Come prevenire le cadute di tensione nelle installazioni di strip a LED lunghe

Nelle installazioni di luci a strisce a LED a lunga distanza, la caduta di tensione è il problema centrale che causa una luminosità irregolare e una durata ridotta. Poiché la corrente nelle strisce LED a bassa tensione (12V/24V) diminuisce con l'aumento della distanza, la perdita di tensione dovuta alla resistenza del filo influisce in modo significativo sulle prestazioni dell'illuminazione all'estremità.

Senza l'intervento, la caduta di tensione può causare una luminosità eccessiva nella parte anteriore e umidità nella parte posteriore, accelerando potenzialmente l'invecchiamento del chip a causa della sovracorrente. Inoltre, le fluttuazioni di tensione possono innescare reazioni a catena come il surriscaldamento localizzato o il guasto del circuito del driver.

Pertanto, affrontare sistematicamente la caduta di tensione richiede un approccio multidimensionale che comprende la progettazione dell'alimentazione, l'ottimizzazione dei circuiti e la selezione delle apparecchiature per garantire un funzionamento stabile del sistema di illuminazione a strisce a LED.

Cos'è la caduta di tensione?

La caduta di tensione nelle strisce LED si riferisce alla progressiva diminuzione della tensione che si verifica durante il funzionamento a causa della resistenza incontrata dalla corrente mentre scorre attraverso componenti come LED e circuiti stampati. Questo fenomeno provoca una luminosità ridotta e un'illuminazione irregolare attraverso la striscia.

In parole povere, si manifesta come luminosità incoerente tra l'inizio e la fine della striscia, con la sezione vicino alla fonte di alimentazione che appare più luminosa mentre l'estremità finale si attenua notevolmente.

La caduta di tensione non solo influisce sulla luminosità e sull'attrattiva estetica delle strisce LED, ma può anche abbreviarne la durata. Pertanto, la corretta comprensione e gestione dei problemi di caduta di tensione è fondamentale per migliorare le prestazioni delle strisce LED.

Come mostrato di seguito: Quando la tensione di ingresso alla striscia LED è di 12V, dopo aver percorso una distanza di 5 metri, la tensione scende a 9,01 V. Questa differenza di 3V rappresenta la caduta di tensione.

Più lunga è la striscia LED, maggiore è la caduta di tensione. Una caduta di tensione superiore a 5% può ridurre la corrente di funzionamento dei chip LED, di conseguenza diminuendone la luminosità.

La caduta di tensione è una quantità fisica che descrive la capacità di un campo elettrico di spostare la carica, nota anche come differenza di potenziale o tensione. Quando la corrente scorre attraverso un conduttore (come fili o resistenze), l'energia elettrica viene convertita in calore a causa della resistenza del conduttore, causando una riduzione della differenza di potenziale tra i suoi terminali.

Lettura correlata: Caduta di tensione sulle strisce LED: Cause e soluzioni.

Cause di caduta di tensione nelle luci di striscia a LED

La caduta di tensione nelle luci a LED è un problema comune che interessa l'uniformità dell'illuminazione, derivante da tre fattori fondamentali: perdita di resistenza del filo di ingresso, conduttività insufficiente della lamina di rame PCB e tensione di ingresso eccessivamente bassa. Di seguito analizziamo questi tre aspetti.

Resistenza al filo

La resistenza del filo è una quantità fisica che misura il grado di opposizione che si incontra con la corrente che scorre attraverso un conduttore. Indica la capacità del conduttore di impedire il flusso di corrente e viene misurata in ohm (Ω). La sua entità dipende dal materiale del filo, dalla lunghezza, dall'area della sezione trasversale e dalla temperatura.

I metalli come il rame e l'alluminio hanno una resistività inferiore, mentre le leghe e i materiali semiconduttori mostrano una maggiore resistività. I fili più lunghi mostrano una maggiore resistenza, mentre un'area della sezione trasversale più ampia riduce la resistenza. Inoltre, gli aumenti di temperatura possono aumentare la resistenza in determinati materiali (ad esempio, metalli).

