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<!DOCTYPE html>
<html lang="de">
<head>
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<meta name="copyright" content="© 2023 Wladislaw Waag" />
<title>LED power calculator: Beispiele</title>
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<div class="container m-2 p-0">
<h3 style="font-weight: bold;"><span style="color:red">W</span><span style="color:orange">L</span><span style="color:darkblue">E</span><span style="color:lightpink">D</span><span style="color:mediumblue"> p</span><span style="color:brown">o</span><span style="color:hotpink">w</span><span style="color:lightcoral">e</span><span style="color:red">r</span><span style="color:seagreen"> c</span><span style="color:crimson">a</span><span style="color:darkgreen">l</span><span style="color:darkmagemnta">c</span><span style="color:darkblue">u</span><span style="color:red">l</span><span style="color:darksalmon">a</span><span style="color:lightpink">t</span><span style="color:darkolivengreen">o</span><span style="color:orangered">r</span><span style="color:red">:</span><span style="color:orange"> B</span><span style="color:darkblue">e</span><span style="color:lightpink">i</span><span style="color:mediumblue">s</span><span style="color:brown">p</span><span style="color:hotpink">i</span><span style="color:darkblue">e</span><span style="color:lightcoral">l</span><span style="color:lightpink">e</span></h3>
Hier betrachten wir einige Beispiele, wie man die Auslegung der Stromeinspeisung für ein mit WLED gesteuertes adressierbares LED-Streifen mit Hilfe von <a href="https://wled-calculator.github.io">https://wled-calculator.github.io</a> durchführen kann. Dabei gehen wir von einfachen Beispielen aufsteigend zu komplexeren Beispielen.
<br>
<span style="color:red">Achtung: Diese Beispiele haben kein Anspruch auf die Vollständigkeit und sollen nur einige Ideen erläutern, die Sie in Ihrem Aufbau anwenden können.</span>
</div>
</div>
<div class="container m-2 p-0"><a href="examples_en.html"> >> English</a>
</div>
<div class="container m-2 p-0">
<h4>Inhalt</h4>
<ul>
<li><a href="#Example1">Beispiel 1: Ein einfaches LED-Streifen (3 Meter mit 30 LEDs/Meter)</a></li>
<li><a href="#Example2">Beispiel 2: Ein 75 Zoll TV soll Ambilight bekommen. Gesamt 152 LEDs vom Typ SK6812RGBNW</a></li>
<li><a href="#Example3">Beispiel 3: 18 Meter WS28xx RGB FCOB LED Streifen 24 V (720 LEDs/m), mehrere Netzteile</a></li>
<li><a href="#Example4">Beispiel 4: 2x 20 Meter WS2811 LED Streifen für eine Bowlingbahn; EMV: Vermeidung Massenschleifen</a></li>
</ul>
</div>
<div class="container m-2 p-0">
<hr>
<div class="container" id="Example1">
<h5>Beispiel 1: Ein einfaches LED-Streifen (3 Meter mit 30 LEDs/Meter)</h5>
<div class="container m-2 p-0">
<b><u>Aufgabe:</u></b> Man möchte ein einfaches LED-Streifen mit 3 Meter Länge und 30 LEDs/Meter realisieren. Das Netzteil soll in der Nähe vom LED-Streifen im Abstand von ca. 50 cm platziert werden. Es soll die volle Helligkeit des Streifens ausgenutzt werden. Man entscheidet sich aus Kostengründen für ein einfaches WS2812B 5V Typ LED-Streifen.
<br>
<img src="example1_1.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel1: Aufgabe" style="width:400px;">
<br>
<b><u>Lösung:</u></b> Bei 3 Meter Länger und 30 LEDs/m müssen gesamt also 90 LEDs angesteuert werden. Man gibt die Daten in den Rechner ein und erhält das Ergebnis:
<br>
<img src="example1_2.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel1: Aufgabe" style="width:800px;">
<br>
Der LED Stromverbrauch beträgt maximal 3,70 A. Zusätzlich werden typisch ca. 0,5 A für den WLED Controller notwendig sein. Damit muss das Netzteil mindestens 4,2 A liefern können. Angenommen, man verwendet 10 A (50 Watt) Netzteil, welches man für mögliche spätere Erweiterungen mit Vorhalt angeschafft hat. In diesem Fall ist unbedingt eine Sicherung zu verwenden. Die durch den Rechner vorgeschlagene Sicherung hat 5 A Nominalwert. Der Leitungsquerschnitt muss dabei mindestens 0,34 mm<sup>2</sup> betragen. Der Rechner sagt ferner, dass eine Strom-Einspeisestelle am Beginn des LED-Strips ausreichend ist.
