Dimensionnement résistances pour LED

[nicolay1]

Bijours

Suite de ce sujet : http://forums.futura-sciences.com/el...-reglable.html
(Je passe au coté purement électronique donc je me suis dis que je devais plutôt créer un nouveau thread )

J'ai choisi d'utiliser 5 ou 10 leds de ce type par "bloc lumineux" : http://www.ebay.fr/itm/705-10-LED-RG...item20cc396de0

Le premier problème apparait au niveau de la tension d'alimentation... je pensais alimenter le tout avec un transfo 12V, je bloque sur le branchage par contre...
- au niveau du fait que les tensions ne soient pas les même pour chaque cathode, cela implique un abaisseur de tension ou un ampli op, je sais pas (oui j'y connait un peu rien...)
- que les cathodes soient reliés à l'anode ce qui implique que les leds ne pourront être montés qu'en parallèles (si je veux pouvoir contrôler les composantes RGB)... (donc le système qui donne la tension devra pouvoir tenir 600mA ou 300mA)
- comment gérer au niveau du courant sachant avec des resistances ? Peut on juste en mettre une en amont du système qui permet de ne pas dépasser 300mA ? (pour moi ça veut dire que si une led pète elles pètent toutes à cause d'une surintensité...) Sachant qu'en foutre une à chaque cathode c'est un peu lourd quand même

Je pense monter les leds comme ça : ... Sans les résistances et tous bien sur ^^' tient... ya des masses que j'ai oublié de relier

J'aimerai bien le faire moi même au niveau du montage donc ne pas utiliser de driver de led je sais que ça existe mais là j'y arrive pas à comprendre et ça m'énerve donc je veux le faire ^^' (et puis ça coutera plus chère en plus :3)
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[Qristoff]

On ne monte pas les leds en parallèle.

[Zenertransil]

Bonjour!

Tout à fait, c'est quelque chose qui ne se fait pas... Certains ont disparu de la circulation pour moins que ça ! Et de toutes façons ça fonctionne très mal. Pourquoi? Une LED, comme n'importe quelle diode, se modélise (modèle linéaire simplifié) par une source de tension (chute de tension de la LED) en série avec une résistance (résistance dynamique de la LED).

Or la nature fait que deux LEDs, même issues du même lot, ne seront pas identiques. Donc si on en met deux en parallèle, on met deux ensembles "source de tension + résistance très petite" en parallèle, et ces sources de tension n'ont pas la même valeur. Or on ne met JAMAIS deux sources de tension différentes en parallèle! Des courants circulent entre-elles et ne sont limités que par les (faibles) résistances dynamiques. Au mieux l'éclairement sera parfaitement irrégulier, au pire elles claqueront.

Il y a deux façons de faire: soit tu fais des paquets de une LED + une résistance et tu mets ces paquets en parallèle, soit tu mets plusieurs LEDs en série et tu mets une résistance dans cette branche. Dans le deuxième cas il faut une "forte" tension: les tensions des LEDs s'additionnent, et si tu as 10 LEDs avec 2V de chute de tension, ça fait déjà 20V, plus 2/3 pour la résistance afin d'avoir un courant stable. Dans la deuxième, pas de problème: la tension est celle d'une seule LED, avec 2 ou 3V pour la résistance. Par contre les courants s'additionnent: si une LED absorbe 20mA, pour 10 LEDs, il faut fournir 200 mA!

Pour plus d'informations (je ne vais pas refaire ce qui a été fait -et très bien fait), va voir ICI, sur le site Sonelec!

