Alimenter beaucoup de bandeaux leds

[Janosch]

Bonjour à tous!

Je suis en train de bosser sur un projet dans lequel il faut alimenter 154 bandeaux (!) de leds de 50cm montés sur une structure en bois.
En tout ça fait 75m de bandeau led quand même...
Les bandeaux c'est du WS2812 (https://fr.aliexpress.com/item/10050...yAdapt=glo2fra)
C'est du +5V et ça consomme 18W/m (donc 3.6A/m)
Il y'a 7 alimentation 5V/60A et 2 contrôleurs:
https://fr.aliexpress.com/item/10050...yAdapt=glo2fra
et
https://fr.aliexpress.com/item/40008...yAdapt=glo2fra

Je vous en parle parce que je suis un peu inquiet par rapport à la consommation et j'ai des doutes sur les diamètres de câble qu'il faut que je prenne et de la meilleure façon de câbler ça,
histoire d'éviter de tout mettre en série et de tirer 270A dans du câble de 2mm de diamètre!

Voilà mon idée:
Strips.png

En gros je mets en parallèle 4x3m (en série) par alim, ce qui me donnerait 54W dans les 3m, mais ça fait beaucoup quand même 10A, c'est trop pour du 2mm?

Est-ce que de "ré-injecter" du jus tous les mètres pour soulager les câbles serait une mauvaise idée?
Injection.png

J'ai aussi un petit doute sur le câblage du contrôleur, si j'ai bien compris les alims et les lignes de commande du contrôleur se partagent la masse, et le data passe de led en led...
Pas de soucis si je câble l'alim des bandeaux en parallèle, mais que je garde la ligne du data tout en série? je sais pas si c'est clair...

Bon voilà, je m'en remets à vos précieux conseils, s'il y'a des points qui ne sont pas clairs, n'hésitez pas à me demander...
Merci!
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[Antoane]

Bonjour,

comment les bandeaux sont-ils arangés physiqement : sur lune ligne droite de 75 m de long, en étoile à 40 branches chacune mesuarant 10 m, pour former un panneau dont chaque led crée un pixel, etc.

Dievrses architectures sont possibles, incluant la "réinjection" ou l'alimentation de rubans en série (sous une tension totale >> 5 V, avec un petit circuit d'´quilibrage et d'isolation pour le stream de data).

J'ai aussi un petit doute sur le câblage du contrôleur, si j'ai bien compris les alims et les lignes de commande du contrôleur se partagent la masse, et le data passe de led en led...
Pas de soucis si je câble l'alim des bandeaux en parallèle, mais que je garde la ligne du data tout en série? je sais pas si c'est clair...

Sur le principe, ce schéma est bon. Une erreur de compréhension vient du fait qu'il ne montre pas que les "GND" et les "+5V" sont reliés deux à deux par des fils en internes, tadis qu'il y a un circuit logique en série entre Din et Dout.

[Janosch]

Alors pour la structure, en fait c'est un assemblage de plusieurs cubes, les bandeaux seront fixés sur les arrêtes (les arrêtes font 50cm).
Certaines arrêtes sont communes à 2 cubes, donc c'est pas forcément 12 bandeaux par cubes...
Par rapport au 5V réinjecté, on est d'accord que je dois tirer les câbles en partant de l'alim à chaque fois?
Merci

[DAT44]

Bonjour,

Alors pour la structure, en fait c'est un assemblage de plusieurs cubes, les bandeaux seront fixés sur les arrêtes (les arrêtes font 50cm).
Certaines arrêtes sont communes à 2 cubes, donc c'est pas forcément 12 bandeaux par cubes...
Par rapport au 5V réinjecté, on est d'accord que je dois tirer les câbles en partant de l'alim à chaque fois?
Merci

Avec 10A dans du 2mm carré, c'est bon pour du câblage secteur ou tu peux perdre un peu de tension en ligne (5% environ), soit 230x 0.05 = 11,5V
Avec du 2 mm carré, tu a une résistance au mètre de 9 milliohm environ, avec 10A tu pers donc 90mV/mètre, soit 130 mètres de fils maxi (65 mètres pour l'aller-retour)

Ici tu as une tension d'alim de 5V, soit une perte en en ligne admissible (5%) de 5 x 0.05 = 250 mV ...
Avec du 2 mm carré, tu a 2.8 mètres de fils maxi (1.4 mètres pour l'aller-retour) !!!

