régulation led de puissance

[tornjoha]

Bonjour,

J'ai l'installation suivante que j'aimerai modifier :
Un arduino qui pilote via pwm 4 led de puissance au format MR16 en série alimentée en 48V. Le système fonctionne pas trop mal. Le PWM n'est pas optimal.

J'aimerai le modifier de la manière suivante :
J'aimerai supprimer les drivers qui sont dans les leds MR16 et en mettre juste un pour que cela soit plus optimal.

Chaque leds MR16 est composée de 3 leds de puissance 3W fonctionne sous 3.6V/700mA. Ce qui me donne une chute de tension total de 3 * 3.6 * 4 = 43.2V
J'aimerai donc mettre un régulateur qui me limite ou augmente la tension jusqu'à 43.2v et limite le courant à 700mA.

Le but final est d'alimenter tout le système d'éclairage qui est composé uniquement de LED MR16 en série avec du solaire. Consommation total du bâtiment, un peu moins de 250W.

Voilà, si quelqu'un a une idée de régulateur qui soit efficient et peut-être simple à mettre en place pour faire ce travail.

Salutations.

Johan
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[Antoane]

Bonjour,

Le plus simple, dans ton cas, est de passer par un régulateur linéaire à transistor.
Un schéma :

Q1 peut-être un mosfet ou un NPN, au choix.
Tu peux supprimer R2 et R3. La commande PWM se fait en mettant la base (ou la gate) de Q1 à la masse.
La régulation n'est pas très précise, autour de 0,6/R1.

R1 doit pouvoir dissiper au moins 1W.
Q1 doit pouvoir dissiper au moins 10W et admètre un Ic > 1A.
Q2 est qqcq.

[freepicbasic]

si q1 est un npn r4 devra t être dminuée pour cavoior 700ma
pour un mos c est bon.

[Antoane]

si q1 est un npn r4 devra t être dminuée pour cavoior 700ma
pour un mos c est bon.

C'est vrai que c'est assez étrange...
Merci pour la correction.

[A voir en vidéo sur Futura]

[tornjoha]

Bonjour,

Merci pour votre aide. Je vais tester ce montage !

Salutations.

Johan

[terriblement]

Petite question, à quoi sert R3 ?

[Antoane]

Bonjour,
Ici, R3 et R2 n'ont pas à être câblées. Elles servaient à réaliser une fonction "enable" : avec CMD à 1, on sature Q2, ce qui bloque Q1. Avec CMD en l'air, le fonctionnement est normal. R3 est nécessaire pour "isoler" la commande de la partie puissance et ne pas devoir débiter trop de courant sur CMD : avec R3=1k, CMD doit débiter qq mA, contre ~700mA avec R3=0.
Accessoirement, R3 dégrade légèrement la qualité (la précision) de la régulation en diminuant le gain de boucle.

[terriblement]

et le signal PWM il va ou ?

[Antoane]

En mettant la base de Q1 à la masse. Plusieurs solutions :
- sortie en collecteur ou drain ouvert en parallèle de Q2 ;
- sortie reliée à la base via une diode schottky ;
- méthode par laquelle le schéma était originellement designé (R2 et R3) ;
- ...

[terriblement]

Concernant ton 3e point,

On met le signal PWM sur CMD, à quoi sert donc R3 ?

[freepicbasic]

R3 limite le courant base emetteur de Q2
Q2 conduit lorsque le seuil dépasse 0.6V et diminue le courant de base de Q1 le quel diminue en courant

[terriblement]

Je ne comprends toujours pas l'utilité, on enlève R3, pourquoi ça ne marcherait plus ?
(PWM = CMD)

si PWM = 1 alors Q2 est saturé et Q1 bloqué,
si PWM = 0 alors Q2 est bloqué et Q1 est saturé

on déplace la R1 sur le collecteur de Q1 de telle sorte que Q1 soit en émetteur commun, et on ajuste R4 sinon Q1 ne sera jamais saturé.
On gagne en simplicité, et on économise une résistance...

[Antoane]

Si tu enlèves R3, la jonction b-e de Q2 est court-circuitée par R1=1ohm. Il faut donc envoyer ~700mA dans R1 pour obtenir les ~0,7V de Vbe nécessaire à la saturation de Q1.

Autre façon de voir :
On supprime Q2 et on calcule la tension V° qu'on a là où était câblée sa base : si elle est >0,7V, le transo est saturé, sinon bloqué.
- si PWM = 10V (par exemple), on a V°=10*R1/(R1+R2) ; en supposant un courant nul dans les led puisque c'est ce qu'on veut et que c'est le cas défavorable.
- si PWM = 0V, on a V° =0V (à condition que PWM ne puisse pas absorber de courant mais seulement en fournir)
Donc c'est ok si PWM=0. Mais si PWM=10V, il faut R2~9,5ohm pour avoir V°=0,7V !!!

