Grundlagenverständnis zum Strom beim flexiblen LED RGB SMD Strip

  • Datenbeispiel - wir haben folgendes, als Ausgangspunkt:


    Netzteil 12v 5A
    Controller max. 3x2A


    10m (2x5m) LED SMD 5050 RGB Strip mit 30 SMDs/m (300 SMDs/10m)


    Tri-Chip SMD LED 5050:
    0,02A (20mA) pro RGB Farbe (rot/grün/blau) = 3x0,02A => 0,06A pro RGB SMD



    Strip besteht aus einer kombinierte Reihen-/Parallelschaltung. Strip ist parallel, aber unterteilt in jeweils 10cm mit 3 RGB SMDs in Reihe geschaltet.
    Bei Reihenschaltung addieren sich keine Ströme => Pro "3er-Paket" auf dem Strip fließen "nur" einmal 0.02A pro Farbe => 0.06A.


    Umgelegt auf den 10m RGB Strip mit insg. 300 SMDs: 300 LED = 100 "Pakete" = 100 x 0.02A x 3 (Farben) = 6A
    ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------


    Frage:


    1)Obige Berechnung bzw. Verständnis zum LED RGB Strip ist richtig?


    2)Demnach würde das im Beispiel verwendete 12v 5A Netzteil zu wenig Leistung bringen, denn 6A fordert der Strip. Folge könnte ein Durchbrennen des Netzteiles sein, korrekt?

  • In allen Punkten korrekt. Wenn es ein anständiges Netzteil ist, kann es den Strom aber auch eine Weile aushalten oder geht mit der Spannung runter, was den Strom verringert. Bei den üblichen 5A Netzteilen die mit solchen Stripes mitgeliefert werden, ist das aber nicht der Fall.


    Auf der anderen Seite sind aber auch viele Stripes nicht auf 20mA ausgelegt sondern es fließt weniger Strom - zudem gibt es bei langen Stücken (10m Stripe) auch einen Spannungsverlust auf den Leitungen, der die Spannung an den hinteren LEDs verringert, wodurch auch dort weniger Strom fließt - das alles zusammen kann durchaus dazu führen, dass tatsächlich nur 5A oder auch weniger benötigt werden - hier hilft aber nur nachmessen.

  • ah ok, ich verstehe. Gibt es denn so was wie eine allgemeine Faustregel zum Spannungsverlust auf Meter gesehen?


    Wenn also demnach die letzteren LEDs verringerte Spannung abbekommen, ist das also auch der Grund warum es dort dann auch zu verringerter Leuchtkraft kommen kann?

  • Der Spannungsverlust hängt von der Breite der Leiterbahnen und dem fließenden Strom ab - ob da alle Chinesen die selben Stripes als Grundlage (und damit die selben Leiterbahnen) verwenden weiß ich nicht, vermutlich aber schon.


    Wenn du Verbinder statt Löten benutzt, verlierst du in vielen Fällen auch noch Spannung an den Kontakten, weil sie nicht perfekt kontaktieren - Als Zusatzinfo weil du die im anderen Thread empfohlen hattest.


    Verringerte Leuchtkraft: Korrekt

  • Erstmal ganz lieben dank für deine professionelle Hilfe!


    Wie ist da denn eigentlich mit dieser Zusatzbestromung zu verstehen. Wenn jetzt das Ende am Strip weniger leuchtet, kann man ja wohl dagegen einwirken, indem man vom Controller durch T Stück, oder 2ten Outlet wenn vorhanden, noch zusätzlich das Ende des Strips anschließt.


    Ist also insofern wie ein geschlossener Kreis angeschlossen.


    1) Warum es dann besser funktioniert, liegt dann also am geringeren Spannungsverlust, da ja Anfang und Ende eingespeist wird, korrekt?
    2) Geht das wirklich, da ich eher gedacht hätte, dass es dann irgendwie knallt, wenn von beiden Seiten der Strom aufeinander zu läuft...

