W jaki sposób dobrać zasilacz, sterownik, ilość i przekrój przewodów zasilających paski LED.
Dobór zasilacza i sterownika do taśm LED – napięcie i moc
Zasilacz dobiera się odpowiednio do napięcia zasilającego pasek LED – napięcie to powinno być takie samo jak napięcie pracy paska LED. Zazwyczaj stosuje się napięcia 12V, 24V, 48V oraz 5V. Napięcie 5V stosuje się głównie w przypadku taśm LED adresowalnych. Zastosowanie zbyt wysokiego napięcia może skutkować uszkodzeniem taśmy, za niskie napięcie – słabe świecenie paska lub brak świecenia.
Moc zasilacza – dobiera się w zależności od mocy całego zasilanego paska LED – jeśli ma zasilać więcej niż jeden pasek LED – sumuje się moce. Do wyliczonej mocy należy dodać rezerwę – min. 20% obliczonej mocy. W przypadku stosowania sterownika jego pobór prądu także należy uwzględnić.
Producenci i sprzedawcy podają zazwyczaj napięcie zasilania oraz wartość mocy lub prądu na każdy 1 mb taśmy LED – np. 9W/m lub 0,75A/m.
Aby obliczyć potrzebną moc lub prąd wystarczy pomnożyć przez długość taśmy moc/1mb lub prąd/1mb.
Przykłady:
– taśma LED o mocy 9W/m i długości 20m potrzebuje 9W/m*20m = 180W.
– taśma LED o poborze prądu 0,75A/m i długości 20m potrzebuje 0,75A/m*20m = 15A
W przypadku zasilania taśmy napięciem 12V w obu powyższych przykładach jest to taśma o takim samym prądzie i mocy – 15A przy napięciu 12V to właśnie 180W.
Do przeliczenie mocy na prąd i odwrotnie stosuje się wzór: P=U*I lub I=P/U- gdzie P to moc, U to napięcie, I to prąd.
Przykłady:
– pobór prądu taśmy LED o mocy 180W i zasilaniu 12V to: 180W/12V=15A. W przypadku zasilania napięciem 24V prąd wynosiłby 180W/24V=7,5A
– moc taśmy LED o napięciu zasilania 12V i pobieranym prądzie 15A wynosi: 12V*15A=180W. W przypadku zasilania napięciem 24V moc wynosiłaby 24V*15A=360W.
Jak widać im wyższe napięcie zasilania taśmy LED tym mniejszy prąd przy tej samej mocy lub większa moc przy tym samym prądzie. Jest to ważny aspekt przy doborze taśmy LED – więcej na ten temat w dalszej części artykułu.
Do wyliczonych wartości należy dodać prąd lub moc pobieraną przez sterownik lub ściemniacz (jeśli występuje i jest zasilany z tego samego zasilacza) oraz rezerwę – 20% wyliczonej mocy lub prądu.
Przykłady:
– taśma LED o mocy 9W/m i długości 20m, zasilana napięciem 12V potrzebuje 180W. Sterownik pobiera 2W. Razem to 180W. Rezerwa: 182*20% = 36W. Razem to 182W+36W=216W. Dobieramy zasilacz o napięciu takim samym jak taśma LED oraz mocy nie mniejszej niż 216W. Może to być zasilacz o mocy np. 250W i napięciu 12V.
Poza parametrami elektrycznymi należy uwzględnić wymiary zasilacza oraz możliwości odprowadzenia ciepła dla zasilaczy o większych mocach.
Sterownik lub ściemniacz dobiera pod względem napięcia pracy – zgodnego z napięciem zasilacza i taśmy LED, maksymalnego prądu pobieranego przez taśmę LED, rodzaju taśmy LED, oczekiwanej funkcjonalności. Sterowniki mogą być przeznaczone do współpracy z taśmami LED jednokolorowymi – mono – tylko regulacja jasności, białych ciepło-zimnych – regulacja jasności, oraz odcienia, kolorowe (RGB, RGBW, RGBW+CCT). Sterowniki różnią się obciążalnością, niepiciem pracy oraz ilością kanałów – dla taśm mono wystarczy jeden kanał (jeśli zasilacz ma więcej można sterować większą ilością taśm), dla CCT (ciepło-zimne) dwa kanały, dla RGB -trzy kanały, RGBW – cztery kanały, RGBW CCT – pięć kanałów.
