Berekening voeding en draaddikte voor 5V ws2812b led strips

[spoonman]

Sinds een tijdje ben ik met arduino beginnen prullen, en ik zou graag mijn carport van fancy verlichting willen voorzien: ik zou langs iedere kant een ws2812b ledstrip willen hangen van 5m, en als er dan beweging wordt gedetecteerd met een pir sensor, wil ik die verlichting inschakelen met een mooie geanimeerd effect.

Ik was nu net aan het kijken welke onderdelen ik nodig ga hebben, en ik schrik even van de wattages: ik heb in totaal dus 10m ledstrip, en ieder ledje zou max 60mA (3x20mA) kunnen verbruiken. Als ik dus niet wil overdrijven en strips gebruik van 30 leds ipv 60 leds per meter, kom ik dus op 10x30x60mA = 18A. Dat lijkt mij eigenlijk al een absurd hoge stroom: de zekeringen in de zekerkast kunnen maximum 16 of 20 ampere aan. En dat over 5V ... ik ga natuurlijk niet alle leds tegelijk op 100% aansturen, maar op vlak van veiligheid wil ik geen shortcuts nemen (de carport is van hout, gaat goed branden ...)

Maak ik hier ergens een denkfout? Welke draaddikte zou ik hiervoor nodig hebben?

[SA007]

De stroom wordt inderdaad snel heel erg hoog, die 18A is geen rare waarde.
Je hebt ook 12v ledstrip, daarbij is de stroom flink lager (maar wel vaak per 3 leds aan te sturen ipv per led).

Maar 18A is ook niet heel erg veel, met een 2,5mm2 draad naar beide kanten van beide ledstrips is waarschijnlijk helemaal prima.
Je wil de strips aan beide kanten voeden, als je maar 1 kant voed dan gaan de leds na een paar meter verkleuren omdat de spanning te laag wordt, zit niet veel koper in de strip zelf.

[spoonman]

SA007 schreef op maandag 30 januari 2023 @ 10:48:
Je hebt ook 12v ledstrip, daarbij is de stroom flink lager (maar wel vaak per 3 leds aan te sturen ipv per led).

Ik vermoed dat die dan nog altijd kunnen aangestuurd worden door een 5V datalijn?

[123teun123]

De zekering in je meterkast gaat hier geen last van hebben.
Zekeringen in de meterkast springen uit bij 230v * 16A = 3680 Watt.
De lidstrip zal 5 * 18 = 90 Watt verstoken. De stroom is inderdaad hoog maar dat komt omdat de voltage laag is.

[SA007]

spoonman schreef op maandag 30 januari 2023 @ 10:55:
[...]


Ik vermoed dat die dan nog altijd kunnen aangestuurd worden door een 5V datalijn?

Jup, alleen de spanning is 12V.

[Tom-Z]

Je hebt ook WS2811-strips die op 12V werken, maar nog steeds met 5V aangestuurd kunnen worden. Daar zitten de LED steeds in groepjes van 3 (en kan je ze dus ook alleen maar per 3 aansturen) waardoor je "per LED" 4V hebt. Je hebt dus wat minder "resolutie" maar misschien is dat voor een carport niet zo belangrijk.

Je moet niet alleen rekening houden met de draaddikte, maar ook met de weerstand van de LED-strip zelf. Die LED-strip is zelf feitelijk ook een draad, maar met heel dunne en nauwe koperbaantjes. Als je 5 meter aan LED-strip vanaf een kant voedt kan die nooit de volle 18A trekken, omdat als je dat probeert de spanning aan het uiteinde dusdanig ver inzakt dat er niks over blijft.

Je moet dus op meerdere plekken invoeden, bijvoorbeeld om de 1 meter aansluiten op een dikkere draad. Wat je kan overwegen is (als je met 5V strips wil werken) een voeding te gebruiken die 12V (of meer) levert, en dan met buck converters te werken. Bijvoorbeeld om de 1 meter een buck converter aansluiten die 5V maakt van de inkomende spanning. Het voordeel is dan dat je over de lange afstanden die je met de bedrading moet overbruggen veel minder last hebt van spanningsval.

Het grootste risico bij het werken met hoge stroomsterktes is als er ergens een slecht contact is, want dan krijg je op dat punt een flinke warmteontwikkeling door de overgangsweerstand. De draaddikte is niet zo heel erg van belang, maar ga vooral geen kroonsteentjes of connectors van AliExpress gebruiken ofzo. Een brakke verbinding bij 18A is brand.

