Electronique > Réalisations > Jeux de lumières > Eclairage à leds 006

Dernière mise à jour : 20/12/2009

Présentation

Le présent éclairage est composé de 110 leds rouges haute luminosité, permettant de composer un panneau lumineux clignotant ou allumé en permanence, au choix.

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L'alimentation s'effectue au moyen d'une batterie de 12 V, choix justifié par le grand nombre de leds et par la consommation conséquente qu'elles engendrent, même s'il s'agit de leds haute luminosité pouvant être quelque peu sous-alimentées. En régime d'allumage permanent, la consommation totale est de 440 mA si les leds sont parcourues par un courant de 20 mA. La consommation moyenne est divisée par deux - soit 220 mA - en régime clignotant, le rapport cyclique étant d'environ 50 %. Les composants utilisés permettent un fonctionnement en régime permanent, sous-entendu avec une autonomie qui dépend bien sûr de la capacité - en A/h - de la batterie. Une petite batterie au plomb de 12 V - 4 A/h permet ainsi une autonomie d'environ 20 heures en régime clignotant.

Avertissement

Je n'ai pas personellement réalisé ce montage, mais je ne pense pas qu'il puisse souffrir de gros défaut de fonctionnement, car il est conçu sur un principe simple et normalement éprouvé. Il a été élaboré suite à la demande d'un service de travaux publics, et est prévu pour fonctionner la nuit en extérieur.

Le schéma

Sans grande surprise, la fonction de clignotant est confiée à un "timer" de type NE555.

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La fonction clignotant
Le NE555 est câblé comme on a l'habitude de le voir, avec toutes ses broches utilisées. La constante de temps d'oscillation (la fréquence, en d'autres termes) est définie par la valeur de C1, R1, RV1 et R2 : plus ces composants ont des valeurs élevées et plus le clignotement est lent. Si vous n'avez pas besoin du réglage de la vitesse de clignotement offerte par le potentiomètre RV1, vous pouvez le strapper et remplacer R1 par une résistance de 470 KO (ou plus ou moins). Cette résistance R1 sera alors câblée directement entre les pattes 6 et 7 du NE555.

La section puissance
Le NE555 n'est pas capable à lui seul de fournir la totalité du courant requis pour l'alimentation des 110 leds, et on doit y ajouter un amplificateur de courant. Cet amplificateur peut se résumer à un seul transistor, qui peut être de type bipolaire ou de type MOSFET. Un transistor bipolaire assez costaud suffit mais comme le courant commuté est tout de même assez important (si on le compare à un clignotant à leds alimenté sur pile), la chute de tension qu'il introduit en mode passant est de quelques volts, ce qui lui fait dissiper de la chaleur pour rien. Par exemple, avec un 2N3053 (qui supporte une dissipation de puissance pouvant aller jusqu'à 5 W), la chute de tension entre E et C est de l'ordre de 3 V, ce qui donne, pour un courant de 440 mA, une dissipation de puissance voisine de 1,3 W, imposant la mise en place d'un dissipateur thermique. Ca fonctionne donc mais ce n'est pas totalement parfait. On pourrait certes faire descendre un peu cette tension de déchet aux alentours de 2,0 V à 2,5 V en augmentant le courant de base du transistor (en réduisant la valeur de la résistance en série avec la base), mais cela se ferait au détriment de la consommation globale, qui augmenterait de l'ordre de 10 %. En employant un transistor de type MOSFET, la dissipation thermique est bien moindre, le composant ne chauffe quasiment pas et il n'y a pas besoin de dissipateur thermique. Et le courant de commande est quasi-nul ! Avec le transistor MOSFET IRFZ44 utilisé ici, la tension perdue est inférieure à 100 mV, ce qui conduit à une dissipation thermique qui ne dépasse pas 44 mW, en régime d'allumage continu ! En bref, c'est mieux qu'avec le transistor bipolaire.

