Obtención de ~ 600W de potencia a 2048 LED

No sé cómo llegó a necesitar 5 V, pero suena como una mala idea. Tiene un gran problema de eficiencia, por lo que gastar un poco más en electrónica de potencia hará que las cosas sean más fáciles y baratas a largo plazo.

Primero, no transportaría energía de tan solo 5 V porque eso requeriría demasiada corriente. Tener un bus de aproximadamente 48 V suena como una idea mucho mejor. Cada panel puede convertirlo localmente a los voltajes específicos necesarios para ejecutar los LED y la electrónica. Eso también soluciona el problema de la caída del voltaje del bus desde la fuente de alimentación a los paneles y entre los paneles. Los suministros en cada panel pueden tolerar variaciones significativas en el bus de alimentación de "48 V". Y, debido a la menor corriente, habrá menos variación en primer lugar.

Mire qué voltajes necesitan los LED. El rojo y el verde estarán cerca de 2 V, pero el azul sobre 3. El rojo y el verde probablemente estén lo suficientemente cerca para que pueda usar un voltaje de alimentación para ambos. El verde tiene el voltaje más alto, generalmente alrededor de 2.1 V, así que haga un poco más que eso. Lo desea solo lo suficientemente alto como para que pueda colocar suficiente resistencia allí para que la corriente sea razonablemente predecible a pesar de la variación en los LED. Tal vez 2.5 V es una compensación razonable. Los LED rojos generalmente caen un poco por debajo de 2 V, por lo que la regulación del rojo será ligeramente mejor. De cualquier manera, esto es aún mejor que 5 V. Para el mismo brillo de LED, simplemente cambiando a 2,5 V en lugar de 5 V se ahorrará la mitad de la energía.

El azul generalmente requiere significativamente más voltaje, como más de 3 V. Haga un suministro separado para el azul. Debería estar a unos 100 mV por encima del voltaje del LED, al igual que para los LED rojo y verde.

48 V es un voltaje común para las fuentes de alimentación que se encuentran fuera de la estantería, y es el límite que generalmente se le permite antes de ingresar a las regulaciones legales. Hay varios chips convertidores de buck, o si eres listo, quizás puedas tener un micro que maneje las conversiones de buck. De cualquier manera, estos son bloques fácilmente disponibles que puedes usar en tu circuito.

Para responder a su pregunta, poner las tiras en serie, con reguladores de derivación en cada grupo es una muy mala idea. Básicamente significa que siempre estarás disipando los 640W completos, incluso cuando todos los LED estén apagados. Cualquier potencia que no vaya a los LED se desperdicia en los reguladores de derivación. Esto es mucho peor que la pérdida de ~ 10% que obtendrá con los reguladores de conmutación.

Dado que ya está gastando $ 1600 para las tiras de LED para un panel, no tiene sentido intentar ahorrar unos cuantos dólares mediante la reutilización de una fuente de alimentación de computadora adicional. Invierta en una fuente de alimentación primaria adecuada (48VDC @ 15A sería una buena opción) y use los convertidores DC-DC localmente ("punto de carga") para alimentar grupos más pequeños de tiras de LED. De esta manera, todos pueden compartir una base común y no tiene que preocuparse por aislar las señales digitales.

Si son LED de color comunes, como el rojo, caerán mucho menos que 5 V. 2 V es un valor típico para un LED rojo. Entonces, no coloque 4 de ellos en serie para un suministro de 20 V, sino más bien como 10 (solo estimando ahora, ajustaremos las cifras más adelante). Entonces 1 tal cadena consumirá 20 V \ $ \ veces \ $ 60 mA = 1.2 W. Necesitaría 2048/10 = 205 de ellos, por lo que es un total de 205 \ $ \ veces \ $ 1.2 W = 250 W, eso es un 58% menos que los 600 W estimados.

Entonces, nuestra primera estimación es de 250 W, pero tendremos que hacer algunas correcciones: si tenemos diez LED de 2 V en serie en una fuente de 20 V, no nos queda nada para una resistencia de control de corriente. Eliminamos un LED en cada cadena, de modo que nos quedan 2 V para la resistencia. Para obtener 60 mA a 2 V necesitamos una resistencia de 33 Ω. La resistencia solo disipará 120 mW, por lo que un tipo estándar de 1/4 W funcionará. Tendremos que agregar un par de cadenas: 2048/9 = 228 cadenas en lugar de 205. Por lo tanto, nuestra potencia total aumentará a 228 \ $ \ veces \ $ 1.2 W = 275 W, por lo que aún es un ahorro de más del 50% .

Los rieles de energía flotantes lo volverán loco, ya que también tiene que llevar las señales de control a ese nivel. Creo que su mejor opción es encontrar una fuente de suministros baratos de alimentación de 5 V en, por ej. 10A o 20A (Dealextreme muestre estos por aproximadamente $ 20) y conéctelos a barras de barras de cobre adecuadas para impulsar un grupo de 20A. No hay ninguna razón por la que la división de la fuente de alimentación sea la misma que la división de señales de datos. Solo conecte todos los terrenos juntos (pero no los rieles de 5 V).

Veo que también has notado que un Atmega no cuenta con suficientes recursos para controlar algo de este tamaño. Prueba un Pi en su lugar.

No creo que las tiras RGB direccionables pre-cableadas puedan ejecutarse en serie como está pensando, ya que sus líneas de datos seguirán usando señalización de bajo voltaje. Si tal disposición no está específicamente permitido por la hoja de datos de la tira de LED, esperaría que no funcionara. Sin embargo, puede evitar la necesidad de colocar cadenas de LED en serie simplemente utilizando las fuentes de alimentación de alta tensión adecuadas de 5V.

Por ejemplo, dos suministros de 350W 5V, por ejemplo, como se venden aquí por $ 33 cada uno, funcionarán bien (tenga en cuenta que no estoy afiliado a esta empresa y no tengo experiencia con sus productos, pero se ve bien para su aplicación): < a href="https://www.ledsupply.com/power-supplies/mean-well-lrs-encerradoqgclid=CjwKCAjw8uLcBRACEiwAaL6MSbr/Clases en las que se describe un comentario de tu autoría. Tenga en cuenta que aún querrá dividir sus tiras de LED en secciones más cortas y ejecutar el cableado de alimentación individual para cada una, ya que el cableado dentro de la tira no admite la corriente suficiente para el número que está planeando. La hoja de datos de sus tiras de LED debe contener el número máximo que puede ejecutar antes de cortar la tira y empalmar el nuevo cableado de alimentación.