[louloute/Qc]

Il existe aussi des convertisseurs Boost faits spécialement pour les LEDs :

http://www.diodes.com/datasheets/AP5724.pdf

[A voir en vidéo sur Futura]

[nicolay1]

Merci pour ta réponse

J'ai du mal à saisir le problème des led en parallele... je pense comprendre ton explication mais ne vois pas une réel différence avec ce que j'ai fait sinon que comme je l'ai précisé j'ai omis les résistances, justement pour en parler, le fait que ce soient des leds RGB implique ce montage primaire de la led que l'on ne peut pas modifier : 1301260225528567510800146.jpg
Ensuite pour le contrôle en PWM d'une led je peux imaginer le circuit suivant :
Sans titre.png
Mais comment ajouter des led dans cette configuration ! :/ en plus ça veut dire 30 res par module

@louloute/Qc : j'aime bien l'idée mais je peux pas les brancher en séries ! >_< c'est des led RGB avec anode commune !

[Qristoff]

en plus ça veut dire 30 res par module

vu la configuration de ta led, oui je le crains. Mais en cms, les résistances ne représentent pas une grande surface et ne sont pas chères !

[nicolay1]

ouai fin j'ai rien pour faire de la soudure en surface moi ^^' et... quel est la meilleur solution pour avoir cette tension de 2V et 3V ? ^^ sans avoir trop de pertes

rouge	2V	20mA
vert	3V	20mA
bleu	3V	20mA

ça veut dire que l'anode prend au max 60mA hein on est dac ? ... Parceque si je reste en 3V avec 5 led pour 3 modules ça fait du 900mA, si en plus j'ajoute utilise un arduino je monte à 1A... Je peux utiliser une alime Rpi ? type : http://www.kibuck.com/alimentation-s...FXHJtAodWQMAkg

Et... NPN ou PNP ? cf le schéma ou j'ai pris des PNP ^^'

[Zenertransil]

Ben ça dépend: de quoi tu pars? Pareil pour les transos, tu peux utiliser les deux, mais ça correspond à deux cahiers des charges différents et ils ne se montent pas au même endroit. Comme les LEDs sont montées à cathode commune, il vaut effectivement mieux utiliser des PNP, que l'on peut monter en émetteur commun; alors que des NPN seraient montés en collecteur commun, ce qui n'est pas idéal pour de la commutation.


Tu peux effectivement utiliser un bloc secteur tout bête! Avec un découplage avant le µC car il n'aimera peut-être pas l'ondulation résiduelle et les parasites qui remontent dans la ligne.

Ne prends pas une tension d'alim supérieure à 5V si l'Arduino s'en contente! A tension d'alim fixée, avec une résistances par LED (par led interne en fait, donc 3 par led RGB), plus la tension d'alim sera élevée, plus les pertes le seront: en 8V (6V sur chaque résistance) tu auras 4x plus de pertes qu'en 5V (3v sur chaque résistance. En sachant que j'ai négligé volontairement les Vcesat des transistors (il ne faudra pas le faire quand tu feras les calculs)

Tu auras aussi 3 transistors par LED! Ca va être une sacrée usine à gaz ton truc, réfléchis-y avant de te lancer...

[nicolay1]

Trois transistors par led ? ya pas un moyen de foutre le transistor où la tension arrive sous 100mA avant d'arroser la composante en question ? ^^'

Euh je m'y connais pas trop en découplage et ça m’intéresse ^^' il faut quel genre de capa ? 1uF / 100nF /10nF ? ^^ vu que tu me dis supprimer les hautes fréquences je penserai à mes capa 100nF qui sont adaptés pour du 5V... ?

Merci pour ta réponse ^^ c'est dommage qu'on ne puisse pas plussoyer dans ce forum

[Qristoff]

Si t'as pris des leds RGB de ce type, c'est que tu veux faire de la modulation de couleur ! avec ton module à 5 leds, elles peuvent bien être mise en parallèle si chacune d'elle à une résistance série. Ensuite, un seul transistor (et Mosfet de préférance) par couleur pour moduler l'ensemble des trois couleurs.
Ou veux-tu piloter chaque led individuellement ?