[Dennis]

Wat een toeval, hier wil ik ook mee bezig (alleen dan een cinewall in plaats van garage). Bij mij is de lengte 6 meter maar ook ik kom op 18A (met dichtheid van 60 leds/meter).

Ik zou dan dus deze voeding kunnen gebruiken: https://www.meanwell-web....-power-supply-lrs--100--5
Toch?

En dan inderdaad op meerdere plaatsen voeding aan de led strip aansluiten om het koper te ontlasten. De strips worden verkocht in lengtes tot 5 meter, dus ik koppel 2 strips van 3 meter aan elkaar.

Maak ik nog ergens een denkfout?

[rdfeij]

Hoe lager de spanning, hoe hoger de stroom voor hetzelfde vermogen. 12 en 24VDC ledstrips zijn daarom veel 'gangbaarder'.

[septillion]

Bij die 5V addressable is het wel aan te raden om elke meter de voeding eraan te hangen. En bij die lengtes kan dat wel met 2,5qmm maar zou ik het einde ook weer terug naar de voeding brengen. Je grootste probleem is namelijk niet dat 2,5qmm die 18A niet kan hebben, maar de spanningsval. Als je een half volt spanningsval zou hebben tussen begin en einde zie je dat erg terug in de kleurmenging. Half volt is immers ook al 10%

Andere kant kan je de stroom ook in software limiteren. WLED kan dit bijvoorbeeld. En als je gelijke helderheid wilt houden dan wil je eigenlijk nooit alle ledjes op 100% hebben, dan wil je eigenlijk dat de som over de drie kleuren maximaal 100% is ofwel je gebruikt dan maximaal 1/3 van de stroom.

[Voor 25% gewijzigd door septillion op 30-01-2023 12:58]

[Dennis]

Ja dank voor de tip @septillion.

Ik kwam nog dit leuke artikel tegen. Die gaat over Neopixels maar is natuurlijk op alle vergelijkbare producten van toepassing.

[Sgrovert]

Ik heb de afgelopen jaren een paar grotere systemen met deze leds gebouwd. De ws2812 strips gebruiken op papier heel veel stroom bij het maximaal vermogen. Als ik een nieuw systeem bouw houd ik rekening met hoe ik het systeem wil gebruiken.

Ik gebruik zelf de volgende vuistregels :
- Optisch zie ik geen verschil tussen 80% en 100% output.
- De leds geven geen mooie wit.
- Elke 100 leds opnieuw in voeden.
- De leds hebben max spanning van 5,2 en min van 3,5 V.

Dit zijn geen officiële specificaties, maar binnen deze grenzen werken de Chinese leds eigenlijk altijd wel prima.
RGB definieer ik in de sofware als (200,0,0), (0,200,0) en (0,0,200) . Bij hogere waarder zie je wel het stroomverbruik omhoog gaan, maar zie ik geen verschil in de totale hoeveelheid licht meer. Zeker met indirect licht onder een Carport is dit een makkelijke besparing.
De leds mengen ook niet mooi tot wit. Als je wit licht wilt, neem dan beter witte leds. De ws2812b zijn eigenlijk alleen geschikt voor kleur en dan vooral primaire kleuren als Rood, Paars, Geel, etc. Echt mooi dimmen de kleuren niet door de beperkte resolutie, maar voor de meeste toepassingen is dat niet echt een probleem. Indien er alleen gekleurd licht gebruikt gaat worden kunnen we dit als requirement bij het ontwerpen van de stroom meenemen. Paars kan gedefinieerd worden als (200, 0, 200). Als je de waarden van de verschillende kleuren optelt kan je dit zien als 400 punten. Een wit maximum van (255, 255, 255) kan je zien als 765 punten. 400 / 765 = 0.53 . Bij het goed definieren van je gebruik kan je dus bijna met de helft minder stroom toe. In plaats van 18A zal je bij kleur dus rond de 10A aan stroom uit je voeding halen. Deze waarde kun je gebruiken om je spanningsval te bepalen.

Om dit binnen je software te garanderen kan je bv. gebruik maken van de HSV kleurenruimte https://github.com/FastLED/FastLED/wiki/FastLED-HSV-Colors . Door alle kleuren als HSV te zetten zorgt de software automatisch dat er per pixel altijd maar 2 van de 3 kleuren branden. Het beperkt je (een beetje) in het aantal kleuren (max 256), maar garandeert een kleiner stroomverbruik. Indien je V=200 zet kom je denk ik wel weg met max 8A. Hierbij zijn de primaire kleuren (Rood, Groen en Blauw) allemaal eigenlijk wel maximaal als je ze kiest, en geven de mengkleuren op het oog ongeveer evenveel licht.