Remarques 
- Je sais très bien que je vais en choquer quelques-uns en ayant fait le choix d'un transistor capable de commuter des courants de plusieurs dizaines d'ampères. Mais d'une part il m'arrive d'être provocateur, et d'autre part je pense pafois à des extensions futures...
- Si vous décidez d'utiliser un transistor bipolaire, vous pouvez réduire un peu la valeur des résistances qui sont en série avec les leds, pour compenser la chute de tension introduite par le transistor. De 100 ohms, elles peuvent ainsi passer à 68 ohms, par exemple (vous devrez sans doute faire quelques essais pour déterminer la valeur de résistance la mieux adaptée, en fonction du transistor employé). Tiens, au fait, un classique 2N3055 pourrait sans doute vous donner satisfaction... à condition de bien réduire la valeur de la résistance de base, car ce coquin est costaud mais aussi quelque peu gourmand (son gain n'est pas très élevé).

Le panneau de leds
On a affaire ici à une association de type série / parallèle, comme cela est conseillé à chaque fois que l'on veut mettre en oeuvre un grand nombre de leds. Les leds utilisées sont des modèles haute luminosité 2000 mcd, de tension nominale 2,0 V et de courant nominal 20 mA. Comme la tension d'alimentation est de 12 V, il aurait été un peu juste de câbler 6 leds en série, je me suis donc rabbattu sur la valeur de 5 leds en série, ce qui nécessite donc 10 V et laisse un peu de champ libre pour la résistance de limitation de courant et pour la chute (perte) de tension apportée par l'élement de puissance (le transistor dont nous parlions juste avant). Le nombre de branches de leds nécessaires pour caser les 110 composants est de 22 (110 divisé par 5), ce qui conduit à un courant max de 440 mA (22 branches de 20 mA chacune).

Le circuit imprimé

Réalisé en simple face.

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Typon aux formats PDF, EPS et Bitmap 600 dpi

Réalisation pratique et mise en boite

Ce circuit étant conçu pour un montage en extérieur, il convient de respecter quelques points pour en assurer une fiabilité minimale. L'humidité et les grands écarts de températures sont autant de point ennemis pour un montage électronique.

Précautions côté mécanique
- Le circuit doit être parfaitement réalisé, les soudures doivent être parfaites. Vous noterez que les pistes du circuits sont larges, bien que les courants y circulant sont modérés dans l'ensemble. Si vous câblez l'ensemble des composants sur un circuit imprimé tel que celui présenté ci-avant, les pistes de cuivre devront impérativement être étamées, de préférence avec de la "vraie" soudure et pas seulement avec un étamage chimique qui laisse une couche d'étain trop fine pour résister au temps.
- Recouvrir le circuit d'une couche de vernis, qui le protègera de l'humidité et des poussières.

Précautions côté électrique
- Le montage décrit ici est simple et ne possède pas de régulation en courant (comme c'est le cas dans mon projecteur à leds 002), ce qui aurait peut-être été mieux. Le courant circulant dans les leds dépend de la température ambiante, mais ne dépassera pas 25 à 30 mA dans le pire des cas. La fiabilité du circuit devrait donc être assez bonne, bien qu'en toute franchise je n'ai pas assez de recul pour en parler sérieusement. 
- Un soin tout particulier doit être apporté au raccordement électrique du montage dans son coffret, qui sera étanche à la pluie et au ruissellement. Pour le raccord du CI à la batterie, préférez des cosses de type Fast-on, plus robustes et moins susceptibles de se défaire d'elles-mêmes.
- L'insertion d'un fusible en série avec l'arrivée d'alimentation sera un point additionnel positif. Vu que le circuit ne présente pas de pointe de courant importante à la mise sous tension, le calibre du fusible peut être choisi juste au-dessus de la valeur de la consommation nominale du circuit, c'est à dire un peu au-dessus de 500 mA. Vous pouvez ainsi prendre un fusible calibré à 630 mA ou à 1 A.