Berechnungen zu WS28XX Digital LEDs
Häufig erhalte ich per E-Mail Anfragen von Besuchern meiner Website, welchen Leitungsquerschnitt ich für die Verkabelung ihres digitalen LED-Streifens empfehle. Dass diese Frage nicht so einfach zu beantworten ist, soll dieser Artikel anhand eines Beispiels zeigen. Zuvor aber hier das Formular zur Berechnung des Leitungsquerschnitts für digitale LED-Streifen.
Wie man sieht, sind nur drei Eingaben erforderlich. Der Querschnitt hängt von der Länge Eurer Zuleitung ab, eine pauschale Aussage ist nicht möglich.
Was auch einfach ist, ist der maximale Strom. Laut Datenblatt einer WS2812b RGB LED beträgt der Strom pro Farbe 20mA, insgesamt maximal 60mA pro LED (theoretisch). Das macht bei einem WS2812b LED Streifen mit 30 LEDs/Meter ca. 1,8A. Das stimmt auch mit dem Typenschild überein. Es muss also nur die Anzahl der LEDs bekannt sein.
P = U * I —-> 5 Volt * 1,8 Ampere = 9 Watt
Häufig werden LED-Streifen auf Rollen à 5 Meter angeboten, was bei einem WS2812b RGB LED-Streifen mit 60 LEDs/Meter nur 18 Ampere (90 Watt) ausmacht. Damit sollte auch die Frage nach der Leistung des Netzteils geklärt sein.
Wenn man diese Parameter in das Formular einträgt, hat man schon einen guten Querschnitt. Daher mein Tipp, die Anschlussleitungen immer so kurz wie möglich zu halten. Das Netzteil möglichst direkt an die Leiste anschließen.
Damit kommen wir zum letzten Parameter, der etwas schwieriger zu beantworten ist. Das ist der Spannungsverlust auf der Leitung. Ich schlage maximal 1 Volt für die WS2812b LEDs vor. Das ist ein relativ hoher Wert, etwa 20% bei 5 Volt. Oft wird von einem maximalen Spannungsverlust von 3 - 5% ausgegangen.
Ein Blick ins Datenblatt zeigt jedoch, dass die WS2812b LED einen Betriebsspannungsbereich von 3,5 bis 5,3 Volt hat. Wenn wir nun 5 Volt über das Netzteil einspeisen und eine Verlustspannung auf der Leitung von 1 Volt haben (maximaler Strom, alle LEDs an), liegen nur noch 4 Volt an der LED-Leiste an. Wer jetzt auf die Idee kommt, das Netzteil auf 6 Volt einzustellen, liegt falsch. Wenn alle LEDs aus sind, fließt kein Strom und die 6 Volt liegen am LED Chip an. 6 Volt liegen aber außerhalb des Betriebsspannungsbereiches von 5,3 Volt, was unter Umständen zu irreversiblen Schäden am LED-Chip führen kann.
Wer nun meint, mit 1 Volt Spannungsverlust leben zu können, hat ein weiteres Problem. Messungen an einem WS2812B RGB LED Streifen mit 30 LEDs pro Meter und einer Länge von 5 Metern ergaben bei mir in der Praxis einen Spannungsverlust von 2,3 Volt am Streifen. Bei dieser Messung hatte die erste LED noch eine Spannung von 5 Volt (alle LEDs an, maximaler Strom), an der letzten LED lag nur noch eine Spannung von 2,7 Volt an. Diese liegt damit unter dem Betriebsspannungsbereich der LED von 3,5 Volt. Kommt nun noch ein Spannungsverlust von 1 Volt auf der Zuleitung hinzu, haben wir definitiv ein Problem mit dem Streifen (Flackern, Flimmern oder keine Reaktion).
Deshalb muss ein digitales LED-Band oft nach 1 bis 2 Metern wieder mit Strom versorgt werden. Zum Glück gibt es seit kurzem die WS2818 LED mit 12 Volt Spannung und somit geringerem Stromverbrauch. Mein WS2812b Streifen mit 9 Watt/Meter kommt in der Praxis auf maximal 6 Watt/Meter. Somit hat jede LED in meinem Strip eine maximale Stromaufnahme von 40mA.
Nun aber viel Spaß beim Messen und Rechnen!
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