Inną kategorią sterowników są sterowniki taśm LED adresowalnych – pozwalają one sterować kolorem/jasnością każdej z diod osobno co pozwala na tworzenie ciekawych efektów czy animacji.
Okablowanie taśm LED – przekroje, podłączenie, spadki napięć.
Obciążalność prądowa długotrwała.
Określa jaki maksymalny prąd może płynąć przewodem w dowolnie długim czasie i nie spowoduje jego uszkodzenia – zależy od przekroju oraz sposobu ułożenia (w przypadku zasilania taśm LED stosuje się praktycznie tylko miedziane przewody, dlatego pomijam rodzaj materiału). Wartości te można odczytać z tabel lub danych producenta przewodu. Przykłady jednego z producentów:
Przekrój [mm²] – Obciążalność [A]
0,14 – 2A
0,25 – 4A
0,34 – 6A
0,5 – 9A
0,75 – 12A
1 – 15A
1,5 – 18A
2,5 – 26A
4 – 34A
6 – 44A
10 – 61A
16 – 82A
25 – 108A
W zależności od sposobu ułożenia, ilości żył i temperatury otoczenia te wartości będą inne. Należy traktować je orientacyjnie.
W zależności od obliczonego potrzebnego prądu dobieramy przekrój przewodów zasilających. W przypadku obciążalności prądowej długotrwałej nie ma znaczenia długość przewodów oraz napięcie.
Przykłady:
– taśma LED o poborze prądu 0,25A/m i długości 10m potrzebuje 0,25A/m*10m =2,5A – wystarczający przekrój to 0,25mm2
– taśma LED o poborze prądu 0,75A/m i długości 20m potrzebuje 0,75A/m*20m = 15A – wystarczający przekrój to 1mm2
– taśma LED o poborze prądu 1,5A/m i długości 20m potrzebuje 1,5A/m*20m = 30A – wystarczający przekrój to 4mm2
Istotny jest także sposób zasilania – taśmy LED zazwyczaj zasila się co max 5m, a w przypadkach taśm o wyższej mocy lub niskim napięciu konieczne jest zasilanie co 2m lub nawet co 1m. Dobra się w takim przypadku minimalny przekrój dla każdego przewodu. W przypadku taśm o jednakowym poborze prądu na całej długości i takich samych przekrojach przewodów zasilających sytuacja jest prosta. Komplikuje się np. w przypadku pasków LED adresowalnych, gdzie różne fragmenty mogą pobierać inny prąd – należy w takim przypadku rozważyć największy prąd płynący przez każdy z przewodów i dobrać go indywidualnie.
Przykład:
Taśma LED o jednakowym poborze prądu na całej długości o poborze prądu 1,5A/m i długości 20m potrzebuje 1,5A/m*20m = 30A – jeśli zasilimy taśmę co 5m to potrzebujemy 5 przewodów, prąd każdego z przewodów to 30A/5 = 6A, przyjmujemy 0,5mm2 (uwzględniamy rezerwę i współczynnik temperaturowy). Na doborze ze względu na wytrzymałość prądową długotrwałą nie kończy się dobór przewodów. Istotne są także spadki napięć.
Spadki napięć.
Spadki napięć.Spadek napięcia zależy od przepływającego prądu oraz rezystancji przewodnika. W przypadku przewodów spadek napięcia jest to spowodowany rezystancją przewodu i wydzielaniem się ciepła na przewodniku, co jest zjawiskiem niekorzystnym.
Wzór na obliczenie spadku napięcia w %:
%U = (2*I*100*l)/(gamma*U*s), gdzie:
I – prąd znamionowy [A],
l – długość przewodu [m],
gamma – konduktywność, dla miedzi 58 [S*m/mm2],
U – napięcie znamionowe [V],
s – przekrój kabla zasilającego [mm2],
W przypadku małych mocy i niewielkich długości przewodów zasilających może być pomijalnie małe – np. dla taśm LED o długości 1m, 9W/m i napięciu 12V zasilanych przewodem o długości 0,5m i przekroju 0,5mm2 spadek napięcia będzie wynosił:
I – (9W/m)/12V = 0,75A
l – 0,5m
U – 12V
s – 0,5mm2
%U = (2*0,75A*100*0,5m)/(58*12V*0,5mm2)=0,216%.
