¿Cómo se alimentan los LED individuales en tiras de LED (o matrices o cubos) cuando se alimentan con >=12V en lugar de 5V?

Me he estado preguntando acerca de las tiras de LED y cómo se alimentan sus LED individuales.

Mi conocimiento sobre los LED es muy básico. Sé que son diodos, sé que tienden a consumir más corriente de la que les conviene, por lo tanto, la corriente debe limitarse. Eso sucede, por ejemplo, a través de una fuente de alimentación de corriente constante o una resistencia delante de cada LED. El primero, hasta donde yo lo entiendo, solo tiene sentido si sabe exactamente cuánta corriente se va a consumir, lo que se relaciona con la necesidad de saber la cantidad exacta de LED que se deben controlar, lo cual no es el caso de las tiras de LED. que puedes cortar en casi todas partes. Además, al menos eso es lo que asumo al escribir esta publicación, los LED individuales deben suministrarse con voltajes moderados <= 5V, de lo contrario, podrían dañarse.

Por lo tanto, existe ese protocolo WS28xx que controla las tiras de LED, los cubos, las matrices... en los que puede abordar los LED individuales (grupos de) de forma individual.

Y luego están esos LED "5050", que entiendo como paquetes físicos para LED (RGB (W)) que tienen cualquier lógica de control encima (por ejemplo, implementar uno de esos protocolos WS28xx).

Están esas famosas tiras de LED WS2812B con paquetes 5050 que contienen LED RGB donde no solo puede abordar cada paquete RGB 5050, sino también cada LED físico dentro (= cada color). Esas tiras se pueden cortar después de (casi) cada paquete 5050 y funcionan con 5 V, lo que tiene sentido para mí, ya que puede "simplemente" alimentar cada LED físico con esos 5 V (nuevamente, la limitación de corriente aún es necesaria). Luego están esas tiras WS28xx que pueden alimentarse con 12 V donde, sin embargo, solo los LED de grupos de tres pueden direccionarse individualmente (lo que probablemente no signifique los tres LED físicos (= colores) en un paquete 5050, sino un LED físico (= color ) en tres paquetes 5050). Lo que también me parece sensato, como 12V/3 = 4V, que probablemente también esté bien para controlar LED individuales.

Sin embargo, me hace preguntarme cómo cortar las tiras entonces. Según tengo entendido también solo podría cortarlos en grupos de tres, como si la última parte fuera solo un grupo de dos o incluso un paquete 5050, recibirían un voltaje demasiado alto de 12V/2 = 6V o incluso 12V/1 = 12V. Pero al menos las tiras tontas (=no WS28xx) 12V/24V RGB, así como las tiras solo blancas que tengo aquí, aparentemente puedo cortar después de cada paquete 5050.

Luego están las tiras de LED RGB WS2815 relativamente nuevas, que también funcionan con 12 V, se pueden cortar después de cada paquete 5050 y donde cada LED físico (como en: cada color dentro de cada paquete 5050) se puede abordar individualmente sin ninguna agrupación.

Pregunta:

¿Cómo logran esas tiras de LED >= 12V, que se pueden cortar después de cada paquete de LED / 5050, controlar los LED individuales (físicos) a voltajes no dañinos?

Conocimiento a medias: dudo que cada paquete tenga un convertidor reductor de CC-CC, sería demasiado grande / costoso. Además, no puedo imaginar que la energía restante (12V-5V = 8V) se disperse como calor (suena como un horrible desperdicio de energía y también me pregunto si esas tiras podrían soportar el calor). Al mirar algunas hojas de datos (ciertamente bastante dudosas) de las nuevas tiras WS2815, puedo ver que algunas mencionan un control PWM de 2 kHz como parte del paquete 5050. ¿Son esos LED físicos individuales tal vez PWM'ed por> = 12V de una manera para que no se dañen? Si no es así directamente (porque todavía es> = 12V), ¿podría imaginar que la curva PWM se aplana para que se reduzca a un voltaje razonable? Sin embargo, esta es solo una especulación basada en un conocimiento a medias...

