Eficiencia LED direccionable de 5 V frente a 12 V

Esto es más interesante de lo que parece a primera vista. El WS2815 parece haber sido fabricado en más de una revisión, pero el último diseño utiliza un ingenioso truco de serie de corriente constante.

La mitad inferior es un regulador de corriente constante (digamos 16ma). El riel superior está a 12v.

1. Si no quieres leds, apagas el regulador.
2. Si desea 0xFF0000 (rojo), apague PWM3 y PWM1 y 2 ENCENDIDO; los LED verde y azul en realidad están en cortocircuito.
3. Luego, 16 ma fluyen solo a través del LED rojo, cayendo alrededor de 1.2v en el proceso. El resto (unos 10,5v) se disipa en forma de calor en el regulador de corriente. Esto es bastante ineficiente (la mayoría de los 192 mw se usan como calor). Sin embargo....
4. Curiosamente, el consumo de corriente de 16ma del chip sigue siendo el mismo cuando enciende Rojo+Verde o incluso Rojo+Verde+Azul: la potencia de pared consumida es la misma (suponiendo una intensidad de 0xff, de lo contrario es más complejo), la diferencia es que se descarga menos energía como calor en el regulador CC, y más pasa a través de los LED. La suma es la misma.
5. Por lo tanto, la eficiencia de esto es interesantemente diferente a la de un WS2812B de 5v; cuando se maneja 0xFFFFFF, en realidad es un poco más eficiente, sin embargo, cuando se muestra 0xFF0000 (o cualquier otro color único R/G/B) es mucho menos.
6. Me gusta como diseño; es muy barato, no es tan terriblemente ineficiente como supuse al principio. Funcionará bien en tiras de LED más largas por varias razones; sobre todo porque una tira de 300 LED en 0xffffff ahora solo tira alrededor de 5A @ 12v no 15A @ 5v, por lo que hay menos pérdidas y mucho menos calentamiento de la tira debido a la resistencia del rastro de cobre. Además, más tolerancia a la caída del carril.
7. Agregar un convertidor reductor real dentro del LED parece imposible (económico) en los niveles de potencia requeridos.

En breve; el consumo de energía en WS2815 está determinado por MAX (r, g, b) NO SUM (r, g, b) como lo fue en los LED de 5v.

Aquí hay una toma detallada: tenga en cuenta que no todos los WS2815 se ven así; parece que las primeras versiones pueden no haber usado el truco de la serie

Tenga en cuenta que los troqueles LED verde y azul están aislados de las almohadillas en las que se asientan y tienen dos conexiones de cables.

El Red solo tiene uno porque está conectado a la plataforma de 12v en la que está sentado.

El pad "NC" es, creo, ~ 5v derivado del regulador CC, y se usa para ejecutar la lógica del chip. El componente (0201) visible dentro del LED creo que es una tapa de desacoplamiento para ese suministro

Actualización: Esto lo confirma alguien que mide el consumo de energía de una tira de 75 LED;

Para responder a tu primera pregunta, sí. El resto de la ventana de voltaje se disipará como calor.
Por eficiencia, llegué a la misma conclusión que @Wesley Lee. Si observa la hoja de datos del controlador WS2811 (que parece ser lo que está incrustado en los Neopixels WS281X), en realidad hay un ejemplo para 5V con un LED de cada color y un ejemplo para 12V con 3 LED de cada color:

Si hace algunos cálculos rápidos, puede ver que a 5 V, con 2,1 V en el LED, tiene una eficiencia de 2,1/5 = 42 %. A 12 V con 3 LED, tiene una eficiencia de 6,3/12 = 52,5 %, lo que explicaría la diferencia de lúmenes/vatios entre los dos.

¡Espero que esto ayude!