen an die Wattleistung Ihres Netzteils nicht nur für analoge RGB-Streifen in drei verschiedenen Gehäusegrößen, sondern auch für adressierbare WS2812b-Streifen berechnen können. Zum besseren Verständnis habe ich auch einige Beispiele beigefügt.

SMB-LED-Module

Die Vielfalt der SMD-Module für LEDs ist riesig, wobei sich jedes Modul durch die geometrischen Abmessungen des LED-Gehäuses auszeichnet. In diesem Handbuch werden die am häufigsten verwendeten Pakete 3528, 5050 und 5630 erläutert, die in der folgenden Tabelle zusammengefasst sind.

LED-Gehäuse Abmessungen Chipoberfläche Strom pro Kanal Spannungsabfall
3528 3.5mm x 2,8mm 9,8mm2 7-10 mA 2,8-3,4 V
5050 5.0 mm x 5,0 mm 25 mm2 20 mA 2,8 bis 3,4 V
5630 5.6 mm x 3,0 mm 16,8 mm2 50 mA 2,8 bis 3,4 V

Es ist zu beobachten, dass das 5630-Gehäuse den höchsten Stromverbrauch aufweist. Im Allgemeinen führt eine höhere Leistungsaufnahme auch zu einer höheren Lichtleistungsintensität für LEDs. Somit ergibt das Sortieren der obigen Pakete unter Berücksichtigung ihrer Ausgabehelligkeit 3528 < 5050 < 5630. Beachten Sie, dass die Stromaufnahme in der obigen Tabelle pro Kanal angegeben ist. Wenn Sie alle drei Kanäle einer RGB-LED betrachten, müssen Sie die Stromaufnahme mit drei multiplizieren. Beachten Sie auch, dass die tatsächliche Stromaufnahme von Hersteller zu Hersteller unterschiedlich sein kann.

RGB-Streifen

Bevor wir den Stromverbrauch eines bestimmten LED-Streifens berechnen können, müssen wir zwischen adressierbaren und nicht adressierbaren LED-Streifen unterscheiden, da sie sich nicht nur in der Betriebsspannung unterscheiden, sondern auch in der Verdrahtung jeder LED. Im Vergleich zu nicht adressierbaren LED-Streifen können Sie mit den LED-Streifen WS2812 oder WS2812b die Farbe jeder LED auf dem Streifen individuell einstellen.

Nicht adressierbare Streifen

RGB-LED-Streifen vom analogen Typ gruppieren meist drei serielle LEDs in einem Segment und ordnen jedes Segment elektrisch parallel an, was zu einer Betriebsspannung von ungefähr 12 V führt. Aufgrund dieser Struktur verbraucht jedes Segment eine Leistung von U_v \ cdot I_{ch} pro Kanal, wobei U_v = 12V die Betriebsspannung ist und I_{ch} eine Stromaufnahme aus der obigen Tabelle darstellt. Sei N die Anzahl der Segmente eines gegebenen RGB-LED-Streifens, dann kann sein Gesamtstromverbrauch für alle drei Kanäle mit

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

Wenn Sie den Stromverbrauch für einen einfarbigen LED-Streifen berechnen möchten, können Sie einfach die Multiplikation mit 3 in der vorherigen Formel löschen.

Schauen wir uns zwei Beispiele an.

Beispiel 1) 5m 5050-Streifen mit 150 RGB-LEDs

In diesem ersten Beispiel möchte ich Ihnen zwei Möglichkeiten zeigen, wie Sie den Gesamtstromverbrauch berechnen können. Der erste Ansatz berücksichtigt einfach die Anzahl der LEDs auf dem Streifen, um den Stromverbrauch zu berechnen. Der zweite Ansatz zeigt Ihnen, wie Sie einen Stromverbrauch pro Meter berechnen können.

1a) Wir können die Anzahl der Segmente ableiten, indem wir die Anzahl der LEDs durch 3 dividieren, was N = 150 / 3 = 50 Segmente ergibt. Bei einer Betriebsspannung von U_v = 12V und einer Stromaufnahme pro Kanal von I_{ch} = 20mA kann die Gesamtleistungsaufnahme mit

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

1b) Um den Stromverbrauch des Streifens pro Meter zu berechnen, müssen wir vorher die Anzahl der Segmente pro Meter ableiten. Um dies zu erreichen, teilen wir einfach die Anzahl der LEDs durch die Länge des Streifens und erhalten die Anzahl der LEDs pro Meter als 150 / 5 = 30. Eine weitere Division durch drei ergibt N = 30 / 3 = 10 Segmente pro Meter. Damit kann der Stromverbrauch pro Meter mit 3 \ cdot 10 \cdot 12V \cdot 20mA = 7,2 W / m berechnet werden. Schließlich kann der Verbrauch des gesamten Streifens durch Multiplikation mit seiner Länge berechnet werden, was

P = 7 ergibt.2 Watt/m cdot 5 mt = 36 Watt,

was mit unserem Ergebnis in 1a übereinstimmt).

Der Grund, warum ich Ihnen den zweiten Ansatz demonstrieren wollte, ist, dass er besonders nützlich ist, wenn Sie die Frage berücksichtigen, wie viel des Streifens Sie mit einem bestimmten Netzteil betreiben können.