<br>
Die Sicherung kann in einem separaten Sicherungshalter integriert werden:
<br>
<img src="example1_3.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel1: Ergebnis 1" style="width:400px;">
<br>
Oder wenn z.B. ein Controller mit Sicherungsmöglichkeit verwendet werden soll (wie z.B. ein <a href="https://shop.myhome-control.de/ABC-WLED-Controller-V31-ESP8266/HW10002" target="_blank">ABC! WLED Controller Board V31</a>), kann die Sicherung direkt im Controller verwendet werden.
<br>
<img src="example1_4.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel1: Ergebnis 2" style="width:400px;">
<br>
Als Ergänzung wird gezeigt, was sich ändert, wenn der Abstand zwischen dem Netzteil und dem LED-Streifen auf 1,50 m vergrößert wird. In Ergebnissen ändert sich nur der empfohlene Kabelquerschnitt von 0,34 mm<sup>2</sup> auf 1 mm<sup>2</sup>. Diese Änderung ist notwendig, um den Spannungsabfall über die Zuleitung gering zu halten:
<br>
<img src="example1_5.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel1: Ergebnis 3" style="width:800px;">
<br>
</div>
</div>
<hr>
<div class="container" id="Example2">
<h5>Beispiel 2: Ein 75 Zoll TV soll Ambilight bekommen. Gesamt 152 LEDs vom Typ SK6812RGBNW</h5>
<div class="container m-2 p-0">
<b><u>Aufgabe:</u></b> Man möchte sein 75 Zoll TV mit Ambilight ausstatten (für Details sieh z.B. <a href="https://hyperion-project.org/forum/" target="_blank">Hyperion Projekt</a>). Die LEDs möchte man dabei mit WLED steuern. Für eine bessere Farbwiedergabe wählt man als LED Typ SK6812NW. Man entscheidet für sich wie viele andere auch, dass 30 LEDs/Meter ausreichend sind. Das Netzteil und den WLED-Controller möchte man unter (oder hinter) dem Fernseher platzieren (ca. 50 cm Abstand zu LEDs).
<br>
<img src="example2_1.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel2: Aufgabe" style="width:400px;">
<br>
<b><u>Lösung:</u></b> Ein 75 Zoll TV hat die Seitenlängen ca. 167cm x 94cm. Mit 30 LEDs/Meter kann man also auf eine lange Seite 49 LEDs und auf eine kurze Seite 27 LEDs platzieren. Insgesamt sind es 49*2+27*2 = 152 LEDs. Man gibt die Daten in den Rechner ein, vergisst dabei nicht „RGB Weiß + Weiß“ zu wählen und erhält das Ergebnis:
<br>
<img src="example2_2.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel2: Ergebnis 1" style="width:800px;">
<br>
Dabei fällt auf, dass der Rechner 2 Einspeisungen empfiehlt, um die volle Helligkeit bei „RGB Weiß+Weiß“ zu ermöglichen: am Anfang und am Ende des Streifens. Die Ergebnisse bzgl. empfohlener Leitungsquerschnitt und Absicherung können also nur für den Abschnitt zwischen dem Netzteil und der Stromverteilung angewendet werden. Um die Auslegung nach der Stromverteilung zu machen, klicken wir weiter auf „Hoher Strom: mit Einspeisungen berechnen:“. Hier geben wir an, dass ab der Stromverteilung bis zum LED Streifen am Anfang und am Ende nur ein kurzes Stückchen von 20 cm ist:
<br>
<img src="example2_3.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel2: Ergebnis 2" style="width:800px;">
<br>
Jede Stromeinspeisung kann also mit 0,34 mm<sup>2</sup> realisiert werden und muss mit 5 A Sicherung abgesichert werden. Das Ergebnis ist auf dem Bild dargestellt:
<br>
<img src="example2_4.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel2: Ergebnis 2" style="width:400px;">
<br>
Die Sicherungen können im Kabel integriert werden oder man verwendet ein spezielles Sicherungsboard wie z.B. <a href="https://shop.myhome-control.de/Sicherungsboard-fuer-WLED-Controller/HW10010" target="_blank">dieses</a>.
