LED-Stripe Messung der Leistungsaufnahme mit Multimeter

[JudgeDredd]

Hallo Ihr Frickler und Bastler,

ich habe hier einen WLED-Stripe (WS2812b) mit 296Stk. LED Onboard.
Bevor ich meine Wünsche und Träume umsetze und ans Verbauen gehe, dachte ich mir es wäre eine tolle Idee, mal zu berechnen, wie das Netzteil zu dimensionieren ist.

Nun dachte ich, um die Leistung des LED-Stripes zu ermitteln, schaue ich mal mit meinem Multimeter.
Dazu habe ich das Multimeter zwischen Netzteil (5V/20A) und Verbraucher (LED & ESP) in Reihe gehängt.

Allerdings bekomme ich bei voller Last des Stripes (296Stk. in weiß) auf eine Anzeige von 0,55A (inkl. ESP32)
Was einer Leistung von 2,75W (5V x 0,55A) enstpräche.

"Angeblich" verbraucht eine einzelne LED 0,25W was ja bei 296Stk eine Summe von 99W wäre.
Nun die Frage von mir, wo liegt mein Denk-/Messfehler ?

Vielleicht kann mir ja einer von Euch nochmal eine kleine Nachhilfe in Elektrotechnik geben.

Gruß,
JudgeDredd

[passibe]

Zeig uns bitte mal, wenn es nicht zu viel Aufwand erfordert, ein Foto des Messaufbaus.

[JudgeDredd]

Klar, mache ich gerne.

Ich hoffe man kann alles erkennen.Du darfst diesen Dateianhang nicht ansehen.

[Papa Romeo]

"Angeblich" verbraucht eine einzelne LED 0,25W ...

Hallo Judge,

wo hast du diese Daten her. Das wären, mal den günstigen Fall berechnet bei einer LED mit einer Vorwärtsspannung von z.B 3 Volt
ein Strom von über 80 mA pro LED. Die LED´s, die in solchen Stripes verwendet werden, haben meistens eine Betriebsstrom von maximal 20 mA. Eher aber doch noch viel weniger.
 
Ich habe zufällig gerade eine Lichterkette vor mir liegen, für die ich im Begriff bin, mit einem ESP01 einen Dimmer zu bauen (Projekt hab ich irgendwann, glaube letztes Jahr, hier eingestellt). Die Kette hat 80 LED´s mit einer Vorwärtspannung von 3.2 Volt pro LED. Es liegen immer 10 LED´s in Reihe und dies dann 8 mal parallel. Entspricht eine String-Spannung von 32 Volt. Die gemessene Stromaufnahme beträgt 80mA. Heißt pro String 10mA. Verringere ich die Spannung auf 29 Volt was immer noch einer angenehmen Helligkeit der LED´s entspricht, sinkt die Stromaufnahme eines Strings auf 3 mA.

Wenn du also schreiben würdest, eine LED braucht 0,025W, was dann etwa 8mA entspräche, würde ich sagen "passt".

- z.B. ist der Widerstand als Vorwiderstand für die LED´s gedacht?

Wenn dem so ist, können hier die 550 mA schon mal nicht drüber fließen. An ihm müssten dann im  günstigsten Fall (Uf der LED = 3 Volt)
etwa 2 Volt abfallen. D.h. der Widerstand müsste eine Leistung von 1.1 Watt ab können. Jener der im Foto verbaut ist, verträgt denke ich mal 1/4 Watt
und hätte sich dann binnen weniger Sekunden in etwas "kleines Schwarzes" verwandelt. In anderer Situation nicht ohne, aber hier nicht .

Um die Stromaufnahme des Stripes zu ermitteln greifst du am Besten zur indirekten Strommessung. D.h. du misst die Spannung über dem Vorwiderstand.
Teilst diesen Wert durch den Widerstandswert und du erhältst den Strom. Diesen Wert dann mit (5V - Spannung über dem Widerstand) multipliziert die
Leistungsaufnahme des Stripes.

Dies beruht jetzt alles auf der Annahme --> R = Vorwiderstand.
Für die Zukunft wäre also besser , anstatt dem "Messaufbau" einen "Verdrahtungsplan" einzustellen. Daraus ist doch ein wenig mehr zu erkennen.

Auch Informationen wie:

- welchen Wert haben verbaute Widerstände?
- wie ist die Ansteuerung , Dauerstrom, PWM?

wären von Interesse um effektiv Aussagen treffen und helfen zu können.

LG
Papa Romeo

[tobi01001]

Ganz kurz:

Ich hab das mal mit 10 (oder 100?) Leds (WS2812b) für jede Farbe gemessen und auch irgendwo dokumentiert um den Bedarf jeder einzelnen LED (Farbe) zu ermitteln.