Beispiel 2) 5m 5630-Streifen mit 150 RGB-LEDs

Analog zum vorherigen Beispiel bestimmen wir zunächst die Anzahl der Segmente, indem wir die Anzahl der LEDs durch 3 dividieren, was N = 150 / 3 = 50 Segmente ergibt. Bei einer Betriebsspannung von U_v = 12V und einer Stromaufnahme pro Kanal von I_{ch} = 50mA kann die Gesamtleistungsaufnahme berechnet werden mit

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

Adressierbare Streifen (WS2812 / WS2812b)

Im Gegensatz zur Segmentierungsmethode für analoge LED-Streifen, bei der drei LEDs zu einem Segment zusammengefasst sind, muss bei adressierbaren Streifen jede LED einzeln mit Strom versorgt werden, damit jede RGB-LED in ihrer konfigurierten Farbe leuchten kann. Ferner ist in WS2812 / WS2812b-Streifen jede RGB-LED mit einem eigenen Controller ausgestattet und alle LEDs sind elektrisch parallel ausgerichtet. Dies ermöglicht einerseits eine reduzierte Betriebsspannung von U_v = 5V, andererseits benötigen solche Streifen jedoch einen höheren Gesamtstrom im Vergleich zu analogen RGB-LED-Streifen mit ähnlichem Stromverbrauch.

Alle WS2812/WS2812b streifen verwenden 5050 RGB LED pakete, was bedeutet, jeder RGB LED hat eine maximale stromaufnahme von I_ {ch} = 20mA nach der tabelle oben. Wie oben suchen wir den Gesamtstromverbrauch eines bestimmten Streifens bei voller Helligkeit in Weiß. Betrachten wir einen solchen adressierbaren Streifen mit N LEDs. Dann ist es max. der Stromverbrauch für alle drei Kanäle kann mit

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

Beispiel 1) 5m WS2812b Strip mit 150 RGB LEDs

Bei einer Betriebsspannung von U_v = 5V, einer Stromaufnahme von I_{ch} = 20mA pro LED und pro Kanal und einer Menge von N = 150 LEDs kann die max. der Stromverbrauch des Streifens kann wie folgt berechnet werden:

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

Beachten Sie, dass das Netzteil in der Lage sein muss, bis zu

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

Beispiel 2) 5m WS2812b Strip mit 240 RGB LEDs

Analog zum vorherigen Beispiel kann die max. der Stromverbrauch dieses Streifens kann unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Anzahl von N = 240 LEDs berechnet werden, was

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

Beachten Sie, dass das Netzteil in der Lage sein muss, bis zu

I_{max} = 3 \cdot 240\cdot 20mA = 14,4A zu liefern.

Zusätzliche Tipps

Die folgenden Tipps sollen Ihnen auf Ihrer Reise durch die LED-Welt helfen.

Stromversorgung

Wenn Sie ein geeignetes Netzteil für Ihr Setup auswählen, sollte es in der Lage sein, mindestens den mit den obigen Formeln berechneten Stromverbrauch bereitzustellen, vorausgesetzt, Sie möchten Ihr Setup über einen längeren Zeitraum bei voller Helligkeit betreiben können. Wenn Ihr Setup diese Funktion nicht benötigt, können Sie auch die Leistung Ihres Netzteils reduzieren. Beachten Sie jedoch, dass in diesem Fall Ihre Stromversorgung jedes Mal überlastet wird, wenn Sie versuchen, Ihre Streifen mit voller Helligkeit zu betreiben. Viele neuere Netzteile sind mit einem Überstromschutz ausgestattet, so dass es im Allgemeinen keine große Sache ist, aber es kann definitiv die Lebensdauer von beiden reduzieren, Ihre Versorgung und Ihre Streifen.

Tipp

Anstatt ein großes Netzteil für Ihr Setup zu installieren, sollten Sie die Last mit mehreren kleineren Netzteilen antreiben, von denen jedes ein Segment Ihres Setups antreibt.

Spannungsabfall

Wenn Sie an Ihren RGB-Streifen aufgrund ihrer Länge einen Spannungsabfall feststellen (was zu einem Helligkeitsverlust der RGB-LEDs gegen Ende des Streifens führt) oder bei RGB-Streifen, die länger als 5 m sind, empfehle ich, nach jedem 5 m-Teil RGB-Verstärker zu verwenden, um solche unerwünschten Helligkeitsgradienten gegen Ende der Streifen zu vermeiden.

Passive / aktive Kühlung

Beachten Sie, dass im Allgemeinen die Temperatur umso höher ist, je höher der Stromverbrauch im Verhältnis zur Streifenlänge ist. Wenn Sie feststellen, dass Ihre Streifen zu heiß werden, kleben Sie sie auf ein wärmeleitfähigeres Material, wie zum Beispiel Aluminium. Diese zusätzliche passive Kühlung durch Wärmeverteilung ist in den meisten Fällen ausreichend.

Warnung

Vergessen Sie auch nicht, dass Ihr Netzteil ebenfalls Wärme erzeugt. Stellen Sie das Netzteil nicht in eine geschlossene Box. Planen Sie Wärmeauslässe und bei Bedarf aktive Kühlung ein.

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