Przyjmuje się, że spadek napięcia nie powinien przekraczać 10%, jednak lepiej przyjąć mniejszy maksymalny spadek napięcia – np. 5%.
W powyższym przykładzie spadek ten jest pomijalnie mały, jednak w przypadku taśm o większym poborze prądu może być istotny.
Przykład:
Taśma adresowalna zasilana napięciem 5V, 18W/m, długość przewodów 10m, długość taśmy 10m
I = 18W*10m/5V = 36A. Zasilamy co 5m, czyli trzema przewodami – 36A/3=12A Na podstawie obciążalności prądowej długotrwałej dobieramy przekrój przewodów – 1mm2. Łącznie 3mm2, długość 10m.
Wyliczenie spadku napięć daje ponad 85%, co oznacza, że ten pasek przy obciążeniu nie będzie prawidłowo funkcjonował, ponieważ napięcie z wymaganych 5V spadłoby do około 1,25V. Przy znikomo małym obciążeniu (niska jasność) mógłby działać prawidłowo.
Przy zastosowaniu trzech przewodów 2,5mm2 spadek wynosiłby 34%, 4mm2 – 21%, 6mm2 – 16%, 10mm2 – 8%
Jak widać dobór przewodów na podstawie jedynie obciążalności prądowej długotrwałej może być niewystarczający – szczególnie przy niskim napięciu i długich przewodach.
Dopiero przy trzech przewodach o przekrojach 10mm2 każdy spadek napięcia byłby akceptowalny. Są to jednak duże przekroje i mało wygodne w zastosowaniu. W dalszej części omówię optymalizację zasilania pasków LED.
Warto zwrócić uwagę na długości przewodów – jeśli będą różne, to spadki napięcia na nich także będą różne, podobnie jak płynące prądy, przy znacznych różnicach obliczenia należałoby wykonać dla każdego przewodu.
Niekorzystne zjawiska i optymalizacja zasilania taśm LED.
W przypadku krótkich taśm o małej mocy oraz niewielkiej odległości od zasilacza optymalizacja nie jest potrzebna – zazwyczaj małe przekroje przewodów są wystarczające.
Inaczej wygląda sytuacja z poprzedniej części, gdzie dopiero trzy przewody o przekrojach 10mm2 każdy byłyby wystarczające.
Na dobór przekrojów wpływają następujące czynniki, na które mamy wpływ:
- napięcie zasilania – im wyższe napięcie tym mniejszy prąd niezbędny do zasilania taśmy o danej mocy. A im mniejszy prąd tym mniejsze spadki napięć oraz mniejsze wymagane pzrekroje przewodów.
- Długość przewodów od zasilacza do taśmy LED. Im dłuższe te przewody tym większe spadki napięć.
- Ilość przewodów zasilających taśmę LED – im więcej przewodów tym mniejszy prąd w każdym z przewodów.
Znając przyczyny można starać się zaprojektować zasilanie w optymalny sposób.
Jako przykład można wykorzystać przypadek z poprzedniej części – gdzie przekrój każdego z trzech przewodów musiałby wynosić 10mm2. Takie rozwiązanie miałoby wiele wad. Co można zrobić aby wyeliminować stosowanie tak “grubych” przewodów?
- Ilość przewodów. Przy 12 przewodach 2,5mm2 spadek napięcia wynosiłby 8,6%, spełniony byłby także warunek obciążalności prądowej długotrwałej.
- Zmniejszenie długości przewodów. Instalacja zasilacza blisko środka paska LED.
- Zmiana taśmy na zasilaną wyższym napięciem – niektóre rodzaje taśm są produkowane tylko w wersji 5V lub 12V.
Zakończenie
W internecie dostępnych jest wiele kalkulatorów pozwalających na wykonanie obliczeń i dobór elementów, jednak warto zwrócić uwagę na wszystkie aspekty, których te kalkulatory nie uwzględniają. W wielu przypadkach nie są podane informacje w jaki sposób kalkulator dobiera elementy.
Więcej na temat rodzajów taśm LED