<br>
</div>
</div>
<hr>
<div class="container" id="Example3">
<h5>Beispiel 3: 18 Meter WS28xx RGB FCOB LED Streifen 24 V (720 LEDs/m), mehrere Netzteile</h5>
<div class="container m-2 p-0">
<b><u>Aufgabe:</u></b> In einem Zimmer soll unter der Decke RGB FCOB-LED Streifen als ambiente Beleuchtung eingesetzt werden. Die Zimmergröße beträgt 5m x 4m. Es soll ein WS28xx FCOB-LED mit 720 LEDs/m eingesetzt werden. Netzteil muss im Zimmer unten, also im Abstand von ca. 2 m zum LED Streifen platziert werden.
<br>
<img src="example3_1.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Aufgabe" style="width:400px;">
<br>
<b><u>Lösung:</u></b> Es müssen gesamt (5+4)*2 = 18 Meter LED Streifen verlegt werden. Bei RGB FCOB Streifen bei der Angabe 720 LEDs/m wird gemeint, dass pro Meter 240 LEDs jeder Farbe (R,G,B) vorhanden sind. Daher zählen wir das wie bei LED Strips mit einzelnen LEDs, dass es 240 LEDs pro Meter sind. Bei 18 Meter ergeben sich 18*240 = 4320 "RGB" LEDs. Wir geben die Daten in den Rechner ein. Bei 24 V darf der Spannungsabfall höher sein, wir wählen 700 mV:
<br>
<img src="example3_2.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 1" style="width:800px;">
<br>
Das Ergebnis zeigt, dass man gesamt knapp 18 A braucht und man 3 Stromeinspeisungen realisieren muss: am Anfang, am Ende und in der Mitte. In der Mitte bedeutet in diesem Fall in der gegenüber liegender Ecke des Raums. Würde man das ganze mit einem Netzteil realisieren wollen, würde die Länge der Stromleitungen vom Netzteil zu jeweiliger Einspeisestelle betragen: 2m, 11m, 2m. Wir berechnen damit die Stromeinspeisungen:
<br>
<img src="example3_3.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 2" style="width:800px;">
<br>
Dabei fällt auf, dass für die Mitteleinspeisung ein sehr dickes Kabel gebraucht wird, um den Spannungsabfall klein zu halten und man trotzdem 700mV überschreitet. Wir entscheiden deswegen in der Gegenüberliegender Ecker des Raumes ein weiteres Netzteil zu platzieren. Somit versorgt jedes Netzteil nur die jeweilige Hälfte des LED Streifens, dabei jeweils 4,5 Meter davon in jede Richtung:
<br>
<img src="example3_4.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 3" style="width:400px;">
<br>
Somit versorgt jedes Netzteil 9 Meter LED Streifen, also pro Netzteil müssen in dem Rechner 2160 LEDs eingegeben werden:
<br>
<img src="example3_5.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 4" style="width:800px;">
<br>
Die Leitung vom Netzteil zu LED Streifen muss also 1,5 mm<sup>2</sup> sein und wird mit 10 A Sicherung abgesichert. Der Rechner schlägt zwei Stromeinspeisungen vor, einmal am Anfang und einmal am Ende des LED Streifens. Wir haben jedoch es anders, dass wir von einem Netzteil zwei Stückchen LED Streifen versorgen, was aber vom Stromverbrauch das gleiche ist. Daher kann man die Vorgaben aus dem Rechner bzgl. Einspeisungen übernehmen:
<br>
<img src="example3_6.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 4" style="width:800px;">
<br>
Also jede Einspeisung wird kurz implementiert, muss mindestens 0,34 mm<sup>2</sup> sein und wird mit 5 A Sicherung abgesichert:
<br>
<img src="example3_7.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 4" style="width:400px;">
<br>
Noch vier Themen müssen angesprochen werden:
<ol>
<li>An roten Punkten muss die 24 V Leitung am LED Streifen durchgetrennt sein. Damit wird sichergestellt, dass kein Strom aus einem Netzteil in das andere Netzteil fliesen kann um den störungsfreien und sicheren Betrieb der Netzteile zu gewährleisten.</li>
<li>Der Standby Stromverbrauch liegt gesamt bei ca. 10 Watt (siehe Ergebnisse des Rechners). Daher sollte man Relais einsetzen um Strom zu sparen und die Umwelt zu schonen.</li>
<li>Die Anzahl der „äquivalenten“ physikalischen RGB LEDs beträgt wie oben berechnet 4320 Stück. Da bei 24V Streifen meistens 12 davon in einer logischen Gruppe ist (das sehen Sie an der Anzahl der Trennstellen im Streifen pro Meter), beträgt die Anzahl der logischen LEDs 360 Stück. Diese alle können von einem Controller angesteuert werden, man gibt in WLED-Software die Anzahl der LEDs als 360 an.</li>
<li>Die Stromverteilung kann man direkt an jedem Netzteil machen, dann gehen von jedem Netzteil 4 Leitungen nach oben, also jeweils +24V und GND für jedem 4,5 m LED-Abschnitt (1080 LEDs). Für jeden Segment kann man das mit dem Rechner wie folgt berechnen:</li>
</ol>
<img src="example3_8.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung 5" style="width:800px;">
<br>
Das Ganze kann man dann z.B. mit einem Controller, zwei 24 V Relais Boards und 4x 5A Sicherungen von <a href="https://shop.myhome-control.de" target="_blank">MyHome-Control</a> realisieren:
<br>
<img src="example3_9.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel3: Lösung " style="width:400px;">
<br>
Ein Aspekt, nämlich die negative Wirkung von Massenschleifen, wurde in diesem Beispiel nicht behandelt. Schauen Sie dafür das nächste Beispiel an.
</div>
</div>
<hr>
<div class="container" id="Example4">
<h5>Beispiel 4: 2x 20 Meter WS2811 LED Streifen für eine Bowlingbahn; EMV: Vermeidung Massenschleifen</h5>
<div class="container m-2 p-0">
<b><u>Aufgabe:</u></b> Es soll eine Bowlingbahn von beiden Seiten jeweils mit einem RGB LED Streifen beleuchtet werden. Die LED-Streifen auf beiden Seiten sollen zueinander immer synchron leuchten. Die Bahn hat ca. 20 m Länge und ca. 1 m Breite. Da es bereist eine recht gute weiße Beleuchtung gibt, entscheidet man sich für RGB-Streifen ohne separate weißen LEDs. Man möchte aber die Möglichkeit haben die LEDS auch mit voller Helligkeit als RGB-Weiß zu betreiben.