  • Da der Spannungsverlust vom durchfließenden Strom abhängt, teilst du den sozusagen auf die beiden Enden (Anfang und Ende) auf, wodurch der Spannungsabfall geringer wird. Du könntest vereinfacht sagen: Wenn ich ein 10m-Stück habe und an einem Ende einspeise, muss der ganze Strom für 10m durch das Anschlussstück des Stripes, wenn du am Ende auch einspeist, hast du sozusagen nurnoch 5m Stücke, aber davon eben zwei.


    Der Stripe besteht intern ja aus parallel geschalteten LED-Gruppen... Deswegen ist die Versorgungsspannung (unter Vernachlässigung des genannten Spannungsabfalls) überall die selbe - da du an die 12V Seite 12V anschließt und an die GND-Seite 0V ändert sich für den Strom gar nichts (der läuft nicht aufeinander zu), der kann sich nur zwischen zwei Wegen entscheiden und nimmt den des geringsten Widerstandes ;-)


    Den selben Effekt (10m Stripe vorne und hinten einspeisen) bekommst du übrigens auch, wenn du einfach den Strom in die Mitte einbringst - ist dann sogar ein bisschen besser (keine Masseschleifen) aber in den meisten Fällen wirst du das kaum merken.

  • ok klasse, habe ich nun verstanden, demnach 2 Option, wenn die Leuchtkraft nachlässt:


    Vom Controller aus am 10m Strip den Anfang und das Ende anschließen oder noch besser, 10m teilen und jeweils am Controller "einzeln" 5m anschließen.


    Hammer - Danke!

  • Wie sieht das denn dann beim Thema Kabel aus.


    Soweit ich weiß muss ich auf den Kabelquerschnitt achten.


    Zum einen habe ich gelesen, dass Spannungsabfall zu beachten wäre, was folgernd so berechnet werden kann:


    Spannungsabfall (Volt) = 0,018 x Leitungslänge (Meter, hin und rück zusammengezählt) / Querschnitt (Quadratmillimeter)


    Und unabhängig vom Spannungsabfall, der ja nun quasi die Leuchtkraft beeinflussen würde, gibt es folgende Faustregel für den zu verwendenden Querschnitt, damit kein Kabelbrand entsteht:


    1 A Belastung pro 0,1mm² Kabel


    Ist das technisch soweit richtig?

  • Das haut schon etwa hin (du hast vergessen den Strom da mit rein zu multiplizieren, im Augenblick rechnest du nur den Leitungswiderstand aus, fehlt also noch U = R*I ) - auch wenn dein Spannungsabfall geringer sein wird, weil du ja die eine Strecke des Stroms auf 3 Adern (R,G,B) verteilst und deswegen für die Hälfte der Strecke den dreifachen Querschnitt annehmen könntest.


    Kabelbrand: Ja - aber davon willst du SEHR weit weg bleiben. 0,2V pro Meter (wenn du sagst 1A pro 0,1mm²) klingt erstmal nicht viel, aber 2m hat man schnell zusammen und 0,4V merkst du bei LEDs schon...
    Die Faustregel geht mehr auf die 230V-Ebene, wo es egal ist ob irgendwo ein paar Volt "verheizt" werden

  • ok ich verstehe zwar, dass ich so den Spannungsverlust entsprechend ausrechnen kann. Was mich aber eigentlich brennend interessieren würde, wäre wie ich nun anhand meines oben genannten Wertebeispiels berechne, ob das Kabel zu dünn ist oder nicht?


    Als dazugehörigen Wert hätte ich ein 4 adriges Flachbandkabel mit Leiterquerschnitt


    AWG 22 = 4x 0,32 mm² und
    AWG 20 = 4x 0,51 mm²


    Kann mir das einer berechnen bzw. den Weg mit Vorrechnen aufzeigen, steh auf´m Schlauch...

  • Das sollte dir weiterhelfen.


    mfg
    Link geht nicht.


    Dann machen wir das so:
    Kabelquerschnitte bei Gleichstrom sind ganz wichtig.