Respuestas (2)

como cortar las tiras entonces

Donde dice la etiqueta ;)

Las tiras de LED estándar de 12 V utilizan cadenas de LED en serie. Dado que el Vf de un LED blanco está un poco por encima de 3V, simplemente conectan 3 LED en serie, lo que genera un poco más de 9V. Se agrega una resistencia de ajuste de corriente a cada cadena en serie para absorber el voltaje adicional.

Las tiras de 24 V utilizan la misma disposición con 6 o 7 LED blancos en serie. Si usan 7 LED en lugar de 6 se obtiene un poco más de eficiencia ya que se desperdicia menos voltaje en la resistencia, a costa de una peor regulación de corriente ya que la corriente dependerá más del voltaje.

Entonces, si observa la tira, verá una resistencia por serie de LED.

Ahora podría decir... los LED rojos o verdes usan menos de 3 V, por lo que seguramente podríamos usar más LED en serie... Nunca he visto una tira que haga eso, presumiblemente usan el mismo PCB para todos los colores, lo que significa las tiras rojas desperdician mucho más voltaje en la resistencia.

Los LED direccionables individualmente utilizan un esquema diferente.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este es el chip WS2811 que es similar al que encontrará dentro de un LED WS2812. Como puede ver en el esquema, tiene tres fuentes de corriente constante (una por color). Por lo tanto, necesita un voltaje de suministro igual al menos al Vf más alto de los tres LED, que será el azul a alrededor de 3 V, más cualquier voltaje que requiera el circuito de corriente constante dentro del chip. Y sí, el exceso de voltaje se convierte en calor. Este es un problema para el verde y el rojo, que tienen un Vf más bajo y, por lo tanto, más voltaje desperdiciado.

Tenga en cuenta que los LED funcionan con corriente constante mediante un circuito dentro del chip, que se enciende y apaga mediante PWM. Los LED no están conectados al voltaje de suministro directamente mediante un simple interruptor FET, como lo implica su pregunta. Básicamente, si el suministro es de 5 V y el LED necesita 3 V para obtener la corriente deseada de 20 mA, entonces el circuito del chip dejará caer los 2 V adicionales. Por lo tanto, obtiene 3/5 de energía útil en el LED y 2/5 desperdiciados como calor.

La ilustración de arriba también muestra una forma de usar un voltaje de fuente de alimentación más alto conectando más LED en serie. En este caso, ya no obtendrá píxeles direccionables individualmente, ya que cada chip controla 3 LED RGB, pero obtendrá una mayor eficiencia, menor corriente y una mejor tolerancia a la caída de voltaje a lo largo de la tira. También podría ser más económico, ya que utiliza menos chips. Esto es lo que encontrarás en esas tiras RGB direccionables de 12V o 24V que solo se pueden cortar cada 3 o 6 LEDs.

Otra opción es GS8208; Creo que WS2815 usa el mismo arreglo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Este tiene solo una fuente de corriente constante y conecta los LED en serie, con FET internos que cortan los LED que no están en uso. Por lo tanto, un chip puede controlar un LED RGB con 12 V y un desperdicio mínimo de voltaje.

Si quiere luz blanca, entonces 12V GS8208 será más eficiente que 5V WS2812, pero si solo quiere luz roja, verde o azul, seguirá usando la misma cantidad de corriente para alimentar un LED de un solo color de 12V, lo que significa que todo el el exceso de voltaje se convertirá en calor dentro del chip y será menos eficiente que WS2812...

Los leds de la serie WS28xx tienen un circuito integrado para hacer el PWM y el protocolo. Por lo tanto, no es irrazonable que los de 12 V (y los de 5 V) manipulen el PWM de modo que los LED no se dañen. Una cosa a tener en cuenta con los LED es que la corriente debe limitarse, no el voltaje, pero el voltaje debe ser suficiente para encender el LED (que varía según el LED real y el color).