Как предотвратить падение напряжения в длинных светодиодных лентах

В дальних световых установках светодиодные ленты основная проблема, вызывающая неравномерность яркости и сокращение срока службы. Поскольку ток в низковольтных светодиодных лентах (12 В/24 В) уменьшается с увеличением расстояния, потери напряжения из-за сопротивления проволоке значительно влияют на характеристики освещения в дальнем конце.

Без вмешательства падение напряжения может вызвать чрезмерную яркость на передней части и тусклость в задней части, что потенциально ускоряет старение чипа из-за перегрузки по току. Кроме того, колебания напряжения могут вызывать цепные реакции, такие как локализованный перегрев или отказ цепи драйвера.

Поэтому систематически решая падение напряжения, требуется многомерный подход, включающий в себя проектирование источника питания, оптимизацию схемы и выбор оборудования для обеспечения стабильной работы системы освещения светодиодной ленты.

Что такое падение напряжения?

Падение напряжения в светодиодных лентах относится к постепенному снижению напряжения, которое происходит во время работы из-за сопротивления, возникающего током, когда оно протекает через такие компоненты, как светодиоды и печатные платы. Это явление вызывает снижение яркости и неравномерность поперек полосы.

С точки зрения непрофессионала, он проявляется как несогласованная яркость между началом и концом полосы, при этом секция рядом с источником энергии становится ярче, а конечный конец заметно тускнеет.

Падение напряжения не только влияет на яркость и эстетическую привлекательность светодиодных лент, но и может сократить их срок службы. Поэтому правильное понимание и решение проблем с падением напряжения имеет решающее значение для повышения производительности светодиодных лент.

Как показано ниже: Когда входное напряжение на светодиодную ленту составляет 12 В, после прохождения расстояния 5 м, напряжение падает до 9,01 В. Эта разница в 3 В представляет собой падение напряжения.

Чем длиннее светодиодная лента, тем больше падение напряжения. Падение напряжения, превышающее 5%, может снизить рабочий ток светодиодных чипов, что, следовательно, уменьшает их яркость.

Падение напряжения — это физическая величина, описывающая способность электрического поля перемещать заряд, также называемую разностью потенциалов или напряжением. Когда ток протекает через проводник (например, провода или резисторы), электрическая энергия преобразуется в тепло из-за сопротивления проводника, что приводит к уменьшению разности потенциалов на его клеммах.

Связанное чтение: Падение напряжения на светодиодных лентах: Причины и решения.

Причины падения напряжения в светодиодных лентах

Падение напряжения в светодиодных лентах является распространенной проблемой, влияющей на однородность освещения, в результате трех основных факторов: потери сопротивления входного провода, недостаточной проводимости медной фольги и чрезмерно низкого входного напряжения. Ниже мы проанализируем эти три аспекта.

Проволочное сопротивление

Сопротивление проволоке — это физическая величина, измеряющая степень противодействия, с которой сталкивается ток, проходящий через проводник. Он указывает на способность проводника препятствовать току и измеряется в омах (Ω). Его величина зависит от материала проволоки, длины, площади поперечного сечения и температуры.

Металлы, такие как медь и алюминий, имеют более низкое сопротивление, а сплавы и полупроводниковые материалы обладают более высоким сопротивлением. Более длинные провода обладают большей стойкостью, а большая площадь поперечного сечения снижает сопротивление. Кроме того, повышение температуры может повышать устойчивость в некоторых материалах (например, металлах).

Убедитесь, что между источником питания и световой полосой во время работы необходимо обеспечить соответствующее измерение проводов. Более толстые провода имеют более низкое сопротивление, что означает, что они более эффективно передают электричество. В зависимости от вашей энергетической нагрузки (в ваттах) и длины провода (в футах) вы можете использовать таблицу ниже, чтобы выбрать соответствующий размер провода для удобного управления падением напряжения.

