Consommation d’énergie des bandes LED RGB

Ce guide vous aidera à estimer la consommation d’énergie de votre configuration de LED. J’ai essayé de le garder aussi simple et simple que possible d’une part, mais d’autre part je ne voulais pas le limiter à des bandes spécifiques. Ainsi, ce guide vous montrera comment calculer la puissance minimale requise pour votre alimentation, non seulement pour les bandes RVB de type analogique dans trois tailles d’emballage différentes, mais également pour les bandes WS2812B adressables. Pour une meilleure compréhension, j’ai également inclus quelques exemples.

Modules LED SMB

La variété de modules de dispositifs montés en surface (SMD) pour LED est énorme, chaque module se distinguant par la dimension géométrique du boîtier LED. Dans ce guide, nous discuterons des paquets les plus couramment utilisés 3528, 5050 et 5630, qui sont résumés dans le tableau suivant.

Paquet de LED Dimensions Surface de la puce Courant par canal Chute de tension
3528 3.5 mm x 2,8 mm 9,8 mm2 7-10 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

On peut observer, que le paquet 5630 a la consommation d’énergie la plus élevée. En général, une consommation d’énergie plus élevée entraîne également une intensité de sortie d’éclairage plus élevée pour les LED. Ainsi, le tri des paquets ci-dessus compte tenu de leurs rendements de luminosité de sortie 3528 < 5050 < 5630. Notez que la consommation de courant dans le tableau ci-dessus est donnée par canal. Si vous considérez les trois canaux d’une LED RVB, vous devez multiplier le tirage actuel par trois. Notez également que les tirages actuels réels peuvent différer d’un fabricant à l’autre.

Bandes RVB

Avant de pouvoir calculer la consommation d’énergie d’une bande de LED donnée, nous devons distinguer les bandes de LED adressables des bandes de LED non adressables, car elles diffèrent non seulement par la tension de fonctionnement, mais également par le câblage de chaque LED. Par rapport aux bandes LED non adressables, les bandes LED WS2812 ou WS2812b permettent de régler la couleur de chaque LED sur la bande individuellement.

Bandes non adressables

Les bandes de LED RGB de type analogique regroupent principalement trois LED série en un segment et disposent chaque segment électriquement en parallèle, ce qui donne une tension de fonctionnement d’environ 12 V. En raison de cette structure, chaque segment consomme une puissance de U_v\cdot I_{ch} par canal, où U_v = 12V est la tension de fonctionnement et I_{ch} représente une consommation de courant du tableau ci-dessus. Soit N le nombre de segments d’une bande de LED RVB donnée, alors sa consommation d’énergie globale pour les trois canaux peut être calculée avec

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

Si vous souhaitez calculer la consommation d’énergie pour une bande LED couleur unique, vous pouvez simplement supprimer la multiplication par 3 dans la formule précédente.

Jetons un coup d’œil à deux exemples.

Exemple 1) Bande 5m 5050 avec 150 LED RVB

Dans ce premier exemple, je veux vous montrer deux façons de calculer la consommation d’énergie globale. La première approche considérera simplement la quantité de LED sur la bande pour calculer la consommation d’énergie. La deuxième approche vous montrera, comment vous pouvez calculer une consommation d’énergie par mètre.

1a) Nous pouvons dériver le nombre de segments en divisant la quantité de LED par 3, ce qui donne N = 150 / 3 = 50 segments. Avec une tension de fonctionnement de U_v = 12V et une consommation de courant par canal de I_{ch} = 20mA, la consommation d’énergie globale peut être calculée avec

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

1b) Pour calculer la consommation électrique de la bande par mètre, il faut au préalable calculer le nombre de segments par mètre. Pour ce faire, nous divisons simplement la quantité de LED par la longueur de la bande et obtenons le nombre de LED par mètre comme 150 / 5 = 30. Une division supplémentaire par trois donne N = 30 / 3 = 10 segments par mètre. Avec cela, la consommation d’énergie par mètre peut être calculée avec 3 \ cdot 10 \ cdot 12V \ cdot 20mA = 7,2W / m. Finalement, la consommation de la bande entière peut être calculée en multipliant par sa longueur, donnant

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

ce qui est d’accord avec notre résultat en 1a).

La raison pour laquelle je voulais vous démontrer la deuxième approche, c’est parce qu’elle est particulièrement utile lorsque l’on considère la question de savoir quelle partie de la bande vous pouvez exécuter avec une alimentation donnée.