Assicurarsi che durante il funzionamento venga utilizzato un cablaggio di dimensioni adeguate tra la fonte di alimentazione e la striscia luminosa. I fili più spessi hanno una resistenza inferiore, il che significa che trasmettono l'elettricità in modo più efficiente. In base al carico di potenza (in watt) e alla lunghezza del filo (in piedi), è possibile utilizzare la tabella seguente per selezionare la dimensione del filo appropriata per una comoda gestione della caduta di tensione.

Grafico di caduta di tensione a 12 volt (caduta 5%)
calibro a filo	12 W	24 W	36 W	48 W	60 W	72 W	84 W	96 W	108 W	120 W
22 AWG	16 piedi	8 piedi	5 piedi	4f.	3 piedi	3 piedi	2 piedi	2 piedi	2 piedi	2 piedi
20 AWG	25 piedi.	13 piedi	8 piedi	6 piedi	5 piedi	4 piedi	4 piedi	3 piedi	3 piedi	3 piedi
18 AWG	42 piedi	21 piedi	14 piedi	10 piedi	8 piedi	7 piedi	6 piedi	5 piedi	5 piedi	4 piedi
16 AWG	75 piedi.	38 piedi	25 piedi.	19 piedi	15 piedi	13 piedi	11 piedi	9 piedi	8 piedi	8 piedi
14 AWG	117 4.	58 piedi	39 piedi	29 piedi	23 piedi	19 piedi	17 piedi	15 piedi	13 piedi	12 piedi
12 AWG	183 piedi.	92 piedi	61 piedi	46 piedi	37 piedi	31 piedi	26 piedi	23 piedi	20 piedi	18 piedi
10 AWG	275 piedi.	138 piedi.	92 piedi	69 piedi	55 piedi.	46 piedi	39 piedi	34 piedi	31 piedi	28 piedi
Grafico di caduta di tensione a 24 volt (caduta 5%)
calibro a filo	12 W	24 W	36 W	48 W	60 W	72 W	84 W	96 W	108 W	120 W
22 AWG	73 piedi	37 piedi	24 piedi	18 piedi	15 piedi	12 piedi	10 piedi	9 piedi	8 piedi	7 TT.
20 AWG	117 piedi.	58 piedi	39 piedi	29 piedi	23 piedi	19 piedi	17 piedi	15 piedi	13 piedi	12 piedi
18 AWG	183 piedi.	92 piedi	61 f+.	46 piedi	37 piedi	31 piedi	26 piedi	23 piedi	20 piedi	18 piedi
16 AWG	300 piedi.	150 piedi.	100 piedi.	75 piedi.	60 piedi	50 piedi	43 piedi	38 piedi	33 piedi	30 piedi
14 AWG	475 piedi.	238 piedi.	158 piedi.	119 piedi.	95 piedi.	79 piedi	68 piedi	59 piedi	53 piedi	48 piedi
12 AWG	750 piedi.	375 piedi.	250 piedi.	188 piedi.	150 piedi.	125 piedi.	107 piedi.	94 piedi.	83 piedi	75 piedi.
10 AWG	1092 piedi.	546 piedi.	364 piedi.	273 piedi.	218 piedi.	182 piedi.	156 piedi	136 piedi.	121 piedi	109 piedi.

Nota:

1. Calcola il carico totale in watt.
2. Misurare la distanza dalla fonte di alimentazione alla striscia LED.
3. Seleziona un calibro di filo appropriato.

Ridurre al minimo la lunghezza di funzionamento della striscia LED. L'approccio migliore è alimentarlo dalla sezione centrale.

Ad esempio, supponiamo di aver bisogno di una striscia di 50 piedi per illuminare una stanza. Si consiglia di posizionare la fonte di alimentazione al centro e di dividere la striscia in due sezioni di 25 piedi che corrono a sinistra e a destra, anziché una lunghezza continua di 50 piedi. Non è necessario dividersi esattamente a metà: se più conveniente, è accettabile dividersi in sezioni di 20 piedi e 30 piedi.