12 Вольт падения напряжения (5% Drop)
проволочная шкала	12 Вт	24 Вт	36 Вт	48 Вт	60 Вт	72 Вт	84 Вт	96 Вт	108 Вт	120 Вт
22 AWG	16 футов.	8 футов.	5 футов.	4 фр.	3 фута.	3 фута.	2 фута	2 фута	2 фута	2 фута
20 AWG	25 футов.	13 футов.	8 футов.	6 футов.	5 футов.	4 фута	4 фута	3 фута.	3 фута.	3 фута.
18 АВГ	42 фута.	21 фут.	14 футов.	10 футов.	8 футов.	7 футов.	6 футов.	5 футов.	5 футов.	4 фута
16 АВГ	75 футов.	38 футов.	25 футов.	19 футов.	15 футов.	13 футов.	11 футов.	9 футов.	8 футов.	8 футов.
14 АВГ	117 4.	58 футов.	39 футов.	29 футов.	23 фута.	19 футов.	17 футов.	15 футов.	13 футов.	12 футов.
12 АВГ	183 фута.	92 фута.	61 фут.	46 футов.	37 футов.	31 фут.	26 футов.	23 фута.	20 футов.	18 футов.
10 АВГ	275 футов.	138 футов.	92 фута.	69 футов.	55 футов.	46 футов.	39 футов.	34 фута.	31 фут.	28 футов.
24 Вольтная диаграмма падения напряжения (5% падение)
проволочная шкала	12 Вт	24 Вт	36 Вт	48 Вт	60 Вт	72 Вт	84 Вт	96 Вт	108 Вт	120 Вт
22 AWG	73 фута.	37 футов.	24 фута.	18 футов.	15 футов.	12 футов.	10 футов.	9 футов.	8 футов.	7 ТТ.
20 AWG	117 футов.	58 футов.	39 футов.	29 футов.	23 фута.	19 футов.	17 футов.	15 футов.	13 футов.	12 футов.
18 АВГ	183 фута.	92 фута.	61 F+.	46 футов.	37 футов.	31 фут.	26 футов.	23 фута.	20 футов.	18 футов.
16 АВГ	300 футов.	150 футов.	100 футов.	75 футов.	60 футов.	50 футов.	43 фута.	38 футов.	33 фута.	30 футов.
14 АВГ	475 футов.	238 футов.	158 футов.	119 футов.	95 футов.	79 футов.	68 футов.	59 футов.	53 фута.	48 футов.
12 АВГ	750 футов.	375 футов.	250 футов.	188 футов.	150 футов.	125 футов.	107 футов.	94 фута.	83 фута.	75 футов.
10 АВГ	1092 фута.	546 футов.	364 фута.	273 фута.	218 футов.	182 фута.	156 футов.	136 футов.	121 фут.	109 футов.

Замечание:

1. Рассчитайте общую нагрузку в ваттах.
2. Измерьте расстояние от источника питания до светодиодной ленты.
3. Выберите соответствующий манометр.

Сведите к минимуму рабочую длину светодиодной ленты. Лучший подход — это питание от средней части.

Например, предположим, что вам нужна 50-футовая полоса, чтобы осветить комнату. Мы рекомендуем размещать источник питания посередине и разделять полосу на две 25-футовые секции, идущие влево и вправо, а не на одну непрерывную 50-футовую длину. Его не нужно разделять точно пополам — если удобнее, разделить на 20- и 30-футовые участки приемлемо.

Если размещение источника питания посередине невозможно, второй вариант состоит в том, чтобы проложить провод соответствующего размера (см. диаграмму падения напряжения) от источника питания до середины полосы. Таким образом, вы сохраняете мощность в начале работы, в то время как провод правильного размера (обеспечивает более низкое сопротивление, чем сама светодиодная лента) справляется с тяжелой подтяжкой.

Ограничения на медную фольгу для светодиодных лент

В то время как медная фольга обеспечивает превосходную теплопроводность по сравнению со стандартными материалами, она легко окисляется в высокотемпературных средах, что снижает эффективность теплоотдачи. Длительная работа при повышенных температурах может ускорить деградацию медной фольги, что укорачивает срок службы полосы.

Медная фольга тонкая и хрупкая. Внешнее давление или изгиб при установке или эксплуатации могут привести к переломам, что приводит к короткому замыканию или неработающему свету.

Кроме того, медная фольга легко коррозирует во влажных или высокотемпературных средах, что требует дополнительных антиокислительных обработок (таких как никелирование или покрытие силан-сцепа) для продления срока его службы.