En 2 mm2, c'est hyper court, a mon avis il faudra prévoir des barres de cuivre jusqu'au bandeaux pour le câblage de tes 5 alims ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[Janosch]

Je suis pas sûr d'avoir compris DAT44, tu dis que je pers 5% de tension par mètre, c'est ça?
Comment tu trouves 2.8mètres? c'est parce qu'au-dela de 0.7V de perte, les leds risquent de plus fonctionner?
les alims sont ajustables, je peux aussi augmenter un peu la tension de sortie pour avoir 5V pile à l'endroit où j'attaque le premier bandeau. (mauvaise idée?)
Ceci-dit, les bandeaux sont quand même espacés, 1.4m c'est trop juste...
Sinon pour le nombre de bandeaux en série en parallèle ça vous paraît intelligent?
Et de câbler l'alim des bandeaux en parallèle, mais pas le data, ça le fait aussi?

[Antoane]

Bonjour,

> Par rapport au 5V réinjecté, on est d'accord que je dois tirer les câbles en partant de l'alim à chaque fois?
Tes deux schémas du post de départ sont corrects.
La confusion série parallèle vient d'une mauvaise compréhension du schéma interne des bandeaux. Ceux-ci ressemblent à ca :


Tu peux régler la tension de sortie de l'alim à environ 5.5 V, voire 6 V. Les led fonctionnant encore à 4,5V, cela autorise une perte de 1V à 1.5V dans la résistance des fils.

Il ya plusieurs solutions pour alimenter correctement tous les bandeaux, le choix va dépendre des contraintes que l'on ne connait pas nécessairement. En gros, tu peux :
- avoir une alimentation 5V (ou 6V) centrale, et utiliser des gros fils de cuivre pour distribuer la tension à tous les bandeaux. Le diamètre minimum du cablage se calcule en fonction des longueurs en jeu, des courants, et de la perte max admissible (cf le début de mon message). Pour celà, il faut un plan un minimum précis de l'emplacement des différents bandeaux et de l'alimentation
- avoir une alimentation centrale délivrant par exemple 24 V, et plusieurs convertisseurs 24V/5V disposés aux plus près des bandeaux. Ainsi, on assure une tension mieux régulée pour chaque bandeau.

Il sera peut-être nécessaire de protéger un peu le signl de data, mais rien d'insurmontable.

Dans tous les cas, il faudrait un plan un minimum précis de l'emplacement des différents bandeaux et de l'alimentation.

[Janosch]

Ok, merci pour les précisions.
Je n'aurais pas le temps d'avancer sur le projet cette semaine,
je reviens la semaine prochaine et donnerai plus de détail sur la structure en question!

[bobflux]

Avec les WS2812, si une LED flanche, elle ne transmet pas le signal au reste de la bande. WS2813 résoud ce problème.

Le 5V n'est pas obligatoire...

Par exemple on a le WS2811 en 12V, l'inconvénient est qu'une puce contrôle 3 LED donc la commande se fait par blocs de 3 LED qui seront toutes les trois de la même couleur. L'avantage c'est que le courant est 3x plus faible.

Comment tout ça sera refroidi ?

[DAT44]

Bonjour,
compte tenu des courants mise en jeux dans ce montage, il faudra un point de référence commun "costaud" afin d'éviter les perturbation sur la commande des LEDs (perturbation de la commande par courant de masse ...)

[Janosch]

Bonjour tout le monde!
J'ai eu des grosses semaines et j'ai pas eu le temps d'avancer sur ce projet, mais j'ai quelques jours de libres maintenant.
Voilà une simu 3D pour que vous puissiez vous rendre compte de ce que c'est:
simu.mp4
La structure se sépare en 5 (découpé verticalement) et en terme de câblage j'aimerais qu'elles restent indépendantes. Le contrôleur et les alims seront fixés sur le dessus.