<br>
<img src="example4_1.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Aufgabe" style="width:400px;">
<br>
<b><u>Lösung:</u></b> Man setzt WS2811 RGB Streifen ein mit 30 LEDs/m. Damit hat man 600 LEDs (=20m*30LEDs/m) pro Seite. Gibt man diese Angaben in den Rechner ein, ergibt sich ein Strombedarf von 8,13 A pro Seite und es muss von vorne und von hinten eingespeist werden:
<br>
<img src="example4_2.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 1" style="width:800px;">
<br>
Wenn das Netzteil vorne platziert wird, beträgt die Länge der Zuleitung nach hinten für jede Seite ca. 20 Meter:
<br>
<img src="example4_4.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 2" style="width:800px;">
<br>
Damit wäre ein sehr hoher Querschnitt der Leitung notwendig (6 mm<sup>2</sup>), um den Spannungsabfall ausreichend gering zu halten:
<br>
<img src="example4_3.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 3" style="width:800px;">
<br>
Als eine Alternative käme ein zweites Netzteil in Betrachtung, welches hinten platziert werden könnte und direkt von da aus die zweite Hälfte beider LED Streifen versorgen würde. Dafür würde man in der Mitte beiden Streifen die 12V trennen (aus Sicherheitsgründen, damit beide Netzteile entkoppelt sind):
<br>
<img src="example4_5.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 4" style="width:800px;">
<br>
Jedoch muss dabei noch ein potentielles Problem betrachtet werden: es ist eine durchgehende GND-Verbindung vorhanden, die quasi die ganze Fläche der Bowlingbahn umfasst. Damit entsteht eine sogenannte Massenschleife, also eine durch die Masseverbindung ausgebildete niederohmige großflächige Schleife. Solche Massenschleifen sind aus EMV-Sicht problematisch, da durch diese sehr leicht Störungen in den Stromkreis eingekoppelt werden. Das kann zu Störungen der LEDs führen. Anderseits ist eine durchgehende Masseverbindung aller Komponenten für den Betrieb notwendig. Das Problem kann z.B. dadurch gelöst werden, indem man am hinteren Ende für jede Seite ein eigenes Netzteil verwendet:
<br>
<img src="example4_6.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 5" style="width:800px;">
<br>
So bleiben alle relevanten GND-Verbindungen vorhanden, es wird jedoch keine Massenschleife ausgebildet.
<br>Nun können alle Leitungen ausgelegt werden. Das erste Netzteil vorne (PSU1) versorgt zwei Streifen-Hälften je 300 LEDs. Das zweite und das dritte Netzteil (PSU2 und PSU3) versorgen auch jeweils 300 LEDs. Wir berechnen also pro Streifen-Hälfte (je 300 LEDs) die notwendige Leitung und Sicherung:
<br>
<img src="example4_7.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 6" style="width:800px;">
<br>
Es reicht also jeweils eine 0,34 mm<sup>2</sup> Leitung mit einer 5 A Sicherung. Der Leitungsabschnitt zwischen PSU1 und der Stromverteilung zu beiden LED Streifen muss jedoch höher dimensioniert werden. Bei einem 10 A Netzteil ist der Querschnitt mit 1,5 mm<sup>2</sup> gut dimensioniert und ist durch den Überlastschutz des Netzteils typischerweise gut geschützt. Für mehr Sicherheit oder wenn das Netzteil deutlich mehr als 10A Strom liefern kann, kann hier eine Sicherung eingesetzt werden.
<br>Zur Vollständigkeit kann noch zugefügt werden, dass die Datenleitung der beiden Streifen an ein Datenausgang des WLED Controllers angeschlossen werden kann, da beide Streifen immer synchron arbeiten sollen.
<br>Auf dem nächsten Bild ist beispielhaft eine Realisierung mit einem <a href="https://shop.myhome-control.de/ABC-WLED-Controller-Board-5-24V/HW10015" target="_blank">ABC! WLED Controller (5-24V)</a> und einem <a href="https://shop.myhome-control.de/Sicherungsboard-fuer-WLED-Controller/HW10010" target="_blank">Sicherungsboard</a> gezeigt:
<br>
<img src="example4_8.jpg" class="img-fluid" alt="Beispiel4: Lösung 7" style="width:800px;">
<br>
</div>
</div>
</div>
<hr>
<hr>
<div class="container m-2 p-0">
<h5 id="L14" style="font-weight: bold;">Nützliche Informationen:</h5>
<ul>
<li><span id="L14a">WLED Wiki (Englisch):</span> <a href="https://kno.wled.ge">https://kno.wled.ge</a></li>
<li><span id="L14f">WLED FAQ: <a href="https://wled-faq.github.io">https://wled-faq.github.io</a></span></li>
<li><span id="L14b">DIY WLED Boards:</span> <a href="https://github.com/wladwnt/wled">Github</a></li>
<li><span id="L14c">Professional WLED Controllers: <a href="https://shop.myhome-control.de">MyHome-Control Shop</a></span></li>
<li><span id="L14d">WEB-basierter WLED Software Installer:</span> <a href="https://wled-install.github.io">WLED-INSTALL</a></li>
</ul>
</div>
</div>
<div class="container m-2 p-0">
<div class="accordion accordion-flush" id="accordionBottom">
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