Muss das mal raussuchen. Am Ende waren das weit unter 20mA pro LED (bei stabilen 5V am Netzteil) - glaube so um die 12 - 15mA. Aber auch das sind bei voll weiß 13 Ampere über deine kleine Steckdrähtchen. Ich weiß aus eigener Unachtsamkeit, dass weder das Steckbrettchen, noch die jumper wires arg viel Strom mögen.

--> Diese Menge an LEDs immer entsprechend separat mit Strom versorgen.

Deine Messung kann aber mit dem Ergebnis nicht stimmen. Wird die Leistung (am Ende Helligkeit) eventuell schon SW-Seitig gedrosselt?
Ansonsten entweder weniger LEDs nehmen oder den Messaufbau auf > 10A ertüchtigen. Für >10A reicht dein Messgerät wohl auch nicht aus. Dann wärst du mit dem Messaufbau von Papa Romeo auf der sicheren Seite...


@Papa Romeo:
- Der Widerstand dort ist kein Vorwiderstand - zumindest nicht für die Versorgung der LEDs sondern für die Datenleitung.
- Den Strom kann man schon direkt messen und mir einer entsprechend hohen Anzahl LEDs bekommt man Messfehler auch relativ klein - vorausgesetzt sie leuchten auch voll. Aber eine indirekte Messung über Widerstand tuts natürlich auch.
- Die WS2812B sind da mit deiner Lichterkette nicht vergleichbar. Hier sind alle LEDs parallel an einem Strang über 5V versorgt und lediglich die Datenleitung geht in Reihe durch. In etwa so: Jeder kleine WS2812b nimmt sich sein Datenpaket und schiebt den rest weiter. Aus seinem Datenpaket nimmt sich der LED Treiber dann die Helligkeitswerte der einzelnen farbigen LEDs (R,G,B) und steuert diese an. Man hat als pro LED/Pixel den Strom für jeweils eine R,G,B und den Treiber selbst.

LG,
Tobias

[Papa Romeo]

Hallo tobias,

hast natürlich recht. Hab ich irgendwie übersehen, dass es sich hier um die WS2812 handelt. Sorry.
Hier kann der Spitzen-Strom bei maximaler Helligkeit schon auf 60mA ansteigen kann, was dann bei der Leistungsaufnahme schon in Richtung 0.25 Watt geht.
Ich würde aber schon die indirekte Strommessung nehmen, da die WS2812 im Prinzip ihre eigene PWM-Steuerung haben und um dies dann
zu messen dann schon ein sehr gutes Multimeter erforderlich ist.

LG
Papa Romeo

[JudgeDredd]

Deine Messung kann aber mit dem Ergebnis nicht stimmen. Wird die Leistung (am Ende Helligkeit) eventuell schon SW-Seitig gedrosselt?

Ja Tobias, Du hattest Recht, der WLED Sketch auf dem ESP32 hatte eine 850mA Begrenzung drin, damit die LEDs über den USB betrieben werden konnten 🙈
Allerdings wird es aus meiner unwissenden Perspektive ab jetzt immer seltsamer.

ohne Messaufbau:
Stelle ich den max. Output auf 20000mA gem. der max. Leistung meines Netzteils, werden die LED nur ganz am Anfang des Stripes hell und flackern. Weiter hinten werden sie dann dunkler (gelb->orange).

ohne Messaufbau:
Stelle ich den max. Output auf 3000mA, dann ist der Stripe voll nutzbar (RGB -> weiß).

mit Messaufbau:
Stelle ich den max. Output auf 3000mA, dann bekomme ich ca. 1A (5W) angezeigt und die LED flackern.

Da steige ich nicht so ganz durch, wie das zusammenhängt.
Möglicherweise liegt es auch an meinem Messgerät, auch wenn es kein Fluke ist, hätte ich zumindest gedacht, annähernd bei 80 - 100 Watt zu landen.

Bisher waren meine Fragen auch eher theoretischer Natur und wollte einfach mal wissen, was ich falsch mache.
Mal angenommen, ich möchte meinen Hubschrauberlandeplatz mit 5000 LED beleuchten, wie berechnet man denn sowas ?

Gruß,
JudgeDredd

[tobi01001]

@Papa Romeo: Ja, ich denke der PWM-Einfluss auf die Messung ist bei voller Helligkeit (einer Farbe bzw. einer jeden Farbe) nicht so riesig. Insbesondere wenn man dazu noch über viele LEDs misst.