Уровни напряжения питания (12В против 24В против 48В)

Светодиодные полосы 12В, 24В и 48В демонстрируют значительные различия в падении напряжения и сравнении производительности:

• Полосы 12 В имеют заметные потери в линии из-за более низкого напряжения и более высокого тока. Яркость остается стабильной в пределах 5 метров, но значительное падение напряжения происходит за 5 метрами, вызывая затухание яркости на конце хвоста.

• Полосы 24 В уменьшают ток вдвое, уменьшая потери по шкале и обеспечивая передачу без перепада напряжения более 10 метров с превосходной однородностью яркости.

• Полосы 48 В работают при более низких токах — всего 1/4 полосы 12 В при эквивалентной мощности — минимизируют падение напряжения. Они подходят для сверхдальнего освещения (например, более 30 метров), но требуют стабильного питания.

‌ При одинаковой длине полосы 24 В обычно обеспечивают более высокую мощность и яркость, чем полосы 12 В. Полосы 48 В, работающие при более высоком напряжении, могут управлять большим количеством светодиодных чипов для дальнейшего повышения яркости. Высоковольтные полосы (24В/48В) потребляют меньше тока и теряют меньшие потери в линии, что делает их более энергоэффективными для длительного использования.

‌полосы 12В требуют большего тока, требующие большей теплоотдачи и склонны к перегреву в ограниченных помещениях. 24V/48V‌: Низкий ток снижает тепловой стресс, но необходимо обеспечить защиту изоляции в условиях высокого напряжения. Полосы 12 В имеют более низкие первоначальные затраты, но увеличенная длина требует дополнительных трансформаторов или проводки, что потенциально увеличивает общие расходы.

12В против 24В против 48В светодиодная лента Сравнение производительности

Тип светодиодной ленты	DC12V	DC24V	DC48V
Текущий	Выше	Нижний	самый низкий
Расстояние установки	≤5м	≤10м	≤30м
Стоимость	Увеличение стоимости электроснабжения на дальние расстояния	низкая стоимость	относительно экономичный
длина среза	краткая дистанция	среднее расстояние	относительно большое расстояние
Безопасность	Низкое напряжение, относительно безопасное	сейф	Снижение безопасности, требующие изоляции
Рассеивание тепла	Бедный	Хорошо	довольно хороший

Резюме: Выбор напряжения требует балансировки, яркости, стоимости и безопасности. Выбирайте 12В для квартирного использования на ближайшем расстоянии, 24 В для коммерческих приложений на средние и большие расстояния и отдавайте приоритет 48 В для сверхбольших или больших мощностей.

Читать блог»Когда выбрать 12В, 24В или 48В светодиодные системы? (обновлено для коммерческого использования)чтобы узнать больше.

Как рассчитать падение напряжения?

Для расчета падения напряжения светодиодных лент требуются такие факторы, как ток, сопротивление провода и длина.

Базовая формула: падение напряжения = ток × сопротивление провода

где:

• Ток (А) = Полная мощность ленты (Вт) ÷ Рабочее напряжение (В)
• Сопротивление проводника (Ом) = удельное сопротивление (медный провод: 0,0175 Ω·мм²/м) × Длина проводника (м) ÷ Площадь поперечного сечения проводника (мм²)

Пример: 24В светодиодная лента, 240 Вт, длина проводника 40 м, 4 мм² проводка:

Ток = 240 ÷ 24 = 10А

Сопротивление = 0,0175 × 40 ÷ 4 = 0,175 Ом

Падение напряжения = 10A × 0,175 Ом = 1,75 В

В низковольтных системах (например, 12 В/24 В) падение напряжения обычно не превышает 5% от номинального напряжения (например, системы 24 В позволяют падение ≤1,2 В). Если падение напряжения превышает спецификации, увеличьте манометр провода или уменьшите расстояние питания.

Не хотите заниматься сложными расчетами? Затем используйте Онлайн калькулятор падения напряжения!

‌Рекомендации по выбору проводов: Для длительных пробега (> 10 метров) отдавайте приоритетные 24 В/48В для снижения тока; одноконецное питание для светодиодных лент 12 В рекомендуется на ≤5 м; 24 В ≤10 м; двухконтактный источник питания может быть увеличен до 20 метров.

Практическое тестирование: Мультиметр может проверить эффект деления напряжения последовательного резистора в светодиодных цепях.

