Berechnungen zu WS28XX Digital LEDs

Oft erhalte ich Anfragen via E-Mail von Besucher meiner Webseite, welchen Leitungsquerschnitt ich für die Verkabelung ihres digitalen LED Streifen empfehle. Das diese Frage nicht ganz so einfach ist, soll dieser Artikel anhand eines Beispiels zeigen. Zuvor aber hier das Formular zur Berechnung des Leitungsquerschnitts für digitale LED Strips. 

 
  Leitungsquerschnitt berechnen


  Leitungslänge (Meter)

 


  Spannungsabfall (Volt)

 


  Strom (Ampere)

 


  Empfohlener Leitungsquerschnitt:

3,57 mm²

 

Wie Ihr seht, müsst Ihr nur drei Eingaben tätigen. Der Querschnitt ist abhängig von Eurer länge der Zuleitung, eine pauschale Aussage ist nicht möglich.

Was auch einfach ist, ist der maximale Strom. Laut Datenblatt einer WS2812b RGB LED liegt der Strom pro Farbe bei 20mA, insgesamt maximal 60mA pro LED (theoretisch). Das macht bei einem WS2812b LED Streifen mit 30 LEDs/Meter rund 1,8A. Das stimmt auch mit dem Typenschild überein. Ihr braucht also nur die Anzahl der LEDs kennen.


Typenschild

P = U * I —-> 5 Volt * 1,8 Ampere = 9 Watt 

 

Häufig werden LED Streifen auf Rollen zu je 5 Meter angeboten, das macht bei einem WS2812b RGB LED Streifen mit 60 LEDs/Meter gerade mal 18 Ampere (90 Watt). Die Frage nach der Netzteilleistung sollte sich somit auch erledigt haben.

Gebt Ihr diese Parameter im Formular ein, habt Ihr schon einen ordentlichen Querschnitt. Daher mein Rat, immer die Anschlussleitungen so kurz wie möglich. Das Netzteil direkt am Streifen anschließen, wenn möglich.

Somit kommen wir zum letzten Parameter, der etwas schwieriger zu beantworten ist. Das ist der Spannungsverlust auf der Leitung. Ich schlage maximal 1 Volt bei 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 aber, die WS2812b LED hat einen Betriebsspannungsbereich von 3,5 bis 5,3 Volt. 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 am LED Streifen an. Wer jetzt auf die Idee kommen, und das Netzteil auf 6 Volt einstellt, liegt falsch. Wenn alle LEDs aus sind, fließt kein Strom, und die 6 Volt liegen am LED Chip an. 6 Volt sind aber ausserhalb des Betriebsspannungsbereich von 5,3 Volt, unter umständen führt das zu irreversible Schäden am LED Chip.

Wer nun meint, man kann mit 1 Volt Spannungsverlust leben, hat ein weiteres Problem. Messungen an einem WS2812B RGB LED Streifen mit 30 LEDs pro Meter und 5 Meter länge, ergaben bei mir in der Praxis einen Spannungsverlust von 2,3 Volt am Streifen. Bei dieser Messung hatte noch die erste LED eine Spannung von 5 Volt (alle LEDs an, maximaler Strom) lag bei der letzten LED eine Spannung von nur noch 2,7 Volt an. Dieses liegt somit unter den Betriebsspannungsbereich der LED von 3,5 Volt. Würde nun noch ein Spannungsverlust von 1 Volt auf der Zuleitung hinzukommen, hätten wir definitiv ein Problem mit dem Streifen (Blitze, Flimmern bzw. keine Reaktion mehr).

Daher muss ein digitaler LED Streifen oft nach 1 - 2 Meter neu eingespeist werden. Zum Glück gibt es neuerdings die WS2818 LED mit 12Volt Spannung und somit niedrigerer Stromaufnahme. Mein WS2812b Strip mit 9 Watt/Meter, kommt auf maximal 6 Watt/Meter in der Praxis. Also hat jede LED bei meinem Streifen eine maximale Stromaufnahme von 40mA. 

Nun aber, viel Spaß bei euren Messungen und Berechnungen!