Exemple 2) Bande 5m 5630 avec 150 LED RVB

De manière analogue à l’exemple précédent, nous déterminons d’abord le nombre de segments en divisant le nombre de LED par 3, ce qui donne N = 150 / 3 = 50 segments. Avec une tension de fonctionnement de U_v = 12V et une consommation de courant par canal de I_{ch} = 50mA, la consommation d’énergie globale peut être calculée avec

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

Bandes adressables (WS2812 / WS2812b)

Contrairement à la méthode de segmentation pour les bandes LED de type analogique, où trois LED sont regroupées en un segment, dans les bandes adressables, chaque LED doit être alimentée individuellement afin de permettre à chaque LED RVB de briller dans sa couleur configurée. De plus, dans les bandes WS2812 / WS2812b, chaque LED RGB est dotée de son propre contrôleur et toutes les LED sont alignées électriquement en parallèle. D’une part, cela permet une tension de fonctionnement réduite de U_v = 5V, mais d’autre part, ces bandes nécessitent un courant global plus élevé par rapport aux bandes LED RGB de type analogique avec une consommation d’énergie similaire.

Toutes les bandes WS2812 / WS2812b utilisent 5050 paquets de LED RVB, ce qui signifie que chaque LED RVB a une consommation de courant maximale de I_{ch} = 20mA selon le tableau ci-dessus. Comme ci-dessus, nous recherchons la consommation d’énergie globale d’une bande donnée à pleine luminosité en blanc. Considérons une telle bande adressable avec N LED. Puis son max. la consommation d’énergie pour les trois canaux peut être calculée avec

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

Exemple 1) Bande WS2812b de 5m avec 150 LED RVB

Avec une tension de fonctionnement de U_v = 5V, une consommation de courant de I_{ch} = 20mA par LED et par canal, et une quantité de N = 150 LED, le max. la consommation d’énergie de la bande peut être calculée comme suit:

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

Notez que l’alimentation doit être capable de fournir jusqu’à

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

Exemple 2) Bande WS2812b de 5m avec 240 LED RVB

Par analogie à l’exemple précédent, le max. la consommation électrique de cette bande peut être calculée en considérant la quantité différente de N = 240 LED, ce qui donne

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

Notez que l’alimentation doit être capable de fournir jusqu’à

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

Conseils supplémentaires

Les conseils suivants devraient vous aider dans votre voyage à travers le monde LED.

Alimentation

Lorsque vous choisissez une alimentation appropriée pour votre installation, elle doit être capable de fournir au moins la consommation d’énergie calculée avec les formules ci-dessus, en supposant que vous souhaitiez pouvoir alimenter votre installation à pleine luminosité pendant une longue période. Si votre configuration ne nécessite pas cette fonctionnalité, vous pouvez également réduire la puissance de votre alimentation. Cependant, gardez à l’esprit que dans ce cas, votre alimentation sera surchargée chaque fois que vous tenterez de faire fonctionner vos bandes à pleine luminosité. De nombreuses alimentations plus récentes sont équipées d’une protection contre les surintensités, ce n’est donc généralement pas grave, mais cela peut certainement réduire la durée de vie de votre alimentation et de vos bandes.

Astuce

Au lieu d’installer une grande alimentation pour votre configuration, pensez à piloter la charge avec plusieurs alimentations plus petites, chacune entraînant un segment de votre configuration.

Chute de tension

Si vous rencontrez une chute de tension sur vos bandes RVB en raison de sa longueur (entraînant une perte de luminosité des LED RVB vers la fin de la bande), ou pour les bandes RVB de plus de 5 m, je recommande d’utiliser des amplificateurs RVB après chaque partie de 5 m pour éviter de tels gradients de luminosité indésirables vers la fin des bandes.

Refroidissement passif / actif

Gardez à l’esprit que généralement plus la consommation d’énergie par rapport à la longueur des bandes est élevée, plus sa température va augmenter. Si vous constatez que vos bandes deviennent trop chaudes, essayez de les coller sur un matériau plus thermoconducteur, comme l’aluminium par exemple. Ce refroidissement passif supplémentaire par distribution de chaleur est suffisant dans la plupart des cas.

Avertissement

N’oubliez pas non plus que votre alimentation électrique produit également de la chaleur. Ne placez pas l’alimentation dans un boîtier fermé. Prévoyez des sorties de chaleur et, si nécessaire, un refroidissement actif.

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