Sauf cas particulier (très, trop faible tension d'alim), Q1 n'est jamais saturé, il travaille en linéaire. C'est lui qui assure la régulation, R1 ne sert pas à limiter le courant mais uniquement à la mesure du courant. elle ne sert qu'au feedback de la régulation.

on déplace la R1 sur le collecteur de Q1 de telle sorte que Q1 soit en émetteur commun, et on ajuste R4 sinon Q1 ne sera jamais saturé.
On gagne en simplicité, et on économise une résistance...

Schéma ?

[terriblement]

Je pensais a ca :

T2 est a remplacer par un MOS, les valeurs et references ne sont pas bonnes, c'Est juste un schéma de principe. On met toutes ses LED en série.




On se sert de la tension aux bornes de R2 pour feedback sur le courant dans les LED et ajuster le PWM en conséquence, on pourrait dans ce cas, prendre un R2 de faible valeur pour ne pas avoir de pertes joules.

Le système que tu proposes est dans tout les cas inefficient au vue de son rendement...

[Antoane]

Le système que tu proposes est dans tout les cas inefficient au vue de son rendement...

J'ai jamais prétendu le contraire, c'est le principe même d'une alim linéaire.
Néanmoins, ce montage se contente de ~1V de dropout, ce qui est relativement bon dans la mesure où on peut mettre autant de led qu'on veut. Ainsi, dans le cas qui nous intéresse, on a une alim de 48V, pour 43V de led, soit un rendement de ~90%. Étant donné son cout de revient, monter une alim à découpage n'a pas de sens (et pourtant, les alim à découpage : c'est ma passion).


Enfin, le schéma post 14 n'est pas idéal :
- pas facile de mesurer la tension aux bornes de R2. La mettre sur la ligne Vcc serait un bon début (question de mode commun), la mettre dans l'émetteur (source) de T2 serait encore mieux, même si ça demande un minimum de traitement du signal (et encore, on peut minimiser le bruit du aux pics de courant à la commutation avec un PWM à qq kHz et R3 suffisamment grosse...) ;
- le courant max dans les led n'est pas limité, et ça, elles n'aiment vraiment pas. Il faudrait ajouter une inductance en série pour moyenner i, et mettre une diode de roue-libre en plus. Et du coup augmenter la fréquence de commutation. Bref : faire une vraie alim à découpage.

[terriblement]

Bah oui mais le but de son post était jsutement d'augmenter l'efficience de son système, voila pourquoi il est pas adapté.

Oui ok pour la position de la résistance.

Le courant dans les LED est "limité" par le microcontroleur, dans la mesure ou on a un feedback, on ajsute le PWM en conséquence. Par contre en cas de surtensino sur le VCC ca peut poser problème, peut etre une zener en parallèle.

[Antoane]

Bah oui mais le but de son post était jsutement d'augmenter l'efficience de son système, voila pourquoi il est pas adapté.

Trouve une alim ayant plus de 90% de rendement (et accessoirement la même fiabilité), demande un devis, et on en reparle

Le courant dans les LED est "limité" par le microcontroleur, dans la mesure ou on a un feedback, on ajsute le PWM en conséquence.

Non : le courant moyen est régulé. Pas le courant crête, qui n'est limité que par :
- l'impédance de sortie de l'alim ;
- R3 ;
- la résistance dynamique des led ;
- la Rds_on de T2.
C'est à dire peanuts.

[terriblement]

Ok merci

[freepicbasic]

les transistors du post 2 sont montés en générateur de courant.
Cela signifie que les diodes sont protégées en cas de variation de tension,
mais aussi que c est le transistor qui régule alors peut être faudra t il lui mettre un radiateur.

[tornjoha]

Bonjour,

Merci pour les information. J'ai fais le montage avec un mosfet IRF520 et un 2n2222 et ca fonctionne parfaitement. J'ai ajusté la résistance R1 à 0.7 Ohm pour avoir mes 700mA.

Ce montage me convient parfaitement même s'il n'est pas le plus optimisé.

- Je l'utilise sur 23 sorties pwm donc le coût de construction et de revient est plus que convenable.
- Simplicité de construction, actuellement je régule déja mes led avec du PWM, un simple mosfet + 4n25 + driver interne donc je peux modifier ma carte pour intégrer ce système.

