Luces LED PWMed de cable largo

así que planeo construir una casa (en algún momento en el futuro) y me gustaría implementar algún tipo de domótica. Ahora, una de las cosas que me gustaría tener es iluminación PWMed. La mayoría de las luces serían luces LED de 12 V que consumen alrededor de 0,3 A cada una.

Planeo tener Arduino (bajo el techo de cartón yeso accesible a través de una puerta de revisión) en cada habitación que (entre otras cosas) controlaría las luces a través de TLC5940 + TLP250 + MOSFET . Esto es solo para ilustrar cómo se vería en una habitación:

Plano de luces de techo

Cada línea roja representa un par de cables. Estimo que el cable más largo podría ser de 8 m (26 pies) y para eso necesito usar un cable de 20 AWG para tener menos del 3% de caída de voltaje. Cada luz sería regulable (proporcionada por TLC5940 a una frecuencia PWM de 1 kHz) y alimentada desde una sola fuente de alimentación de 12 V (por habitación).

Todo esto funciona bien en una placa de prueba con cables cortos y un par de luces, pero no estoy seguro de qué tan bien se comportará con cables largos y muchas luces (como 20). Ya compré un poco de cable para poder probar algunas luces en un cable largo. E incluso podría parecer que funciona bien, pero estoy tratando de diseñarlo para no tener que reemplazar las piezas todos los meses.

Así que aquí hay cosas que me gustaría preguntar:

  1. ¿Funcionará PWM razonablemente bien a una distancia tan larga? Tales cables largos tienen una capacitancia, inductancia y resistencia no despreciables, así que sé que no voy a obtener una señal cuadrada en el otro extremo del cable (ni mucho menos), pero no estoy tratando de comunicarme con la luz, solo tratando de encender arriba ¿La falta de cuadrado causará algún efecto negativo en el brillo o en el propio LED?

  2. Los cables largos son antenas. ¿Podría una tormenta eléctrica inducir un voltaje tan alto en esos cables que dañaría las luces o los MOSFET? Arduino estará optoaislado a través de TLP250, por lo que no debería haber daños. Además, si hay líneas eléctricas (230 V) que crucen esos cables, por ejemplo, para controlar persianas eléctricas, ¿el cambio de persianas hará que las luces parpadeen?

  3. ¿Necesito alguna protección para las luces o los MOSFET? Me refiero a un diodo flyback...

  4. 20 luces PWM a 1 kHz en un cable de 8 m de largo... ¿Generará eso mucha EMI que podría distraer a otros dispositivos en el hogar? Por cierto. también habrá tiras de LED regulables (12V, 4-5A) pero con suerte no en un cable muy largo. Como mencioné, planeo usar un cable de 20 AWG (podría usar cables de menor diámetro para distancias más cortas) para las luces y parece que falta (o casi no) un cable de 20 AWG trenzado y blindado. Por otro lado, el cable de altavoz de 20 AWG está disponible en todas partes. ¿Cuánta diferencia habrá entre un cable de altavoz y un cable trenzado y/o blindado (si puedo conseguir alguno)?

  5. ¿Algo más que pueda causar problemas de cualquier tipo que se te ocurra?

Por cierto. No lo dije explícitamente en las preguntas, pero no solo busco las respuestas sino también las soluciones. Si sabe cómo se puede solucionar un problema en particular, es decir. Doy la bienvenida y agradezco cualquier comentario/retroalimentación.

Respuestas (1)

La capacitancia del cable a tal corriente es insignificantemente pequeña. No te preocupes por esto en absoluto.

Según wikipedia, la resistencia típica del cable AWG 20 es de 33,31 ohmios/km.

Con una distancia de 8 m, la corriente recorre 16 m de conductor en total (hay 2 líneas/núcleos en el cable). 0,016km * 33 ohm = alrededor de 0,5ohm A 1A de corriente perderá U=I*R = 1*0,5 = 0,5V

¿Quizás usar un cable un poco más grueso para reducir las pérdidas de voltaje/energía? Además, las diferencias de resistencia atenuarán sus "leds lejanos" más que los "leds más cercanos".

Los cables largos sin blindaje con una señal PWM de pocos amperios emitirán algo de EM, y es posible que lo escuche en su equipo de audio. Para evitar que pueda colocar transistores en los LED y usar 2 cables, uno coaxial solo para la señal PWM y AWG para la alimentación. Al final del cable de alimentación y antes del transistor, coloque un condensador electrolítico para reducir el ruido EMC emitido por el cable de alimentación. Así (eso es solo visualización de ideas):

ingrese la descripción de la imagen aquí

Tiene una inductancia muy pequeña allí, no necesita un diodo de retorno.

Lo siento si cometí algunos errores de idioma, mi inglés no es perfecto.

De acuerdo con esto, perderé 1V en un cable de 20 AWG y 1A. Pero como digo, los LED consumen 0,3A por lo que la caída de tensión rondará los 0,3V. Con suerte, eso no debería causar una gran diferencia de brillo entre las luces cercanas y lejanas (tal vez con brillos muy bajos, pero puedo compensar en el código). Y definitivamente también puedo usar un cable más grueso si encuentro que la caída de voltaje es un problema.
El cable coaxial es una idea interesante, ¿te refieres a un cable estándar de 75 ohmios? Entonces necesitaría comprar el doble de cable :) pero preferiría invertir ahora que tener problemas más adelante. ¿No sería suficiente un cable blindado de 20 AWG para reducir la EMI?
Me refiero a un cable más barato y delgado. 75 ohm es bastante grueso y demasiado caro para esto. Y sí, puede usar blindado 20 AWG. Pensé que habrá más actual.