Se non è possibile posizionare la fonte di alimentazione nel mezzo, la seconda opzione è far passare un filo di dimensioni adeguate (fare riferimento al diagramma di caduta di tensione) dalla fonte di alimentazione al centro della striscia. In questo modo, mantieni l'alimentazione all'inizio della corsa mentre il filo dimensionato opportunamente (che offre una resistenza inferiore rispetto alla stessa striscia LED) gestisce il sollevamento pesante.

Limitazioni su lamina di rame per strisce LED

Mentre la lamina di rame offre una conduttività termica superiore rispetto ai materiali standard, si ossida facilmente in ambienti ad alta temperatura, riducendo l'efficienza di dissipazione del calore. Il funzionamento prolungato a temperature elevate può accelerare il degrado del foglio di rame, accorciando la durata della striscia.

La pellicola di rame è sottile e fragile. La pressione esterna o la flessione durante l'installazione o l'uso possono causare fratture, con conseguente cortocircuito o luci non funzionanti.

Inoltre, la lamina di rame si corrode facilmente in ambienti umidi o ad alta temperatura, richiedendo trattamenti antiossidanti aggiuntivi (come la nichelatura o il rivestimento dell'agente di accoppiamento silano) per prolungarne la durata.

Livelli di tensione di alimentazione (12V vs 24 V vs 48 V)

Le strisce LED da 12 V, 24 V e 48 V mostrano differenze significative nell'impatto della caduta di tensione e nel confronto delle prestazioni:

• Le strisce da 12 V subiscono notevoli perdite di linea dovute alla tensione inferiore e alla corrente più elevata. La luminosità rimane stabile entro 5 metri, ma si verifica una significativa caduta di tensione oltre i 5 metri, causando un decadimento della luminosità all'estremità della coda.

• Le strisce da 24V dimezzano la corrente, riducendo le perdite di linea e consentendo una trasmissione senza caduta di tensione su 10 metri con un'uniformità di luminosità superiore.

• Le strisce da 48 V funzionano a correnti inferiori, solo 1/4 di strisce da 12 V a una potenza equivalente, riducendo al minimo la caduta di tensione. Si adattano a un'illuminazione a lunga distanza (ad esempio, oltre 30 metri) ma richiedono un alimentatore stabile.

‌Ad lunghezze uguali, le strisce da 24 V in genere forniscono potenza e luminosità superiori rispetto alle strisce da 12 V. Le strisce a 48 V, che funzionano a una tensione più alta, possono pilotare più chip LED per un ulteriore miglioramento della luminosità. Le strisce ad alta tensione (24V/48V) consumano meno corrente e subiscono perdite di linea inferiori, rendendole più efficienti dal punto di vista energetico per un uso a lungo termine.

Le strisce da 12 V richiedono una corrente maggiore, richiedendo una maggiore dissipazione del calore e sono inclini al surriscaldamento in spazi ristretti. 24V/48V‌: la corrente più bassa riduce lo stress termico, ma è necessario garantire la protezione dell'isolamento in ambienti ad alta tensione. Le strisce da 12 V hanno costi iniziali inferiori, ma le lunghezze estese richiedono trasformatori o cablaggi aggiuntivi, aumentando potenzialmente le spese complessive.

Confronto delle prestazioni della striscia LED 12V vs 24V vs 48V

Tipo di striscia LED	DC12V	DC24V	DC48V
Attuale	Più alto	Più basso	il più basso
Distanza di installazione	≤5m	≤10 m	≤30 m
Costo	Aumento del costo dell'alimentazione per lunghe distanze	basso costo	relativamente economico
tagliare la lunghezza	breve distanza	media distanza	distanza relativamente lunga
Sicurezza	Bassa tensione, relativamente sicuro	al sicuro	Bassa sicurezza, richiede precauzioni di isolamento
Dissipazione del calore	Povero	Buono	discreto

Sintesi: La selezione della tensione richiede distanza di bilanciamento, luminosità, costi e sicurezza. Opta per 12V per uso residenziale a breve distanza, 24V per applicazioni commerciali a media e lunga distanza e priorità a 48V per distanze ultra lunghe o progetti ad alta potenza.