Bei den LED-Strips die bei mir im Einsatz sind, wird die Leistung SW-technisch auf 90% des Netzteils gedrosselt. Und messtechnisch hatte ich dann den errechneten Wert mit dem Multimeter verglichen und war dann bis auf wenige mA genau.
Da ich mich bei sowas aber ungern auf SW verlasse an der ich auch noch selbst gepfuscht habe, sind zumindest die Leitungen (und in der Regel auch das Netzteil) entsprechend ausgelegt.

@JudgeDredd:
Ich würde mir einen Sketch bauen / nehmen, wo man dynamisch die Anzahl der LEDs/Pixel und deren Farbe ändern kann - R,G,B oder alle.
[Edit]Ich sehe gerade du hast einen WLED-Sketch genommen. Damit sollte das prinzipiell schon möglich sein. Aber so Spielerreien wie Farbkorrektur, globale Helligkeit etc. verfälschen das Ergebnis dennoch.[/Edit]

Dann messen mit
- AUS (ESP + 296 LED Treiber),
- 10 LEDs (erst R, dann G, dann B, dann W)
- 100 LEDs (erst R, dann G, dann B, dann W)
- und eventuell noch eine Messung ohne LEDs - also nur der ESP.

Damit solltest du dir für jede Farbe den Einzelwert bzw. für alle den Gesamtwert errechnen und entsprechend skalieren können.


Wenn du einen Hubschrauberlandeplatz mit 5000 LEDs beleuchten willst, dann bitte keine 5V Stripes mit einem Strang nehmen. Das sind im schlimmsten fall bis 300 Ampere. Das Kabel ist dann so dick, dass du es nicht an den Strang löten kannst.

Ernsthaft. Bei diesen 5V Led-Streifen, solltest du dick genug (und damit meine ich auch die Leitungen) einspeisen und bei entsprechender Länge auch unterwegs bzw. zwischendrin nochmal. Ich mache bei entsprechender Länge eine Einspeisung auf beiden Seiten. Die Strombelastbarkeit ist da schon wichtig um nicht unnötig zu heizen oder gar dahin zu schmelzen. Die kleinen Drähtchen in deinem Mess-/Testaufbau sind jedenfalls nicht für 10A und mehr geeignet. Bei der Anzahl an LEDs habe ich zusätzlich auch einen entsprechend großen Kondensator am Anfang des strips..
Jumper Wires und diese Steckplatinen sind ausgelegt für wenige (1-2) Ampere. Genau er müsste ich jetzt Google konsultieren.

Was dein Netzteil da macht, kann ich dir leider aus der Ferne auch nicht sagen und deinen Aufbau kann ich insgesamt schwer einschätzen.

wie oben geschrieben: Taste dich mit wenigen LEDs langsam bis zu max. 2 Ampere hoch (oder nimm dickere Kabel für die LED-Stripe-Versorgung und erhöhe Schrittweise)...

Ich hatte bei den WS2812B immer mit flackern zu kämpfen, bis ich die Ansteuerung (Datenleitung) seitens ESP auf DMA umgestellt hatte... Diese Bitbanging mochte ich (und miene LEDs) noch nie. Aber das hat wenig mit dem Strom zu tun

[Papa Romeo]

Wenn du einen Hubschrauberlandeplatz mit 5000 LEDs beleuchten willst, dann bitte keine 5V Stripes mit einem Strang nehmen. Das sind im schlimmsten fall bis 300 Ampere. Das Kabel ist dann so dick, dass du es nicht an den Strang löten kannst.

Sowas wird sowieso niemals aus einem Netzteil gespeist! U.a schon aus Gründen der Ausfall-Sicherheit nicht.

LG
Papa Romeo

[JudgeDredd]

Wenn du einen Hubschrauberlandeplatz mit 5000 LEDs beleuchten willst, dann bitte keine 5V Stripes mit einem Strang nehmen. Das sind im schlimmsten fall bis 300 Ampere. Das Kabel ist dann so dick, dass du es nicht an den Strang löten kannst.

Nagut, das mit dem Hubschrauberlandeplatz war etwas geflunkert (da muss ich noch etwas sparen)

Aber bei einem durchschnittlichen Wohnraum (5m x 6,50m), kommt man ja bei einem Umlauf auch schnell auf einen Wert von ~1380 LEDs (23m x 60 LED/m).

Das man die Stripes an mehreren Stellen mit Spannung versorgt, war mir schon bewusst.
Mir ging/geht es in erster Linie darum, ob ich mit einem Netzteil auskomme, oder mehrere benötige, da bei 100W Leistung schluss ist mit Lüfterlosen Geräten.

Klar ist die finale Kalkulation schwierig, da die Stripes ja nicht in Weiß 100% Dauerbetrieb sind sondern eher mit einer angenehmeren Farbe oder mal einer Animation laufen.
Der naive Plan war ja meinen Messaufbau zu nehmen und ein paar LED Settings laufen zu lassen und über die MAX Funktion des Multimeters, die obergrenze des Netzteil zu ermitteln.