    Je mehr Strom fliessen soll und je länger das Kabel sein muss, umso grösser muss der Querschnitt sein.
    Um den Spannungsabfall im Kabel so gering wie möglich zu halten und eine unzulässige Erwärmung
    der Kabel zu vermeiden, ist eine sorgfältige Ermittlung der benötigten Kabelquerschnitte erforderlich. Der Spannungsabfall
    zwischen Stromquelle und Verbraucher darf folgende Werte nicht überschreiten:
    Bordnetz Spannung 12 V
    Positionslaternen 5% 0,60 V
    sonstige Verbraucher 7% 0,84 V
    Der erforderliche Leitungsquerschnitt bei dem der zulässige Spannungsabfall nicht
    überschritten wird, errechnet sich nach folgender Gleichung:
    erforderlicher Leitungsquerschnitt (mm²) = 2x
    Kabellänge (m) x Stromaufnahme (A) 56 x zulässiger Spannungsabfall
    Da der Strom immer einen Hin- und Rückweg hat, ist die Leiterlänge doppelt so gross wie die Kabellänge.
    Die Konstante 56 = Leitwert von Kupfer.
    Das Ergebnis wird auf den nächstgrösseren genormten Kabelquerschnitt aufgerundet.


    0,5 - 0,75 - 1,0 - 1,5 - 2,5 - 4,0 - 6,0 - 10 - 16 - 25 - 35 - 50 - 70 - 95
    Beispiel: Ankerwinde mit 70 A Stromaufnahme, Batterien 10 m entfernt:


    Leitungsquerschnitt= (2x10mx70A)/(56x0,84V)= 29,76 ==> zu wählender Leitungsquerschnitt: 35 mm²


    oder einfacher:
    http://www.pro-umwelt.de/html/spannung.htm





  • ok dann versuch ich das mal vorzurechnen, bitte korrigieren wenns falsch ist :)


    Werte:
    Ausgangspunkt: Netzteilauslastung max. 5A


    Bespiel 1)
    Länge für Kabel - 1m


    Leitungsquerschnitt= (2x1m x 5A)/(56 x 0,84V)= 0,21 ==> zu wählender Leitungsquerschnitt: 0,25 mm²


    Hier reicht also das Kabel AWG 22 = 4x 0,32 mm² locker aus.


    Beispiel 2)
    Länge für Kabel - 2m


    Leitungsquerschnitt= (2x2m x 5A)/(56 x 0,84V)= 0,43 ==> zu wählender Leitungsquerschnitt: 0,5 mm²


    Hier reicht also das Kabel AWG 20 = 4x 0,51 mm² aus


    3) theoretisch müsste man ja eigentlich genau messen, wie viel Ampere an der Stelle ankommt, wo man Verlängern will, richtig?

  • Theoretisch, aber praktisch wirst du 0,2 oder 0,3V hin oder her kaum bemerken an deinem Stripe - Und im Idealfall hast du ein anständiges Netzteil und bei denen kann man häufig die Spannung auch etwas anpassen (12V -> 11-13,5V bspw)

  • ok, dann hab ich es aber zumindest mit der Berechnung soweit verstanden :) Danke dafür!


    Was ich aber irgendwie noch nicht 100% verstehe ist, dass ich 2x den Strom, also hin und zurück in der Berechnung aufnehmen muss.


    Oft sind ja diese farbigen LED Kabel im Gebrauch, sprich 3 Adern in RGB Farben und eine schwarz, wo 12V drauf steht. Gemäß meinem Verständnis zum obigen Beispiel, würde nun der Strom, also max. 5A zum oben genannten Strip-Beispiel über das 12V Pluspol Kabel "hin" und verteilt auf die einzelnen farbigen Kabeladern "zurück" laufen.


    Folglich muss das Pluspol Kabel am größten dimensioniert sein, bzw. den max. Strom (Summe aller Einzelströme) als einzelnes Kabel aushalten können.


    Schlussfolgernd wäre für mich bei der Leitungsquerschnittberechnung nur der Focus auf das eine Kabel zu setzen, da hier der größte Stromfluss durchläuft, aber halt nur in eine Richtung "hin" und nach meiner Auffassung "nicht zurück", wie es aber nun in der Berechnungsformel mit 2x vorkommt?