[septillion]

@Sgrovert Zeker valt er veel in software te winnen. Is alleen even de vraag wat het gaat aansturen.

En als je uniforme helderheid wilt over de kleuren zal je nooit boven de 255 "punten" uitkomen. Doordat de ledjes dimmen met PWM zijn ze wel volledig lineair. Dus er zit werkelijk verschil tussen 80% en 100%. Probleem is dat onze ogen ons voor de gek houden omdat ze niet lineair zien.

En ja, ze werken nog op 3,5V maar dan is de onderlinge helderheid tussen rood, groen en blauw echt compleet anders dan op 5V. Dus voor uniformiteit wil je dus eigenlijk binnen een half volt-ish blijven.

En niet echt eerlijk om te zeggen dat je maar 256 kleuren hebt in HSV. Toegegeven, je hebt niet meer 256x256x256 verschillende mengverhoudingen meer maar zeker nog de volle saturation schaal erbij 256x256 dus. Pas op lagere helderheid ga je zien dat je inlevert, dan gaat de resolutie een grotere rol spelen bij de onderlinge mengverhouding tussen R, G en B. Bij HSV heb je dan ook niet de garantie dat er altijd maar 2 kleuren actief zijn, dat is alleen waar voor 100% saturation.

[Sgrovert]

@septillion Klopt volledig wat je zegt.

Mijn verhaal is puur praktisch en gericht op een project met indirect licht. Een mooi technisch ontwerp kan 100% output op alle leds geven. Alleen heb je dat in praktijk niet altijd nodig. Bij een leuk effectje onder een Carport is de kleurechtheid van de leds niet het belangrijkste. Dit is een project dat moet werken en dan is het belangrijk dat er een cut off van 3,5 V is. De kleurechtheid van 0.5 V is een tweede stap om het mooier te maken.
Als ik de TS goed lees komt er aan 2 kanten een strip van 5 meter. Zelf zou ik vanuit de voeding naar beide strips een 2,5 mm^2 kabel leggen en deze parallel langs de strip door laten lopen. Elke 100 leds opnieuw invoeden. Ik verwacht per kabel een stroom van 5A.
Belangrijkste is om een voeding met goede beveiliging te kopen. De voeding moet minimaal tegen kortsluiting beveiligd zijn.
Voor mijn kerstboom (500 ws2812 leds) heb ik dit jaar deze gebruikt https://www.tinytronics.n...ing-power-supply-rs-150-5 . Een andere optie zou een voeding per strip zijn : https://www.tinytronics.n...ing-power-supply-lpv-60-5. In dit geval kan je met 230V naar de strip en aan het begin van de strip een arduino + voeding plaatsen. Hierbij heb je geen spanningsverlies over bekabeling en een zeer kort signaal draadje van arduino naar ledstrip.

[septillion]

Sgrovert schreef op maandag 30 januari 2023 @ 21:54:
Carport is de kleurechtheid van de leds niet het belangrijkste.

Misschien niet belangrijkste maar ik zou het niet kunnen hebben

En Meanwell maakt wel prima voedingen ja. Hoop alleen dat deze stiller zijn dan de LRS serie. Gelukkig zit die bij mijn vader in de meterkast maar oew, wat piekt die irritant!

[memphis]

Zoek op Marktplaats naar HP server voedingen. Die zijn erg populair in de modelbouw en komen in minimaal 600 watt voor maar een paar tientjes.

[Dennis]

Dank voor de tip over voedingen @Sgrovert. Ik had bij TinyTronics al gezocht naar MeanWell voedingen maar had het aan elkaar geschreven en kon daarom niets vinden. Die 26A 5V is echt de perfecte voeding voor de led strip.

Zojuist alle spullen besteld, ik ga van het weekend eens knutselen met mijn WLED project.

[memphis]

@Dennis , je had toch een 12v LED strip? Dan moet je ook een 12v voeding hebben lijkt mij...

[breaker.evert]

Heb je hier wat aan https://www.luxalight.eu/nl/draadcalculator

[Dennis]

memphis schreef op dinsdag 31 januari 2023 @ 12:10:
@Dennis , je had toch een 12v LED strip? Dan moet je ook een 12v voeding hebben lijkt mij...

Nee, ik heb een WS2813 strip gekocht. Die zijn 5V. Ik ging even twijfelen door je bericht .