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Lampadaire multicolore 001
Dernière mise à jour : 25/03/2012Présentation
La description qui suit présente un lampadaire qui peut prendre la couleur et l'intensité lumineuse que l'on souhaite. Il est basé sur trois ensembles de LED haute luminosité rouges, vertes, bleues, qui selon le dosage de chacun permet d'obtenir la couleur désirée. Le réglage de l'intensité lumineuse de chaque groupe est assuré par un générateur dont la fréquence est fixe mais dont le rapport cyclique (rapport temporel entre niveau haut et niveau bas) est variable, bien plus efficace qu'un réglage par variation de courant dans les LED. Version plus simple à base de PIC décrite en page Lampadaire multicolore 002.Schéma
Trois étages identiques...
Le montage ne fait appel qu'à des composants classiques, dont le fameux NE555 qui constitue le coeur du montage, à savoir l'oscillateur. Il est donc réalisé en trois examplaires, un pour les LED rouges, un autre pour les LED vertes et le dernier pour les LED bleues. Le potentiomètre RV1 permet de faire varier le rapport cyclique, la fréquence de l'oscillateur restant (relativement) fixe. Le transistor 2N2222 peut être remplacé par n'importe quel transistor NPN de petite ou moyenne puissance (2N1711, 2N3904, 2N2219, etc). Inutile ici d'employer un 2N3055... à moins que vous ne vouliez porter le nombre de LED à quelques centaines! Plus sérieusement, si, vous le pouvez, par exemple pour commander un moteur de perceuse miniature (du type de celles employées pour percer les circuits imprimés). Dans ce dernier cas, vous reliez directement la perceuse entre le collecteur du transistor et la borne positive de l'alimentation. Si vous observez une mauvaise rotation du moteur, abaissez la fréquence de l'oscillateur en augmentant la valeur du condensateur C1 (entre 100 nF et 470 nF). J'ai finalement employé des LED de 5000 mcd chacune, avec un angle de rayonnement faible (8 et 15 degrés).
Alimentation des NE555
L'alimentation des NE555 n'est pas mentionnée sur le schéma, c'est une idiotie de ma part (j'ai utilisé un symbole de NE555 où les broches d'alim sont invisibles). la broche 1 de chaque NE555 va à la masse, et la broche 8 va au +15V, avec la broche 4.Résistances R1, R9 et R17 chauffantes...
Ces résistances peuvent bien chauffer si les niveaux de luminosité sont faibles (courant max via le transistor de décharge incorporé au NE555 et dont le collecteur est en broche 7). Merci à Xavier S. de me l'avoir signalé, j'avoue franchement que je ne l'avais pas du tout constaté sur mon proto (une fois mis en boîte, je ne suis pas allé voir plus loin). Deux solutions pour contrer ce problème : utiliser des résistances 2 W capable de dissiper la puissance max (environ 1,8 W quand le curseur du potentiomètre associé est du côté de cette résistance), ou augmenter la valeur de cette résistance à 560 ohms, dont la puissance dissipée ne sera alors plus que de 0,4 W au max. Vous pouvez aussi passer à un autre schéma ;-)Solutions plus simples sans composant programmable ?
Il existe plusieurs solutions pour générer un signal rectangulaire dont le rapport cyclique peut être modifié. Cela peut se faire aussi avec de simples transistors ou avec des portes logiques, comme dans l'exemple suivant où l'on utilise un trigger de schmidt d'un circuit CD4093 :
La difficulté est d'obtenir une large plage de variation, et de pouvoir arriver à des rapports très élevés (1% ou 99%). Si on n'y arrive pas, ni l'extinction ni l'allumage ne peuvent être totals. J'ai essayé le schéma précédent à CD4093 (voir page Générateur PWM 001), et malgré une simulation encourageante (voir graphiques ci-avant), j'ai été un peu déçu des résultats. Mais rien ne vous empêche d'essayer, le circuit est tellement simple ! Et en plus un schéma tout fait et un circuit imprimé sont proposés à la page Lampadaire multicolore 001b.
Lampadaire multicolore 001b
J'ai aussi reçu des échantillons de LM4970, qui sont des composants spécifiques et dédiés à l'allumage modulé de LED, et dont le principe repose aussi sur la modulation de largeur d'impulsion (PWM). Ce circuit comprend trois générateurs integrés, dont le rapport cyclique dépent d'une modulation audio appliquées sur l'entrée de chacun. Le montage devrait être étonement simple (si j'ai bien compris). Mais subsiste juste une petite difficulté : les circuits que j'ai reçus sont des CMS... avec pattes repliées sous le dessous. Il va me falloir jouer du fil fin !
Réalisation
Sur mon premier prototype, la plage de variation du rapport cyclique ne me convenait pas, je n'arrivais pas à obtenir une exctinction complète des leds (ça allait pour des leds normales, mais les leds hautes luminosité émettaient toujours un résidu de lumière au réglage min). Pour permettre une extinction complète des leds, j'ai du modifier quelques composants du premier schéma publié : R1 (anciennement de 2K2, désormais de 120), R3 (anciennement de 270, désormais de 820) et R4 (anciennement de 1K5, désormais de 10K). J'ai abaissé la valeur des résistances de limitation de courant dans les leds, désormais j'utilise des 30 ohms pour les leds bleues et vertes et des 47 ohms pour les leds rouges (anciennement toutes à 100 ohms). Notez cependant que ces valeurs devront éventuellement être réajustées si vous utilisez des leds dont la chute de tension diffère. N'hésitez pas à vous reporter à la page Alimentation d'une led le cas échéant.