    Was versteh ich da noch nicht richtig?

  • Richtig, 5A über das "Plus-Kabel" und jeweils 1,66A über die RGB-Leitungen. Eigentlich müsstest du jetzt als Spannungsabfall nur einen Unterfall betrachten:
    Du nimmst 1 Kabel mit 5A und tatsächlich nur einer Strecke und ein zweites Kabel mit 1,66A und ebenfalls nur einer Strecke. Die beiden resultierenden Spannungsabfälle addierst du. Das ist natürlich im Endeffekt nur 2/3 deiner vorherigen Rechnung (5A hin UND zürück) - aber die Rechnungen sind sowieso nicht sonderlich genau (bspw wirst du selten alle Farben auf voller Leistung haben, deshalb werden auch selten 5A durch dein Kabel gehen) - und dickere Kabel sind eh fast immer besser :D


    Ich mache das so: Häufig hat man sowieso 5-adrige Kabel, also spendiere ich der gemeinsamen Leitung einfach 2 Adern - und gut ist :D

  • ach schön dann versteh ich das ja nicht ganz falsch :)


    Wenn ich also 4 gleiche Kabel mit selben Querschnitt habe und eines sozusagen als Zuleitung für den "gesamten" Strom der anderen 3 Kabel zuständig ist, brauche ich ja quasi nur den Querschnitt für das eine Kabel berechnen, wo am meisten Strom durchläuft (passt ja dann eh für die anderen...).


    Folglich würde ja bei der obigen Formeln "2x" für hin und zurück wegfallen und das ist ja fürs Endergebnis schon ein ganz schöner Unterschied (auch wenn das nur pauschale Werte sind, habe verstanden das fürs tatsächliche Ergebnis gemessen werden müsste...)


    Des Weiteren könnte ich auch noch die 2/3 auf den Spannungsverlust umrechnen, was dann nicht 0,84V als Richtwert wären, sondern 0,56V.


    Dann würd ich gerne nochmal neu ohne "2x" und mit neuem Spannungsverlust, die obige Beispielrechnung rechnen:


    Bespiel 1)
    Länge für Kabel - 1m
    Leitungsquerschnitt= (1m x 5A)/(56 x 0,56V)= 0,16 mm


    Beispiel 2)
    Länge für Kabel - 2m


    Leitungsquerschnitt= (2m x 5A)/(56 x 0,56V)= 0,32 mm


    Nun würde nämlich in beiden Bespielen das 4 adrige Kabel AWG 20 = 0,32 mm² theoretisch ausreichen ^^


    Richtig so in der Theorie?

  • Wie gesagt, durch die rückführenden Kabel fließt ebenfalls Strom, den solltest du nicht vernachlässigen...
    Bei der Annahme: Gleicher Kabeldurchmesser, gleichmäßige Verteilung des Strom, kannst du statt deines Faktor "2" eben einen Faktor "4/3" einsetzen - aber das ist immernoch mehr als dein Faktor "1"


    Zudem kommt dein Wert von 0,84V aus eine spezifischen Anforderung der entsprechend verlinkten Seite - wenn du einen 12V LED-Streifen mit nur 11,16V speist, dann wird der schon merklich dunkler. Prinzipiell kannst du auch sagen: 0,01mm² reicht aus, dann glimmen meine LEDs zwar nurnoch (jaja ich weiß, weniger Spannung -> weniger Strom -> weniger Spannungsabfall - aber egal :P ), aber leuchten tun sie... (Krasses Beispiel, aber du verstehst was ich meine?)


    Wenn du die Spannung nicht einstellen kannst und im Hobbybereich die Kabeldicken kaum ein Problem sind, dann nimm einfach 0,75mm² oder 1mm² oder etwas ähnliches, dicker ist immer besser, außer in zwei Gebieten: Wenn du keinen Platz hast (ein sehr flexibles Kabel brauchst bspw) oder wenn du soviel davon verbaust, dass der Kupferpreis ein Problem wird.