Je note pour le WS2813 bobflux, en plus je préfèrerais câbler en 12V... Mais les bandeaux sont déjà achetés et je suis pas le seul décisionnaire.

Des avis qui vous viennent?
Merci!

[bobflux]

Pourquoi une structure en bois ? C'est pourri pour le refroidissement, ces LED chauffent pas mal.

Si tu veux faire des cubes, les barres en aluminium extrudé pour monter les stands d'expo c'est excellent, les raccords pour faire les angles sont disponibles, etc.

[Janosch]

Pourquoi une structure en bois ? C'est pourri pour le refroidissement, ces LED chauffent pas mal.

Je suis tout à fait d'accord, mais comme je l'ai dit je ne suis pas le seul décisionnaire...
J'insiste régulièrement pour passer sur du profilé alu, et à force ça va passer j'espère

ça se voit pas sur la simu, mais les cubes ne sont pas des cubes, c'est tordu en vrai (ça donne un effet artistique sympa), ce qui fait qu'avec de l'alu y'a du taf...

[DAT44]

Bonjour,
compte tenue des contrainte du câblage (270A a passé dans du 2.5 mm), il faudra sans doute planqué les alims dans la structure afin quel soit au plus prés des bandes lumineuse...

Je préconise un câblage en étoile au tour des 7 alims, il faudra donc répartir régulièrement les 7 alims dans la structure (il faudra peut-être prévoir des petits panneaux noir pour planquer les alims ?)

[DAT44]

dans le post #1, tu parle de câble de 2 mm de diamètre, tu aurais un lien ou les caractéristiques plus précise sur le câble ?

[bobflux]

Pendant qu'on y est les strips adhésives ne collent bien que sur quelque chose de plat. Elles peuvent se courber mais seulement dans le sens de la longueur. Donc si l'idée est d'utiliser des barreaux de chaise ronds en bois...

Par contre le plat en alu ça marche très bien, et ça peut aussi se courber.

[Janosch]

Donc pour résumer:
La structure se "découpe" en 5 parties, chacune comportant une trentaine de bandeaux (5V) mesurant chacun 50cm (chaque bandeau tire environ 1.8A).
Je pensais mettre les alims sur le dessus, mais ok pour envisager de les placer de manière plus centrale pour réduire la longueur de câble.

Pendant qu'on y est les strips adhésives ne collent bien que sur quelque chose de plat.

Je viens de me rappeler que les bandeaux ne sont pas collés directement sur le bois, il y'a un petit rail alu fixé sur le bois qui vient accueillir le bandeau (et qui met une petite distance entre les leds et le bois).

Les questions que je me pose encore:
- combien de bandeaux je peux me permettre de mettre en série, sachant que c'est câblé avec du 1mm² je crois (je vérifie ça jeudi), mais je sens qu'il va falloir racheter du câble un poil plus gros...
- Je vérifierai à quel point ça chauffe, et dans tous les cas je continue à insister sur l'utilisation de l'alu...
- Il a été fait mention d'une masse "solide", ça veut dire quoi? Du plus gros câble?
- Reste également la question du blindage du câble data: est-ce nécessaire, et si oui, je fais comment, j'utilise du câble blindé uniquement pour le data, ou je dois blinder la masse aussi? (pour les câbles d'alim, pas de blindage)
- De manière générale, je trouve que ça tire beaucoup de jus non? j'aurais bien aimé passer sur du 12V (avec les WS2813 par exemple), mais ça veut dire qu'il faut racheter tous les bandeaux, et toutes les alims (dans quel cas je veux bien suivre la suggestion de Antoane et prendre une plus grosse alim et puis des régulateurs)...

Merci encore de m'aider sur ce projet!

[bobflux]

J'envoie des idées au hasard, tu tries :

Une structure creuse serait plus esthétique pour cacher les fils.

