Maximice la eficiencia y el brillo de la tira de luces LED 5630 SMD de 5 m, barata y de color diferente

Soy profesor de ciencias y este año vamos a explorar diferentes diseños/efectos de configuraciones de luces de crecimiento en clase. Obtuve algunas ideas geniales para este proyecto leyendo este sitio de stackexchange, ¡gracias! También veo problemas que ni siquiera había considerado, gracias dobles :-)

Por razones de costo, brillo y versatilidad, compraré las tiras de ~ $ 10/5 m de LED 5630 SMD. Pero, hay problemas de eficiencia (las resistencias de control de corriente desperdician energía) y el brillo no realizado que debe abordarse y también aquí .

Primero, en la pregunta que explora por qué hubo una pérdida de energía tan grande con los LED que son energéticamente eficientes., se explicó que las tiras de LED azules y blancas pueden tener una eficiencia de hasta el 80 %, pero las tiras de LED rojas solo tienen una eficiencia del 45 %. Ahora, no es la 'falla' del LED, como entendí esa discusión, sino el diseño del circuito. Las tiras (lamentablemente) usaban un diseño de circuito consistente, independientemente del voltaje directo de los LED que se usaban. Los LED azules y blancos tienen un voltaje directo de 3-3,6 y con 3 en serie, lo que significa que necesitarán entre 9 y 10,8 de esos voltios, pero los LED rojos tienen 2-2,2 Vf, por lo que solo necesitarán de 6 a 6,6 de esos voltios. . Y, si uno está usando una fuente de alimentación de 12 V, hay mucha 'presión' que debe reducirse con resistencia. Y según tengo entendido, las resistencias 'desperdician' esa energía. Entonces... me pregunto, si puedo hacer coincidir mi fuente de alimentación más de cerca con las demandas de lo que necesita cada módulo de 3 LED y luego ajustar la resistencia a lo que debe ser, podría aumentar sustancialmente la eficiencia de las tiras. (Lo sé, es una locura, pero recuerde, tengo muchos estudiantes que estarían encantados de soldar resistencias en paralelo en estas tiras, una oportunidad de aprendizaje).

¿Qué piensa usted acerca de esta idea? Muchos de estos sitios donde compro no brindan las especificaciones Vf de los LED 5630 individuales, entonces, ¿cómo podría averiguarlo?

En relación con esa pregunta, ¿cómo debo decidir a qué corriente conducir estos LED (para poder calcular la resistencia total que necesitará cada módulo)? La discusión sobre por qué una tira de LED usaba menos energía de la esperada me hizo preguntarme si debería conducir las tiras a un voltaje más alto de lo que recomiendan, por ejemplo, 14,5 voltios para obtener el brillo esperado como se indica en esa discusión. Sé que los disipadores de calor y la vida útil de los LED se relacionan con esto, también me gustaría escuchar las opiniones y recomendaciones de la gente sobre esto.

Para aquellas personas interesadas, a partir de las conversaciones con los encargados de la planta que he tenido en la U de MN sobre este proyecto, voy a sugerir a mis alumnos que comiencen con una proporción de 3:2:1 de rojo:blanco cálido: LED azules en sus diseños iniciales de sistemas de cultivo de plantas (aunque esa es la proporción de lúmenes, por lo que, según los comentarios sobre las preguntas anteriores, es posible que esta no sea la proporción de luces).

EDITAR para incluir nuevas preguntas de los comentarios: ¿Necesito la hoja de datos para determinar cuál es el valor de luz más alto al que puedo conducir el LED y aún así tener una vida útil prolongada? O puedo conducirlo hasta que alcance una temperatura de regla general.

Además, parece que cuanto más cerca se puede hacer coincidir el voltaje de la fuente de alimentación con la suma del Vf de los LED, más pequeña es la resistencia y, por lo tanto, menos energía desperdiciada. ¿Es eso cierto? ¿Qué margen de error se debe calcular? (Por cierto, sí, cada uno de los módulos tiene 3 LED y 1 resistencia en paralelo).

¡Divertirse! ¿Eres consciente de que no necesitas ninguna luz verde ya que las plantas solo la reflejan? (Por eso se ven verdes).
@transistor De hecho! Parte de lo bueno cuando usas solo los LED de longitud de onda rojo y azul en la planta es que las hojas se ven casi negras. Y, curiosamente, la práctica/investigación actual muestra, sin embargo, la importancia de las longitudes de onda más allá de las partes rojas/azules esperadas del espectro. Además, que diferentes tipos de plantas necesitan diferentes combinaciones. Por estas razones, también se usa algo de luz blanca (aunque aún no se sabe si usar un valor K alto o bajo).

Respuestas (1)

En primer lugar, para encontrar el Vf de los LED, su mejor apuesta es encontrar un componente similar de un proveedor importante (RS, Farnell, etc.). Encontré un LED rojo 5630 de componentes RS, aunque esto no es 100% preciso, le dará un punto de partida relativamente cercano.

Muchas de estas tiras requieren un suministro de 12 V porque es simple y la mayoría de las personas que usan estas tiras no piensan tanto como usted. Si desea mantener el mismo brillo de las tiras que cuando llegaron por primera vez, entonces es una operación relativamente simple.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Sus tiras pueden tener una configuración diferente a esta (1 resistencia por LED, menos LED en serie, etc.) pero el principio sigue siendo el mismo. Para mantener el mismo "brillo", la misma corriente deberá fluir a través de cada rama de los LED.