Практические решения для предотвращения падения напряжения

Падение напряжения в светодиодных лентах, вызванное сопротивлением цепи и потерей тока, напрямую влияет на однородность освещения и срок службы. Ниже приведены несколько эффективных методов предотвращения падения напряжения.

Впрыск мощности с обоих концов

Двухконечный источник питания: для более длинных полосок реализуйте двухконечное решение для питания, подключив источники питания как к началу, так и к концу полосы. Это обеспечивает стабильное питание по всей полосе, предотвращая неравномерность яркости. Если это возможно, добавьте промежуточные точки питания вдоль полосы, чтобы еще больше уменьшить падение напряжения.

Несколько точек впрыска мощности

Сегментированное управление: разделите длинные светодиодные полосы на несколько секций, каждая из которых питается от независимого драйвера. Этот подход эффективно минимизирует падение напряжения на секцию, повышая общую стабильность системы и однородность яркости.

Оптимизируйте расположение полос и соединения: убедитесь, что проводка функциональна и эстетична, избегая запутанных или чрезмерно согнутых кабелей. При соединении полос гарантируйте безопасный и надежный контакт для предотвращения дополнительного сопротивления и падения напряжения, вызванного ослабленными или неисправными соединениями.

Используйте светодиодные ленты 24 В или 48 В

Использование светодиодных лент 24 В или 48 В эффективно снижает проблемы с падением напряжения, что значительно меньше влияет на полосы 12 В. В то время как полосы 12 В имеют заметную яркость затухания более чем на 5 метров, 24 В полосы поддерживают длину до 10 метров без дополнительных источников питания. Благодаря гибкой стойке режущей емкости (каждые 6 светодиодов) они идеально подходят для дальних установок.

‌При эквивалентных уровнях мощности полосы 48 В тянут только половину тока 24 В. Согласно формуле потерь мощности Q=I²R, системы 48V демонстрируют значительное снижение тепловых потерь и более низкие коэффициенты падения напряжения. 48V системы позволяют последовательно подключать большее количество приспособлений, что снижает затраты на электропроводку и трудоустройство; 24В упрощают установку, устраняя частое усилие мощности. 24В полосы выделяют меньше тепла, что делает их пригодными для длительного эксплуатации; 48В система дополнительно оптимизируют энергоэффективность.

более толстые провода

Используйте более толстые провода или уменьшите длину провода: сопротивление провода является основным фактором, вызывающим падение напряжения. Таким образом, использование более толстых проводов может снизить сопротивление и уменьшить падение напряжения. Кроме того, минимизация длины провода между полосой и источником питания эффективно снижает сопротивление и падение напряжения.

Используйте решения с постоянным током

Светодиодные полосы постоянного тока фундаментально разрешают падение напряжения, вызванное колебаниями напряжения, присущие полосам постоянного напряжения посредством точного регулирования тока.

Их основные преимущества проявляются в трех аспектах: во-первых, цепи постоянного тока автоматически регулируют ток. Когда линейное сопротивление увеличивается или зависает напряжение питания, они поддерживают стабильность тока светодиода на заданном значении (например, 20 мА ± 31 Тр3Т), обеспечивая постоянную яркость от начала до конца. Во-вторых, постоянный ток предотвращает ускоренное затухание света, вызванное локальным перегревом в светодиодах. Тесты показывают, что срок службы светодиода увеличивается более чем на 30% при постоянном токе.

Кроме того, это решение демонстрирует низкую чувствительность к линейному сопротивлению. Даже при тонком проводе (например, 28 AWG) или между дальним расстоянием, динамическая компенсация падения напряжения динамически регулируется для потерь в линии смещения. Эта конструкция особенно подходит для сценариев, требующих гибкой проводки, таких как дальние декоративные световые полосы, обеспечивающие постоянную яркость светодиодной ленты.

Используйте усилители/ретрансляторы в RGB/RGBW-полосе

При передаче на большие расстояния полос RGB/RGBW сигналы ухудшаются из-за сопротивления и помех, вызывая неравномерность или искажение цвета на конце полосы. Для полос 12 В (обычно ≤5 м) усилители/повторы обеспечивают стабильный контроль на больших расстояниях (например, 30+ метра). Высоковольтные полосы (например, 24В/48В) имеют более низкую тягу тока и уменьшенное падение напряжения, что минимизирует зависимость от усилителей/репецов. При использовании полос 12 В устанавливайте ретранслятор каждые 10 метров, чтобы компенсировать падение напряжения.

