Рассмотрим случай подключения светодиодной ленты к разъему блока питания компьютера с выходным напряжением 12 В.
Расчет потерь напряжения в кабелях питания светодиодной ленты
где ρ0 = 0,01724…0,01800 – удельное сопротивление меди, Ом·м/мм2; Lпр – длина провода, м; Sпр – сечение провода, мм2.
Мощность ленты можно определить следующим образом:
Сопротивление одного провода питающего светодиодную ленту будет равно (в нашем случае одноцветной ленты их два):
где P1М – мощность ленты, Вт/м (паспортные данные); LLED – длина светодиодной ленты, м (производители материнских плат рекомендуют использовать светодиодную ленту без усилителя длиной не более 2 м).
В случае нагрузки с освещением, полупроводниковой техникой и т.п. коэффициент мощности (косинус «фи», power factor) будет менее 1. В среднем, он может составлять 0,6…0,98, в зависимости от типа нагрузки, питающих кабелей, протяженности линии и т.п. Тогда значения полной, активной и реактивной мощности системы, соответственно, составят:
В соответствии с п. 5.2 ГОСТ 13109-97 о показателях и нормах качества электрической энергии в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения нормально допустимые и предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения на выводах приемников электрической энергии равны соответственно ±5 и ±10% от номинального напряжения электрической сети. В связи с этим максимальный ток через систему будет равен:
Следует учитывать, что в соответствии с ПУЭ п 1.3 табл. 1.3.4 предельно допустимый длительный ток для проводов и шнуров с резиновой и поливинилхлоридной изоляцией с медными жилами равен:
Рассчитаем падение напряжения на проводах питания светодиодной ленты:
В приведенных выше расчетах не учитывались возможная компенсация реактивной мощности в блоке питания, индуктивные и емкостные сопротивления провода, светодиодной ленты, потери в самой ленте, потери в местах подключения кабелей и переходников/удлинителей.
Так же можно сделать расчет для последовательного соединения нескольких светодиодных лент проводами одинакового сечения. В расчетах принимаем питание проводом 12 В за первый провод, а провода RGB за второй провод.
Приняв потери в самой ленте ничтожно малыми, получим:
Примеры расчетов
Для подключения ленты мощностью 3,6 Вт/м со светодиодами SMD 3528 рекомендуется использовать провод сечением не менее 0,35 мм2. Суммарные длины питающего провода и светодиодной ленты не должны превышать 4 м, в противном случае возможен сильный перегрев.
Для последовательного подключения нескольких лент мощностью 14,4 Вт/м со светодиодами SMD 5050 рекомендуется использовать провод сечением не менее 0,75 мм2.
Все расчеты сделаны с учетом низкого коэффициента мощности (косинус "фи" = 0,8) и с учетом возможной допустимой перегрузки по току 11% от питающей сети. Однако, следует обратить внимание на то, что в современных блоках питания коэффициент мощности в рабочем диапазоне близок к единице. Это дает дополнительный 15-20% запас по рассчитанным потерям напряжений и длинам питающих кабелей.
1. Рассчитаем падение напряжения для разных длин питающего провода. Возьмем максимально рекомендуемую производителями материнских плат длину светодиодной ленты равную 2 метрам.
В соответствии с ГОСТ 13109-97 изменение напряжения не должно быть более 10% от номинального. Здесь и далее в таблицах красным цветом указаны значения превышающие 5% (более 1,2 В), при которых эксплуатация светодиодной ленты с заданными характеристиками может привести мерцанию, к сильному перегреву и возможному выходу из строя оборудования. Значения отклонения напряжения в пределах 1-5% (менее 0,6 В) выделены оранжевым цветом, данный диапазон принимается предельно допустимым. Диапазон менее 1%, условно, принят за оптимальный.
Примем коэффициент мощности равный 0,8, учитывающий возможные потери в системе. Мощность ленты со светодиодами SMD 5050 составляет 14,4 Вт/м. В этом случае падение напряжения на проводе составит:
Исходя из полученных данных можно сделать вывод о том, что для питания ленты длиной 2 м со светодиодами SMD 5050 мощностью 14,4 Вт/м внутри ПК проводом длиной не более 0,5 м достаточно сечение 0,5-0,75 мм2. Сечение 0,75 мм2 наиболее предпочтительно при последовательном соединении нескольких отрезков светодиодной ленты из-за потерь в местах соединения коннекторами и/или пайки.
2. Рассчитаем падение напряжения на питающих проводах разных длин. Возьмем отрезки светодиодной ленты суммарной длиной 1 метр.
Примем коэффициент мощности равный 0,8, учитывающий возможные потери в системе. Мощность ленты со светодиодами SMD 5050 составляет 14,4 Вт/м. В этом случае падение напряжения на проводе составит:
Исходя из полученных данных можно сделать вывод вывод о том, что для питания ленты длиной не более 1 м со светодиодами SMD 5050 мощностью 14,4 Вт/м внутри ПК проводом длиной не более 1 м достаточно сечение 0,5 мм2.
3. Рассчитаем падение напряжения на питающих проводах разных длин. Возьмем отрезки светодиодной ленты суммарной длиной 1,6 метра.
Исходя из полученных данных можно сделать вывод вывод о том, что для питания лент со светодиодами SMD 3528 общей мощностью 5,76 Вт (суммарной длиной 1,6 м) внутри ПК и проводами длиной не более 2 м достаточно сечение 0,35-0,5 мм2.
Примем коэффициент мощности равный 0,8, учитывающий возможные потери в системе. Мощность ленты со светодиодами SMD 3528 составляет 3,6 Вт/м. В этом случае падение напряжения на проводе составит:
Выводы