Leggi il blog “Quando scegliere i sistemi a strisce LED a 12V, 24V o 48V? (Aggiornato per uso commerciale)” per saperne di più.

Come calcolare la caduta di tensione?

Il calcolo della caduta di tensione delle strisce LED richiede la considerazione di fattori come corrente, resistenza del filo e lunghezza.

Formula di base: caduta di tensione = corrente × resistenza del filo

dove:

• Corrente (A) = Potenza totale della striscia (W) ÷ Tensione di esercizio (V)
• Resistenza conduttore (Ω) = resistività (filo di rame: 0,0175 Ω·mm²/m) × Lunghezza conduttore (m) ÷ Area sezione trasversale del conduttore (mm²)

Esempio: Striscia LED 24V, potenza 240W, lunghezza del conduttore 40M, calibro 4 mm²:

Corrente = 240 ÷ 24 = 10A

Resistenza = 0,0175 × 40 ÷ 4 = 0,175Ω

Caduta di tensione = 10 A × 0,175Ω = 1,75 V

Nei sistemi a bassa tensione (ad es. 12V/24V), la caduta di tensione in genere non supera i 5% della tensione nominale (ad esempio, i sistemi a 24 V consentono una caduta di ≤1,2 V). Se la caduta di tensione supera le specifiche, aumentare il calibro del filo o ridurre la distanza di alimentazione.

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‌Raccomandazioni per la selezione del filo: Per le corse lunghe (>10 metri), assegnare priorità ai sistemi a 24 V/48 V per ridurre la corrente; l'alimentazione a estremità singola per strisce LED da 12 V è consigliata per ≤5 metri; 24 V ≤ 10 metri; un alimentatore a doppia estremità può estendersi a 20 metri.

Prove pratiche: Un multimetro può verificare l'effetto di divisione della tensione dei resistori in serie nei circuiti a LED.

Soluzioni pratiche per prevenire la caduta di tensione

La caduta di tensione nelle strisce LED causate dalla resistenza del circuito e dalla perdita di corrente influisce direttamente sull'uniformità e sulla durata della vita dell'illuminazione. Di seguito sono riportati diversi metodi efficaci per prevenire la caduta di tensione.

Iniezione di potenza da entrambe le estremità

Alimentazione a doppia estremità: per strisce più lunghe, implementare una soluzione di alimentazione a doppia estremità collegando le fonti di alimentazione sia all'inizio che alla fine della striscia. Ciò garantisce un'alimentazione di tensione stabile su tutta la striscia, impedendo la luminosità irregolare. Se possibile, aggiungere punti di alimentazione intermedi lungo la striscia per ridurre ulteriormente la caduta di tensione.

Punti multipli di iniezione di potenza

Controllo segmentato: dividere le strisce LED lunghe in più sezioni, ciascuna alimentata da un driver indipendente. Questo approccio riduce al minimo efficacemente la caduta di tensione per sezione, migliorando al contempo la stabilità complessiva del sistema e l'uniformità della luminosità.

Ottimizzazione del layout e dei collegamenti delle strisce: assicurare che il cablaggio sia funzionale ed esteticamente gradevole, evitando cavi aggrovigliati o eccessivamente piegati. Quando si collegano le strisce, garantiscono un contatto sicuro e affidabile per evitare ulteriori resistenze e cadute di tensione causate da connessioni allentate o difettose.

Utilizzare strisce LED da 24 V o 48 V

L'impiego di strisce LED da 24 V o 48 V mitiga efficacemente i problemi di caduta di tensione, mostrando un impatto significativamente inferiore rispetto alle strisce a 12 V. Mentre le strisce da 12V sperimentano una notevole luminosità decadibile oltre i 5 metri, le strisce da 24 V supportano lunghezze fino a 10 metri senza richiedere fonti di alimentazione aggiuntive. I loro punti di taglio flessibili (ogni 6 LED) li rendono ideali per installazioni a lunga distanza.