Таким образом, для решения проблемы падения напряжения светодиодной ленты требуется многогранный подход, включая улучшение методов питания, оптимизацию проводки и компоновки, а также использование вспомогательного оборудования. Пользователи могут выбирать подходящие решения на основе конкретных условий для повышения производительности и эстетической привлекательности своих светодиодных лент.

Рекомендации для дизайнеров и покупателей

В качестве основного элемента современного освещения спецификации напряжения светодиодных лент — 12 В/24В/48В — напрямую влияют на результаты проекта и пользовательский опыт.

Система 12V превосходна в безопасности и гибкости, что делает ее идеальной для домашнего декора. Система 24 В обеспечивает баланс между падением напряжения и удобством резки, став основным выбором для коммерческих настроек. Система 48V с ее сверхнизкими потерями в линии специально разработана для крупномасштабных проектов освещения.

Конструкторы должны выбирать, исходя из расстояния передачи, требований безопасности и соображений стоимости. Покупатели должны расставить приоритеты в реальных потребностях в применении и избегать слепого преследования спецификаций более высокого напряжения.

Сравнение номинальных значений напряжения светодиодной лент

Номинальная мощность‌‌	Ключевые преимущества	Подходящие приложения	соображения
‌12В‌	Высокая безопасность (без риска поражения электрическим током), мягкий свет для защиты глаз, простая установка (самоклеющаяся подложка)	Домашний декор (детские комнаты/лестницы/кабинеты), окружающее освещение на короткие расстояния (учебная/балкон), вспомогательное освещение	Требуется расширение мощности более 5 метров для предотвращения падения напряжения в длительных пробегах
‌24В‌	Минимальное падение напряжения (поддерживает 10 м без усиления мощности), гибкую резку (каждые 6 ламп), балансирует безопасность и эффективность	Домашний декор, коммерческие витрины/лайфбоксы, светопроектное освещение	Требуется выделенный источник питания, несколько выше, чем у 12В систем
‌48В‌	Минимальная потеря линии (текущая только вдвое меньше, чем 24 В), подходит для соединений сверхдлинных последовательно, высокая стабильность проекта	Масштабное архитектурное освещение, дальняя промывка стен, проекты освещения высокой плотности	Требуется профессиональная установка с строгими требованиями к проводке

Рекомендации по выбору дизайн

‌Сценарии приоритета безопасности (например, дома/детские помещения): выбирайте системы 12V для обеспечения безопасности и удобства установки. Сочетайте с RGB-полосами для эффектов освещения окружающего воздуха.

‌Коммерческие применения с короткими и средними диапазонами: ‌ Рекомендовать 24 В для сбалансированной стоимости и производительности. Для освещения витрин убедитесь, что в точках среза постоянная яркость.

‌Крупномасштабные проекты: ‌ Применить системы 48 В, чтобы свести к минимуму потери в линии. Например, при последовательном подключении более 50 метров архитектурного освещения последовательно падение напряжения 48 В составляет всего 1/4, чем у 12 В.

Руководство покупателя

‌Пользователи жилья‌: при выборе полос 12 В, расставьте приоритеты в водонепроницаемости (например, IP65 для балконов) и функция дистанционного управления. Выбирайте светодиоды высокой плотности (например, 60 светодиодов/метр), чтобы обеспечить равномерное освещение.

‌Покупатели проектов: для полос 24 В/48 В, проверьте данные испытаний падения напряжения поставщиков и запросите отчеты о сравнении яркости 5 м / 10 м.

Контроль затрат: 12В системы имеют более низкие первоначальные затраты, но требуют энергетических добавок для длительных пробега; 48В системы имеют более высокие затраты на единицу продукции, но экономят на проводке и труда — комплексно оценивайте общие затраты на жизненный цикл.

Важные примечания: Для всех напряжений требуется высококачественные источники питания для предотвращения колебаний напряжения, что сокращает срок службы. Во влажной среде (например, в ванных комнатах/садах) всегда выбирайте водонепроницаемые модели (IP65 или выше). Перед установкой на длинные дистанции испытайте падение напряжения и при необходимости используйте сегментированный источник питания.