Fiabilité des LED
Drôle de paragraphe, allez-vous sans doute penser... Il s'avère que sur quelques heures de fonctionnement seulement, 3 leds rouges (sur les 20) ont présenté un défaut de fonctionnement un peu particulier : éclairement très faible et augmentation de la résistance interne, conduisant à un illumination réduite pour toutes les leds placées en série avec elle. J'ai tout d'abord pensé à une mauvaise série de leds, mais je me suis ensuite demandé si les leds rouges présentaient réellement la même chute de tension que les leds vertes et bleues, pour un courant de 20mA. Je me suis en effet basé sur la chute de tension de 3,6V annoncée par le revendeur, pour le calcul des résistances de limitation de courant. Comme il existe des leds rouges haute luminosité qui présentent une chute de tension de 2,0V, je n'exclue pas la possibilité d'une erreur à ce niveau. Toujours est-il que suite à ce constat, j'ai augmenté la valeur des résistances de limitation de courant pour les leds rouges... Depuis, tout se comporte bien, ça fait huit mois que ça n'a pas bougé d'un poil.Mise en boîte
Contrairement à mon intention de départ, j'ai inclus l'ensemble des composants (hormis l'alimentation secteur) dans une "enveloppe" de lampe de bureau décorative trouvée dans un magasin de bricolage, et non dans mon lampadaire de salon. Le résultat est tout à fait conforme à mes attentes, et le rendu bien meilleur que maquette en l'air, puisque la lampe en question est doté d'un revêtement diffuseur qui joue parfaitement son rôle (espèce de papier très fin qui donne une impression de grande fragilité et de cassant).
Les potentiomètres de réglage de niveau des couleurs sont situés sous le dessous, j'avoue qu'à l'usage ce n'est pas très pratique, mais j'ai préféré cette disposition qui permet de les voir moins... sauf quand le lampadaire est placé en hauteur, ce qui est le cas du mien, bien entendu !
(clic pour agrandir)
Puissance lumineuse
Concernant la puissance lumineuse, les quatre dernières photos (lampadaire vers le luth) ont un peu de mal à rendre la réalité. J'ai désactivé le flash de mon APN pour ces photos, mais le temps d'exposition reste long et du coup on voit les objets plus éclairés qu'ils ne le sont vraiment. La puissance lumineuse au plafond est assez forte car le lampadaire est placé haut, et la puissance lumineuse sur les bords du lampadaire est très diffuse, j'ai choisi le matériau justement pour ça. Cette lampe ne nous sert jamais en tant qu'éclairage principal - qui serait insuffisant, mais seulement comme éclairage d'appoint, pour créer une petite ambiance (en complément d'un diner aux bougies, c'est assez sympa, mais il faut trouver la couleur qui va bien, perso j'aime assez le bleu-vert). Je dois préciser que les leds utilisées ici sont des modèles haute luminosité achetées il y a maintenant plusieurs années, et que des leds actuelles sont nettement plus lumineuses.Alimentation
J'ai utilisé une alimentation secteur 15V / 500 mA, qui suffit amplement. Chaque "branche" de LED comsommant au maximum 20 mA, la consommation globale atteint environ 15 x 20 mA, soit 300 mA max. Vous pouvez utiliser une alimentation basée sur un régulateur classique du genre 7815, mais n'oubliez pas de doter le régulateur d'un radiateur, car sous une telle consommation, ça peut commencer à chauffer un peu (rien d'inquiétant rassurez-vous, c'est normal, mais il faut y penser, c'est tout).Circuit imprimé
Le circuit imprimé ci-dessous comprend l'ensemble des trois modules de commande de leds. Vous noterez que les trois potentiomètres de réglages devront être soudés sur chacun des emplacement des potentiomètres ajustables RV1, RV2 et RV3. Celà vous permet de choisir le cas échéant entre potentiomètres à demeure (ajustables horizontaux) ou potentiomètres déportés.
Typon de 2006
Autre typon, version du 07/01/2007
Le typon qui suit ne comporte plus de plan de masse, plus de piste entre pastilles des CI (mais j'ai du ajouter trois straps), et la taille des pastilles et des pistes ont été agrandies pour faciliter la réalisation du circuit avec des moyens amateurs.
Typon aux formats BMP 600 dpi et PDF (sources Proteus - schéma et typon - incluses)
Variations automatiques
Vous avez été un certain nombre à prendre contact avec moi pour me demander s'il y avait la possibilité de remplacer les réglages manuels (par potentiomètres) par un système automatique, de façon à obtenir des variations de couleur aléatoires. La réponse est oui, on peut le faire, et j'en discute à la page Gradateur de lumière 006.Historique
25/03/2012- Précisions concernant les résistances R1, R9 et R17 qui peuvent chauffer un peu trop.
03/09/2008
- Nouveau dessin de circuit imprimé.