‌A livelli di potenza equivalenti, le strisce da 48 V assorbono solo la metà della corrente di strisce da 24 V. Secondo la formula di perdita di potenza Q=I²R, i sistemi a 48V presentano perdite termiche significativamente ridotte e rapporti di caduta di tensione inferiori. I sistemi a 48V consentono di collegare più apparecchi in serie, riducendo i costi di cablaggio e manodopera; le strisce a 24V semplificano l'installazione eliminando i frequenti booster di potenza. Le strisce da 24V generano meno calore, rendendole idonee per un funzionamento prolungato; i sistemi a 48V ottimizzano ulteriormente l'efficienza energetica.

Fili più spessi

Usa fili più spessi o riduci la lunghezza del filo: la resistenza del filo è un fattore importante che causa la caduta di tensione. Pertanto, l'utilizzo di fili più spessi può ridurre la resistenza e mitigare i problemi di caduta di tensione. Inoltre, ridurre al minimo la lunghezza del filo tra la striscia e la fonte di alimentazione riduce efficacemente la resistenza e la caduta di tensione.

Utilizza soluzioni a corrente costante

Le strisce LED a corrente costante risolvono fondamentalmente le cadute di tensione indotte dalla fluttuazione della tensione inerenti alle strisce di tensione costante attraverso una regolazione precisa della corrente.

I loro vantaggi fondamentali si manifestano in tre aspetti: in primo luogo, i circuiti a corrente costante regolano automaticamente il flusso di corrente. Quando l'impedenza di linea aumenta o la tensione di alimentazione fluttua, mantengono la stabilità della corrente del LED a un valore impostato (ad es. 20 mA ± 3%), garantendo una luminosità costante dall'inizio alla fine. In secondo luogo, la corrente costante impedisce il decadimento della luce accelerato causato dal surriscaldamento localizzato nei LED. I test mostrano che la durata della vita dei LED si estende di oltre 30% sotto azionamento a corrente costante.

Inoltre, questa soluzione mostra una bassa sensibilità alla resistenza della linea. Anche con fili sottili (ad es. 28 AWG) o cablaggio a lunga distanza, la compensazione dinamica della caduta di tensione si adatta dinamicamente alle perdite di linea di compensazione. Questo design è particolarmente adatto per scenari che richiedono cablaggi flessibili, come strisce luminose decorative a lunga distanza, garantendo una costante luminosità della striscia LED.

Usa amplificatori / ripetitori nella striscia RGB/RGBW

Durante la trasmissione a lunga distanza di strisce RGB/RGBW, i segnali si degradano a causa della resistenza e delle interferenze, causando luminosità irregolare o distorsione del colore all'estremità della striscia. Per strisce da 12 V (tipicamente ≤5 metri), gli amplificatori/ripetitori consentono un controllo stabile su distanze maggiori (ad es. 30+ metri). Le strisce ad alta tensione (ad es. 24 V/48 V) hanno un minore assorbimento di corrente e una riduzione di tensione ridotta, riducendo al minimo la dipendenza da amplificatori/ripetitori. Quando si utilizzano strisce da 12 V, installare un ripetitore ogni 10 metri per compensare la caduta di tensione.

In sintesi, l'affrontare la caduta di tensione della striscia LED richiede un approccio multiforme, incluso il miglioramento dei metodi di alimentazione, l'ottimizzazione del cablaggio e la disposizione e l'utilizzo di apparecchiature ausiliarie. Gli utenti possono selezionare soluzioni appropriate in base a condizioni specifiche per migliorare le prestazioni e l'attrattiva estetica delle loro installazioni a strisce LED.

Raccomandazioni per designer e acquirenti

Come elemento centrale del design del illuminazione moderno, le specifiche di tensione delle luci a LED, 12 V/24 V / 48 V, influiscono direttamente sui risultati del progetto e sull'esperienza utente.