Ahora acabo de usar 100 mA según la hoja de datos del LED rojo 5630 que vinculé. Para calcular la corriente que fluye a través de su rama de LED, necesita encontrar la resistencia total por rama. Usando hojas de datos para obtener una caída de voltaje estimada de los LED, puede calcular cuánto voltaje cae a través de la (s) resistencia (s) y usar la Ley de Ohms para resolver I.

La desventaja es que, para obtener la máxima eficiencia, necesitará una fuente de alimentación diferente para su tira de LED roja y su tira de LED azul/blanca.

Este es el caso si desea que las tiras de LED tengan el mismo brillo con el que llegaron, si desea igualar el brillo de las diferentes tiras de LED, será un poco más difícil sin las hojas de datos originales.

Usando la hoja de datos que vinculé, podemos ver que la intensidad luminosa del LED rojo es típicamente 4.2cd, si queremos hacer coincidir esto con un LED verde con una intensidad luminosa de 2.8cd, debemos buscar en la hoja de datos del LED rojo y encontrar dos gráficos. Corriente directa frente a voltaje directo e intensidad luminosa frente a corriente directa.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Usando nuestro valor de ejemplo de verde de 2,8 cd, la intensidad luminosa de nuestros LED rojos de 4,2 cd debe estar al 66 % de su valor actual (2,8 es el 66 % de 4,2). En los gráficos de la hoja de datos, ahora podemos calcular la corriente directa requerida para tener la intensidad luminosa de los LED rojos en 2.8cd y también el voltaje directo.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Ahora que sabemos cuál es el voltaje directo del LED requerido para 2.8cd, podemos ajustar nuestro primer esquema en consecuencia.

esquemático

simular este circuito

Es posible que me haya desviado un poco del tema en algunos puntos y me haya divagado demasiado, pero espero haberte brindado algún tipo de ayuda.

Editar en respuesta a las preguntas en los comentarios:

Todo el voltaje que cae a través de la resistencia es esencialmente un desperdicio. Cuanto más cerca de la fuente de voltaje al Vf combinado de los LED, menor será la resistencia requerida y, por lo tanto, menos desperdicio de energía.

Me perdí por completo esto antes, pero pensar ahora se ha vuelto obvio. Si alimentas la tira LED con 12V. Usando un multímetro, mida el voltaje a través de la resistencia en la cadena de LED. Luego puede restar este valor medido de su suministro de 12 V y calcular el Vf combinado de los 3 LED. Luego simplemente divida este valor por 3 para obtener un Vf promedio aproximado por LED.

Para determinar el "valor de luz más alto", necesitará saber cuál es la corriente directa máxima que, lamentablemente, se encuentra en la hoja de datos. De otros 5630 que he visto, parecen tener una corriente directa máxima de alrededor de 150 mA, desafortunadamente, este podría ser un caso de "Pruebe 100 mA, ¿murió? Pruebe 150 mA, ¿murió?". Es probable que el proveedor los lleve muy por debajo de su valor máximo.

En términos de margen de error para calcular. Un lote de LED tendrá valores de Vf variables, es por eso que sugerí encontrar el Vf combinado para 3 y tomar un promedio. Dudo que haya diferencias significativas entre las ramas de LED. Sin embargo, para ir a lo seguro, siempre elegiría el valor de resistencia estándar que está por encima de lo que calcula, por ejemplo, 44.43R, usaría una resistencia 47R.

¡Gracias @Hayman! Esto parece exactamente lo que necesito. Tendré que estudiar esto más a fondo cuando tenga algo de tiempo para concentrarme esta noche y, sin duda, tengo algunas preguntas más. (Por cierto: lo que llamas 'divagar' yo lo llamo el trabajo esencial de los guías turísticos, incluidos aquellos que trabajan en el terreno del conocimiento :-))
O, si disecciono uno de los 5630 y observo su estructura subyacente, y lo comparo con las hojas de datos disponibles, ¿podría eso permitirme identificar el modelo específico?
@DavidG He editado mi respuesta en la parte inferior para responder a sus preguntas con suerte.
¡Esto es genial! Gracias @Hayman por su amplia ayuda, esto me da todas las respuestas sobre los LED que necesito en este momento: ahora solo estoy experimentando con algunos módulos. Tengo 1 pregunta nueva sobre la adaptación de las fuentes de alimentación de la computadora, pero la haré como una pregunta nueva para que sea más fácil de buscar para otras personas en el futuro.
Eliminé los comentarios respondidos de la sección de comentarios y los agregué como una edición a la pregunta principal. ¡Gracias y votaré tu gran respuesta cuando tenga suficientes puntos!
Estas tiras usan 12 V porque se usaron originalmente en aplicaciones automotrices donde 12 ~ 14.5 voltios es estándar, y originalmente se usaron paquetes de LED rgb de 3 diodos 5050. El diseño está bastante pensado. Los paquetes de LED y los tipos de tiras más nuevos continúan usando 12 V porque se ha demostrado que el diseño funciona y el consumidor general ya está familiarizado con él.
@Passerby La aplicación automotriz de la que no tenía idea. Pensé que solo eligieron 12 V debido a que es uno de los voltajes de suministro comunes (5, 9, 12, 24)
Maximice la eficiencia y el brillo de la tira de luces LED 5630 SMD de 5 m, barata y de color diferente
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v