[tobi01001]

Wenn du einen Hubschrauberlandeplatz mit 5000 LEDs beleuchten willst, dann bitte keine 5V Stripes mit einem Strang nehmen. Das sind im schlimmsten fall bis 300 Ampere. Das Kabel ist dann so dick, dass du es nicht an den Strang löten kannst.

Nagut, das mit dem Hubschrauberlandeplatz war etwas geflunkert (da muss ich noch etwas sparen)

Aber bei einem durchschnittlichen Wohnraum (5m x 6,50m), kommt man ja bei einem Umlauf auch schnell auf einen Wert von ~1380 LEDs (23m x 60 LED/m).

Das man die Stripes an mehreren Stellen mit Spannung versorgt, war mir schon bewusst.
Mir ging/geht es in erster Linie darum, ob ich mit einem Netzteil auskomme, oder mehrere benötige, da bei 100W Leistung schluss ist mit Lüfterlosen Geräten.

Klar ist die finale Kalkulation schwierig, da die Stripes ja nicht in Weiß 100% Dauerbetrieb sind sondern eher mit einer angenehmeren Farbe oder mal einer Animation laufen.
Der naive Plan war ja meinen Messaufbau zu nehmen und ein paar LED Settings laufen zu lassen und über die MAX Funktion des Multimeters, die obergrenze des Netzteil zu ermitteln.

Nimm mehrere Netzteile und mehrere Controller. Mit WLED bist du da gar nicht so schlecht unterwegs, da du sie meines Wissens kombinieren und synchronisieren kannst. Mit den ESP32 ist auch genug Performance vorhanden. Da sind die LEDs eher die Begrenzung.
Die Herausforderung liegt ja nicht nur in der Leistung (in Watt), sondern auch der Leitungslänge und der Performance die du mit einer bestimmten Anzahl LEDs hinbekommst.
Das Schreiben der Daten ist relativ langsam, sodass deine FPS dann irgendwann in den Keller gehen. Du brauchst immerhin mind. 30 us pro LED...

Ich hatte vor ein paar Jahren schonmal was dazu geschrieben: https://forum.fhem.de/index.php?topic=50174.msg1070196#msg1070196 Da steht aber nicht viel mehr als hier.

[JudgeDredd]

Nimm mehrere Netzteile und mehrere Controller. Mit WLED bist du da gar nicht so schlecht unterwegs, da du sie meines Wissens kombinieren und synchronisieren kannst. Mit den ESP32 ist auch genug Performance vorhanden. Da sind die LEDs eher die Begrenzung.

Also ich glaube bei den ESPs ist die vorherrschende Meinung etwas anders.
Da würde ich je 350 LEDs über unterschiedliche GPIO ansteuern und nicht mittels mehrerer ESPs

Bei den mehreren Netzteilen bin ich schon eher bei Dir. Aber ich würde ungern via Try & Error (jedesmal wenn eins abbrennt, die Zahl um eins erhöhen  ) herausfinden, wieviele es denn sein müssen.

[tobi01001]

Nimm mehrere Netzteile und mehrere Controller. Mit WLED bist du da gar nicht so schlecht unterwegs, da du sie meines Wissens kombinieren und synchronisieren kannst. Mit den ESP32 ist auch genug Performance vorhanden. Da sind die LEDs eher die Begrenzung.

Also ich glaube bei den ESPs ist die vorherrschende Meinung etwas anders.
Da würde ich je 350 LEDs über unterschiedliche GPIO ansteuern und nicht mittels mehrerer ESPs

Bei den mehreren Netzteilen bin ich schon eher bei Dir. Aber ich würde ungern via Try & Error (jedesmal wenn eins abbrennt, die Zahl um eins erhöhen  ) herausfinden, wieviele es denn sein müssen.

Ja, beim Controller hast du natürlich recht. Da hänge ich gedanklich noch in meiner esp8266 Welt fest, wo ich nur einen Ausgang für DMA zur Verfügung habe...

Und bezüglich Netzteile: WS2815 werden mit 12V gespeist. Damit wäre dein Stromproblem auch nur noch 5/12 so groß. Angenommene 1380 leds hätten dann max 34,5 A (Alle weiß...).
Das wird man für Ambientebeleuchtung wohl nie haben. Mir würde da glaub 1/3 ausreichen.
Am Ende per SW auf den entsprechenden Strom begrenzen.

Ich habe bei mir z. B. ein 3A Netzteil und  in der SW 2800mA eingestellt bei ca 200 Ws2812b.

Da wird nur selten gedrosselt...