Il sistema 12V eccelle in sicurezza e flessibilità, rendendolo ideale per l'arredamento della casa. Il sistema a 24V raggiunge un equilibrio tra la caduta di tensione e la praticità di taglio, diventando la scelta mainstream per le impostazioni commerciali. Il sistema 48V, con la sua perdita di linea ultra bassa, è specificamente progettato per progetti di illuminazione su larga scala.

I progettisti dovrebbero selezionare in base alla distanza di trasmissione, ai requisiti di sicurezza e alle considerazioni sui costi. Gli acquirenti dovrebbero dare la priorità alle esigenze dell'applicazione effettive ed evitare di perseguire ciecamente le specifiche di tensione più elevate.

Confronto di tensione della striscia di LED

Tensione nominale‌‌	Vantaggi chiave	Applicazioni adatte	considerazione
‌12V‌	Alta sicurezza (nessun rischio di scosse elettriche), luce morbida per protezione degli occhi, facile installazione (portata autoadesivo)	Home Decor (camere/scale/mobile), Illuminazione a breve distanza (studio/balcone), Illuminazione per apparecchiature ausiliarie	Richiede un'estensione di potenza oltre i 5 metri per prevenire la caduta di tensione nei lunghi percorsi
‌24v‌	Caduta di tensione minima (supporto 10 m senza power boost), taglio flessibile (taglio ogni 6 luci), bilancia sicurezza ed efficienza	Home Decor, vetrine commerciali/lightbox, illuminazione di progetto di fascia media	Richiede alimentazione dedicata, costo leggermente superiore rispetto ai sistemi a 12V
‌48v‌	Perdita minima di linea (corrente solo la metà di quella di 24V), adatta per connessioni in serie ultra lunghe, elevata stabilità del progetto	Illuminazione architettonica su larga scala, lavaggio a parete a lunga distanza, illuminazione ad alta densità	Richiede un'installazione professionale con requisiti di cablaggio rigorosi

Raccomandazioni sulla selezione del

‌Scenari di sicurezza prioritari‌ (ad es. Case/Spazi per bambini): optare per sistemi a 12V per la sicurezza e l'installazione. Abbinalo a strisce RGB per effetti di illuminazione ambientale.

‌Applicazioni commerciali a corto-medio di gamma:‌ Raccomandare strisce da 24V per un costo e prestazioni equilibrati. Per l'illuminazione della vetrina, assicurare una luminosità costante nei punti di taglio.

‌Progetti su larga scala:‌Adotta sistemi a 48V per ridurre al minimo le perdite di linea. Ad esempio, quando si collegano in serie oltre 50 metri di illuminazione architettonica in serie, la caduta di tensione di 48 V è solo 1/4 di quella di 12V.

Guida all'acquisto

‌Utenti residenziali‌: quando si selezionano strisce da 12 V, assegnano priorità alle valutazioni impermeabili (ad es. IP65 per i balconi) e funzionalità di controllo remoto. Scegliere i LED ad alta densità (ad es. 60 LED/metro) per garantire un'illuminazione uniforme.

‌Acquirenti di progetto‌: per strisce da 24 V/48 V, verificare i dati del test di caduta di tensione dei fornitori e richiedere rapporti di confronto di decadimento della luminosità di 5 m/10 m.

Controllo dei costi: i sistemi a 12V hanno costi iniziali inferiori ma richiedono un'integrazione di potenza per i lunghi percorsi; i sistemi a 48V hanno costi unitari più elevati ma risparmiano sul cablaggio e sulla manodopera, valutando in modo completo i costi del ciclo di vita totale.

Note importanti: Tutte le tensioni richiedono alimentatori di alta qualità per prevenire le fluttuazioni di tensione che riducono la durata della vita. In ambienti umidi (ad es. bagni/giardini), selezionare sempre modelli impermeabili (IP65 o superiore). Testare la caduta di tensione prima delle installazioni a lunga distanza e utilizzare un alimentatore segmentato quando necessario.