U delšího LED pásu se může stát, že první metry svítí naplno, zatímco konec je viditelně slabší nebo má u RGB pásu jiný odstín. Otázka, jak vypočítat úbytek napětí LED , proto není jen teoretická. Rozhoduje o umístění zdroje, průřezu kabelů, počtu napájecích bodů io tom, zda bude výsledná instalace fungovat spolehlivě.
Úbytek napětí vzniká na každém vodiči s elektrickým odporem. Čím je vedení delší, čím větší proud jím prochází a čím je vodič tenčí, tím méně napětí dorazí k LED pásu. U 12 V systémů je tento jev výraznější než u 24 V, protože při stejném výkonu odebírají vyšší proud. U profesionálně navržených dlouhých linií může být vhodná i 48V technologie , pokud ji podporují všechny použité komponenty.
Co se při výpočtu úbytku napětí LED pásu počítá
Při stejnosměrném napájení LED pásů se úbytek napětí na přívodním kabelu vypočítá podle vzorce:
ΔU = 2 × L × I × ρ / S
Kde:
- ΔU je úbytek napětí ve voltech,
- L je stejnosměrná délka vedení od zdroje po napájecí bod v metrech,
- I je proud v ampérech,
- ρ je rezistivita materiálu řidiče,
- S je průřez vodiče v mm².
Pro měděný vodič při běžné návrhové teplotě lze použít hodnotu ρ = 0,0175 Ω·mm²/m . Faktor 2 ve vzorci zohledňuje cestu proudu tam i zpět – kladným i záporným vodičem. Pokud má zdroj od LED pásu vzdálenost 5 m, elektrická délka obvodu je ve výpočtu 10 m.
V praxi je však třeba oddělit dvě místa, kde vzniká problém. Prvním je přívodní kabel mezi zdrojem a LED pásem. Druhým je samotný LED pás, respektive jeho měděné cesty. I při správně navrženém přívodu může na dlouhém pásu nastat pokles napětí přímo podél pásu. Proto výpočet řidiče nenahrazuje správný způsob napájení pásu.
Jak určit proud LED pásu
Proud získáte z celkového výkonu a jmenovitého napětí:
I = P/U
Nejprve vynásobte příkon pásu ve W/m jeho délkou. Výsledný výkon vydělte napětím systému. Pokud má například 24 V LED pás příkon 14,4 W/ma délku 8 m, celkový příkon je 115,2 W. Proud při plném výkonu bude:
I = 115,2 W / 24 V = 4,8 A
U jednobarevného pásu je tento výpočet přímý. U RGB, RGBW nebo digitálních LED pásů je třeba vycházet z maximálního deklarovaného příkonu. RGB pás může při současném zapnutí všech kanálů na bílou odebírat podstatně více než u jedné barvy. Zdroj, vodiče, zesilovače i ovladač musí být dimenzovány na tento maximální stav, nikoli na běžný vizuální režim.
Praktický příklad výpočtu
Představme si uvedený 24 V LED pás s odběrem 4,8 A. Zdroj je umístěn 5 m od napájecího bodu pásu a použijete měděný kabel o průřezu 1,5 mm².
ΔU = 2×5×4,8×0,0175/1,5
Výsledkem je úbytek přibližně 0,56 V . Procentuální vyjádření získáte vzorcem:
úbytek v % = ΔU / U × 100
V tomto případě jde o přibližně 2,3 % z 24 V. Takový úbytek na přívodním vedení je u mnoha LED instalací přijatelný. Neznamená to však automaticky, že 8metrový pás můžete napájet jen z jednoho konce. Třeba připočítat úbytek na vodivých cestách samotného pásu.
Pokud by stejná zátěž pracovala při 12 V, proud by byl 9,6 A. Při nezměněné délce a průřezu by úbytek na kabelu stoupl přibližně na 1,12 V, tedy na 9,3 %. To je už hodnota, která se může projevit nižším jasem, nestabilním chováním nebo barevnou odchylkou na vzdálenějším konci.
Jaký úbytek napětí je ještě přijatelný
Univerzální hranice neexistuje, protože citlivost závisí na typu LED pásu, jeho výkonu, barvy, délce a účelu osvětlení. Při návrhu přívodu je rozumné cílit přibližně na 1 až 3 % úbytku. U náročných instalací, u kterých je vyžadován jednotný jas a přesné míchání barev, je vhodné držet se blíže k dolní hranici.