On peut faire pas mal de trucs avec des raccords tout faits, par exemple des kits pour monter les étagères dans les magasins, ou de la plomberie. Bon le cuivre c'est très cher, mais il reste le PVC, le CPVC, les tubes IRO (gaines électriques) etc. Un exemple : https://www.fitclamp.fr/raccord-tubu...%98++21%2C3+mm l'avantage de ces systèmes est qu'on trouve les raccords à plus de 3 trous dont tu as besoin pour ta structure.

> les bandeaux ne sont pas collés directement sur le bois, il y'a un petit rail alu fixé sur le bois

OK ça servira de refroidissement alors. Y a pas besoin de beaucoup, du 15mm de large c'est bon, vu que c'est à l'air libre.

> combien de bandeaux je peux me permettre de mettre en série, sachant que c'est câblé avec du 1mm² je crois (je vérifie ça jeudi), mais je sens qu'il va falloir racheter du câble un poil plus gros...
- Je vérifierai à quel point ça chauffe, et dans tous les cas je continue à insister sur l'utilisation de l'alu...

> Il a été fait mention d'une masse "solide", ça veut dire quoi? Du plus gros câble?

Les signaux de commande sont référencés à la masse: toute "tension" est en fait une différence de potentiel. Un signal ce n'est jamais un fil, mais toujours deux fils.

Ton microcontrôleur sort un signal de commande en 5V qui est référencé à sa propre masse, c'est-à-dire que le signal est une tension de 0V ou 5V entre la sortie et la masse du micro. (si tu utilises un micro en 3V3 il te faudra un convertisseur de niveau 3V3 vers 5V, par exemple un 74HCT245).

Ces strips prennent en entrée un signal de commande qui est référencé à la masse de la première LED. (je mets en gras le mot, pour le vocabulaire).

Donc, si il y a une différence entre le potentiel de la masse sur la première LED de la bande et la masse du micro, cette tension est ajoutée ou retranchée au signal de commande vu par la première LED, selon la polarité.

Le problème est le même pour le signal qui sort d'une bande pour aller à la suivante : la sortie est référencée à la masse de la dernière LED, et l'entrée à la première LED du bandeau suivant.

Autrement dit, si la masse n'est pas câblée avec des fils assez gros (c'est le sens du mot "solide" utilisé au dessus) la chute de tension dans les fils due aux courants variables tirés par les LEDs va ajouter une tension parasite à ton signal de commande qui peut empêcher les LEDs de l'interpréter correctement. Ces LEDs fonctionnent en PWM (modulation de largeur d'impulsion) donc ça tire un courant assez haché, qui fait beaucoup de parasites.

On peut mettre des condensateurs sur l'alim, par exemple des condensateurs chimiques, un par bande, de la dimension qui rentrera dans les tubes. Dans ce cas le condensateur le plus proche va lisser les variations de courant locales, et le courant qui circule dans la masse sera moins haché, donc il y a moins de chances d'avoir des parasites.

Une structure en tubes métalliques pourrait résoudre le problème : c'est un excellent conducteur de masse, mais pour l'alu il faut poncer un peu les bouts pour enlever l'oxyde qui est isolant.

> Reste également la question du blindage du câble data: est-ce nécessaire

Probablement inutile

> De manière générale, je trouve que ça tire beaucoup de jus non?

Ces LEDs sont célèbres pour causer moult problèmes d'alimentations

[Janosch]

Ok, je prends note de tout ça, merci!

J'aime bien l'idée de découpler avec du condensateur, j'ai toujours été mauvais pour calculer la capacitance, mais j'ai du 2200µF qui traîne dans mes tirroirs,
c'est bien pour commencer? Jeudi je passerai la ligne de commande dans l'oscilloscope voir ce qui s'y passe, je posterai des images...
J'ai oublié de préciser que j'ai été embauché sur le projet parce que le "concepteur" n'a pas tout à fait réussi à faire marcher le tout et puis il n'a pas eu le temps de débugger/finir pour des raisons de disponibilité.
Ce que j'ai suspecté c'était soit un ampérage trop fort, une soudure sèche ou quoi, soit une perturbation du signal data justement.
En fait, en utilisant qu'un port du contrôleur ça marche, mais les leds branchés sur d'autres ports réagissent mal, ou même pas du tout.