Je vais par contre devoir me pencher sur une régulation de tension. Comme je vais faire fonctionner ce système avec des batteries et du solaire, la tension ne sera jamais à 43.2v.
De plus je dois également compter sur les câbles qui partent de l'armoire électrique jusqu'au pièces et qui font tout de même chuter la tension. Donc pour chaque pièce je vais devoir faire attention à ajuster la tension le plus proche de 43.2v.

J'imaginais mettre avant le régulateur de courant un régulateur de tension que je règle en fonction de la pièce que je vais alimenter.
Si quelqu'un a un schéma d'un régulateur simple pour faire chuter la tension d'une dizaines de volt pour 4 batteries en série jusqu'à 43v je suis preneur.

Merci pour votre aide.

Johan.

[Antoane]

Avec R1=0,7ohm, tu dois plutôt être à 1A.

Il est inutile de réguler en tension, la régulation en courant seule est nécessaire :
- il est physiquement impossible de réguler en tension et en courant : U=RI, donc à R fixée, on ne peut fixer U et I. Ta régulation en tension sera donc une pré-régulation, inutile (voire néfaste) vue l'architecture du régulateur de courant ;
- mon schéma fonctionne très bien jusqu'à une tension d'alim de 60V, voire plus.
- les 43V dont tu parles n'ont pas vraiment de signification physique : la tolérance sur la tension de seuil des led est trop grande (entre la précision initiale et la dérive en température, il faut probablement compter entre ~30V et ~45V...)

[tornjoha]

Ok pour la tension.

Je pensais mettre 4 batteries de 12v en série de manière à obtenir une tension la plus proche possible des 48v nécessaire à mes 12 leds en série.
Je vais donc plus m'orienter vers 3 batteries de manière à rester dans une plage qui ne dépassera pas la somme des tensions de seuil des leds.

Je vais faire quelques tests pour vérifier que tout soit ok avant de faire une installation à gande échelle.

Autrement afin d'être un peu plus standard, en utilisant 2 batteries afin de travailler en 24v et d'utiliser un élévateur de tension pour arriver au alentour de 40v pourrait-il fonctionner ?
Avec votre régulateur j'ai gagné environ 7% d'énergie consommée en supprimant les 4 drivers déjà présent dans les leds à tension d'alimentation égale.

Merci pour votre aide.

[Antoane]

Pour fonctionner correctement, ce montage à besoin d'une tension d'alim d'au moins 2V + la tension de seuil des led.
Mais il est tout à fait possible d'utiliser un convertisseur à découpage fonctionnant à partir de 12, 24 ou 36V et lui-même régulé en courant. Cf "boost high power led driver".

Pour avoir une vision plus globale du projet : comment sont chargée les batterie ? quelle capacité ? Elles ne servent qu'à alimenter ces led ?

[tornjoha]

Actuellement je suis sur le serveur avec une alimentation à découpage de 48V / 350W

Le système d'éclairage de la villa est alimenté par pièce en 48v et la régulation en courant se fait par les drivers interne des leds 3x3w MR6 qui sont montées par 4 en série.
Le pilotage se fait via un arduino qui génère du pwm et commande des mosfet, 1 ou 2 ou plus par pièces selon le nombre de groupe de 4 leds qu'il y a.

Je veux modifier le système pour supprimer les drivers interne ce qui est en cours de test avec le montage en question dans ce topic.
De plus comme la consommation total tout allumé vaut moins de 250W sous 48V je me suis dis que monter un panneau solaire que pour l'éclairage dans un premier temps serait sympa.

Je suis en train de logger l'éclairage en base de données pour avoir des statistiques sur le temps d'utilisation de manière à bien dimensionner les batteries.

Disons que le système totalement autonome je le prévois pour l'année prochaine car pour le moment je veux mettre au point la régulation des leds.

Donc dans l'idée, avoir un ou deux panneaux solaire, à définir selon l'utilisation de l'éclairage en hiver, l'été ne devrait pas être un problème.
Pour les batteries, en fonction de la tension que je vais utiliser ca risque de changer un peu. mais si je pars vers 48v je dirais au alentour de 50Ah ce qui donne pour commencer une autonomie théorique tout allumé d'environ 6-7h et tout n'est jamais allumé.

De plus il est peut-être intéressant de brancher aussi dessus quelques appareils informatique, firewall, modem cable, système de relevé de température (arduino), etc.

L'idée aussi en cas de problème de charge de batterie est de commuter sur l'alimentation à découpage de manière à éviter tout problèmes.

Voilà quelques précisions supplémentaires. Je vais par étape pour adapter optimiser en fonction de ce qui a été fait au départ.