Přibližně 5 % může být u některých kratších nebo méně náročných aplikací ještě použitelných, ale už se jedná o kompromis. U 12 V LED pásu představuje 5 % jen 0,6 V. Takový pokles může být vizuálně zjevný. U 24 V systému je stejné procento 1,2 V, proto mají 24 V pásy při delších trasách jednoznačnou výhodu.
Pozor na měření napětí bez zátěže. Zdroj může mít na výstupu správných 12 V nebo 24 V, ale rozhodující je napětí naměřené na svorkách LED pásu při plném výkonu. U RGBW pásu měřte stav, kdy jsou aktivní všechny kanály. Jen tehdy zjistíte reálný stav vedení.
Průřez kabelu není jediná odpověď
Zvětšení průřezu vodiče úbytek sníží, ale ne vždy se jedná o nejefektivnější řešení. U dlouhého pásu může být praktičtější přemístit zdroj blíže, vytvořit samostatný napájecí rozvod nebo pás napájet z více míst. Napájení z obou konců snižuje zatížení vodivých cest v pase a často výrazně vyrovná jas po celé délce.
U dlouhých linií lze použít napájení ve středu, případně rozdělit LED pás na více samostatně jištěných větví. Všechny větve musí mít společnou polaritu a správně dimenzované vodiče. Pokud je zdroj nebo ovladač vzdálen od pásu, je vhodné řešit samostatně napájecí přívod a samostatně vedení řídicího signálu.
U digitálních adresovatelných pásů se vedle napájení řeší i datový signál. Společná země mezi řídící jednotkou a pásem je nezbytná. Úbytek napětí může u takových pásů způsobit nejen změnu jasu, ale také nespolehlivou komunikaci, náhodné barvy nebo výpadky vzdálených pixelů.
Proč nepomůže jen silnější zdroj
Zdroj s vyšším výkonem zajistí potřebnou výkonovou rezervu, ale sám o sobě neodstraní odpor dlouhého a tenkého kabelu. Pokud se k pásu přes nevhodné vedení nedostane požadované napětí, výkonnější zdroj problém nevyřeší. Navíc zvyšovat výstupní napětí zdroje nad jmenovitou hodnotu LED pásu je nesprávný postup, pokud to výrobce systému výslovně nepovoluje. Riskujete přetížení LED, přehřívání a kratší životnost.
Zdroj se doporučuje volit s výkonovou rezervou, běžně alespoň 15 až 25 % podle charakteru provozu. Rezerva však slouží ke spolehlivému provozu zdroje, nikoli ke kompenzaci úbytku napětí ve vedení. Rovněž je třeba respektovat maximální proud konkrétního PWM stmívače, RGB ovladače, zesilovače nebo výstupu řídící jednotky.
Časté chyby při návrhu LED napájení
Velmi častou chybou je určení průřezu jen podle krátkého přívodu ke zdroji a ignorování vzdálenosti od zdroje po pás. Stejně problematické jsou nekvalitní konektory, uvolněné šroubové svorky či příliš tenké propojky dodané k pasu. Každý přechodový odpor vytváří další úbytek a při vyšším proudu také zdroj tepla.
Nespoléhejte se ani na to, že LED profil problém vyřeší. Hliníkový profil odvádí teplo z pasu a zlepšuje jeho životnost, ale není náhradou napájecího vodiče. U výkonných pásů je třeba řešit tepelný management i elektrické napájení jako dvě samostatné návrhové úlohy.
Při elektroinstalaci vždy používejte vhodné DC vodiče, bezpečná spojení a jištění větví podle proudu a průřezu. Zdroj musí být přístupný pro servis, přiměřeně chlazený a při instalacích v koupelně nebo exteriéru musí celý systém odpovídat požadovanému krytí a způsobu montáže.
Nejpřesnější návrh vznikne tehdy, když se ještě před montáží sečte výkon každého úseku, délka každé trasy a počet napájecích bodů. Při dlouhých, výkonných nebo adresovatelných LED liniích se vyplatí připravit jednoduché schéma rozvodu - ušetří opakované rozebírání hotové instalace i kompromisy ve výsledném světle.