[bobflux]

> j'ai été embauché sur le projet parce que le "concepteur" n'a pas tout à fait réussi à faire marcher le tout

lol tu m'étonnes

C'est quoi comme contrôleur et si il est en 3V3 y a-t-il bien une traduction en 5V sur les signaux de commande ?

[Janosch]

Je donne le lien en #1:
https://fr.aliexpress.com/item/40008...yAdapt=glo2fra

C'est bien du 5V.

[bobflux]

Ah OK d'accord.

En fait, en utilisant qu'un port du contrôleur ça marche, mais les leds branchés sur d'autres ports réagissent mal, ou même pas du tout.

Est-ce que le port qui marche est toujours le même, ou bien si tu mets un port (n'importe lequel) ça marche ?

[DAT44]

Bonjour,

Donc pour résumer:
La structure se "découpe" en 5 parties, chacune comportant une trentaine de bandeaux (5V) mesurant chacun 50cm (chaque bandeau tire environ 1.8A).
Je pensais mettre les alims sur le dessus, mais ok pour envisager de les placer de manière plus centrale pour réduire la longueur de câble.

Ce n'est pas bon de vouloir passé de 7 alims (#1) à 5 Alims, cela oblige a utilisé les alims au maxi de leur possibilité, ce qui n'est jamais bon :
- augmentation du courant dans les câbles
- augmentation de la ronflette en sortie d'alim
- diminution du MTBF des alims ...

Pour l'alim la position centrale est mieux, afin de réduire la longueur des câbles, bon après si le câblage est suffisamment solide (perte en ligne), peut-être que les alims peuvent être au dessus de la structure ?

Le problème c'est que l'on connais pas grand choses de tes câbles : longueurs ? résistance au mètre ?
Sans ces paramètres, il est impossible d'évalué la chute de tension pour les rubans ...

Je viens de me rappeler que les bandeaux ne sont pas collés directement sur le bois, il y'a un petit rail alu fixé sur le bois qui vient accueillir le bandeau (et qui met une petite distance entre les leds et le bois).

Un petit rail alu vas permettre de dissipé la chaleur des rubans, c'est bien !

- combien de bandeaux je peux me permettre de mettre en série, sachant que c'est câblé avec du 1mm² je crois (je vérifie ça jeudi), mais je sens qu'il va falloir racheter du câble un poil plus gros...

Savoir précisément la résistance au mètre de ton câble est très important pour pouvoir calculé la perte de tension en ligne !

Par exemple si ton câble fait du 1mm² :

Sa résistance sera environ de 0.018 ohm/mètre, une section de ruban consomme 1.8A et on suppose une chute de tension d'alim acceptable de 5% (4.75V minimum)

Pour un ruban, tu vas donc perdre 32.4 mV par mètre (18 x 1.8), la chute maxi de tension est de 125mV (250/2), la longueur maximum du câblage de un ruban par rapport au son bloc Alim est donc de 3.85 mètres

Cela veut dire que si ton rubans est à (par exemple) 10 mètres de son alim, tu doit utilisé 6 fils de câblage pour réalise le câblage de son alimentation (10/3.85=3), trois fils en // pour le - et trois fils en // pour le +

- Je vérifierai à quel point ça chauffe, et dans tous les cas je continue à insister sur l'utilisation de l'alu...

Faire des tests avant sera plus prudent en effet, se serait ballot de faire tout le montage pour ce rendre compte après que les rubans grilles en cour de fonctionnement ...

- Il a été fait mention d'une masse "solide", ça veut dire quoi? Du plus gros câble?

Compte tenu des distances et des courants qui circule, du gros câble sera sans doute utile ...

A mon avis ce qui est le plus important, c'est que le signal de commande ne soit pas perturbé par les pertes en ligne , il faut donc bien étudié le câblage :
- câblage en étoile a partir de chacune des alims en vérifiant que aucun tronçons ne soit sous alimenté ...
- câblage en étoile a partir de la masse du module de commande vers toute les bornes de masse (-) des blocs alim, afin de réduire au maximum le courant de de masse a partir du module de commande ...
- câblage le plus court possible d'un tronçon a un autre afin de ne pas perturbé le signal de commande (bien étudié le plant de connexion de touts les tronçons afin de réduire au maximum les distances de connexion des fils "data")
-utilisation de condensateurs de filtrage d'alim au niveau des tronçons ...

- Reste également la question du blindage du câble data: est-ce nécessaire, et si oui, je fais comment, j'utilise du câble blindé uniquement pour le data, ou je dois blinder la masse aussi? (pour les câbles d'alim, pas de blindage)

Dans un premier temps on peut utilisé des fils ordinaires pour le câblage "data", si cela ne suffit pas (perturbations), il est possible d'utilisé un fil blindé (genre fil d'antenne ou autre ...)

[Janosch]

Super, merci pour les infos claires et précises!

Comme je l'ai déjà mentionné, j'en saurais un peu plus jeudi (pour le câble notamment) et je vous ferai part de mon avancement (déjà faut débugger cette histoire de port multiple qui déconne).

Ce n'est pas bon de vouloir passé de 7 alims (#1) à 5 Alims

Je compte bien utiliser les 7 alims, j'ai pas été clair pardon. Les 5 modules ne font pas la même taille, j'utiliserai 2 alims pour les 2 modules les plus gros.

[DAT44]

Bonjour,
pour le problème de port multiple qui déconne, a tu respecté ces deux règles ? :
- câblage en étoile a partir de chacune des alims en vérifiant que aucun tronçons ne soit sous alimenté ...
- câblage en étoile a partir de la masse du module de commande vers toute les bornes de masse (-) des blocs alim, afin de réduire au maximum le courant de masse a partir du module de commande ...

[Janosch]

Ça a pris du temps mais me revoilà!
Après pas mal de galères (logiciel pas hyper intuitif, contrôleur non reconnu, barre led HS qui m'a fait bugger, etc...) j'arrive tout de même à du résultat:
en cablant un bandeau par port (c'est à dire 4), je n'ai pas de problème, les 4 bandeaux fonctionnent!
J'ai mesuré une consommation d'environ 1A par bandeau ce qui est quand même moins que prévu, je suis content!

Les câbles utilisés me paraissent fins tout de même, c'est du 22AWG multibrin (un truc no-name de chez ali), combien de bandeaux je peux me permettre de mettre en série avec un tel câble?

Il y'a une autre question qui m'est venue: quel intérêt de la "ré-injection" (voire #1) par rapport à du parallèle?
C'est sûrement plus clair avec un schéma:


Merci!

[bobflux]

L'intérêt de la réinjection c'est que

- chaque bande est alimentée par les deux côtés donc il faut deux fois moins de points d'injection par rapport au parallèle

- la masse et le signal de la bande N vont à la bande N+1

[Janosch]

Je vois, merci.
Est-ce que vous me conseillez de prendre du câble un peu plus gros ou pas? je peux passer sur du 1.5mm² par exemple.

[DAT44]

Bonjour,

Je vois, merci.
Est-ce que vous me conseillez de prendre du câble un peu plus gros ou pas? je peux passer sur du 1.5mm² par exemple.

Avec du 1.5mm² par rapport a du AWG22, tu multiplie par 5 la section, ce sera forcement mieux ...
Le mieux pour toi sera de faire des tests "IRL", ou tu mesure en réel les chutes de tension en ligne ...

[bobflux]

1.5mm² c'est bien, tu auras du mal à souder plus gros sur les bandes...

Au pire si ton alim 5V a un réglage de tension de sortie, tu peux monter à 5.5V, les WS2812 supportent jusqu'à 6-7V (perso je mettrais pas plus de 6V).

Ce qui est critique c'est d'avoir assez de tension tout au bout du fil pour allumer le LED bleue qui est celle qui demande la tension la plus élevée (dans les 3.3V + la tension sur le régulateur de courant dans la puce).