[nicolay1]

Oui ^^ fin je les mettrais comme ça les transistor :

(dsl mais j'ai fermé mon isis :/ donc je recycle) faut bien sure AJOUTER LES RESISTANCES hein ^^' ça j'ai compris
Tu pourrais m'indiquer un MOFSET qui pourrait faire l'affaire ? controle de la grille en 5V (pour le PWM d'arduino) et intensité max de 500mA (faut prendre large , le max étant de 30mA*10 ^^) sous une tension de 5V... je pense pas que pour un transistor de ce type faille prendre pile la bonne tension ? 5V pour 2 ou 3V ça suffit
Je sais pas comment chercher un transistor :/

[Zenertransil]

Oui, tu peux les mettre comme ça si tu veux une commande par couleur! Mais pour les résistances, il serait bien que tu les mettes à un moment ou un autre... En sachant qu'il y en aura une par LED interne, donc 3 par vraie LED, et là, impossible d'y couper...

Pour les transos, je suis un peu vieux jeu mais vu les puissances en jeu j'utiliserais des bipolaires! des 2N2907 conviennent allègrement... Et vu la persistance rétinienne de l'homme, même en hachant à 100Hz ça suffit! On a certes plus de pertes en commutation, mais vu la fréquence je doute que ça soit mesurable. Dans ce cas précis ça ne rajoute pas de pertes à l'état passant! La tension globale est la même (5Vcc par exemple), le courant aussi, donc aucune différence; il faudra juste prendre des résistances un tout petit peu plus petites puisqu'elles auront 0,2V en moins à leurs bornes, à peu près!

Et là tu n'as pas de problème de tension de grille!

[nicolay1]

pour le transistor ? http://www.electronique-diffusion.fr...ducts_id=38283
je vais passer à elec diff pendant la semaine... ... ?

[Zenertransil]

Fais gaffe, l'image n'est pas du tout, mais alors pas du tout contractuelle: le 2N2907 se trouve normalement en boitier TO18, TO-92 (c'est ce que j'utilise) et SOT-23, qui est un boitier CMS. L'image montre un TO-220 qui est plus gros (réservé aux transos plus balèzes), mais ça à la rigueur on s'en fout, l'important c'est que le lien que tu as donné montre en 2N2907 en boitier SOT-23, un CMS!

Le bon, c'est celui-là

Il faudra prévoir résistances de collecteur et résistances de base, aussi! On peut les calculer si tu veux, mais il faut les valeurs exactes (tension d'alim, forward des leds: 2V je crois? et courant total - sans marge de sécurité, on la prendra après)


Ah oui, j'ai oublié: en configuration PNP, on est en logique négative: les LEDs s'allument si l'entrée est à la masse et s'éteignent quand l'entrée est à Vcc! Il faut d'autre part avoir la même tension d'émetteur que de base à l'état bloqué (il ne faut pas commander des LEDs en 12V avec un microcontrôleur qui sort du 5V avec des PNP, ça marche pas bien, ils refusent de se bloquer). Si tu fais du "tout 5V", qui me semble être la meilleure option, pas de souci! Mais pense à cette inversion d'état logique quand tu programmeras le composant ou la source de commande!

[nicolay1]

0.4W ?! c'est peu quand même... sous 300mA 3,4V ça fait quand même 1W sinon c'est bien c'est encore moins chère

Euh mon collecteur il est pas dans l'arduino ? .. tu veux dire une res entre le collecteur de l'arduino et du transistor ?
Pa résistances de base tu parle des résistances juste avant les cathodes ?

[Zenertransil]

Réfléchis bien!

Quelle est la formule de la puissance en courant continu? Quel courant va circuler dans chaque transistor? (courant d'une couleur). Dernier point que je te donne: la tension aux bornes d'un transistor lorsqu'il est saturé vaut environ 0,2-0,3V dans cette gamme de puissance.

Peu importe la puissance totale de la charge! Ce qui compte pour le transistor, à l'état passant, c'est tension à ses bornes x courant qui le traverse. C'est à dire 0,3V * 300 mA, soit 0,09W !!

T'imagines pour des IGBT qui commutent 100A sous 1KV, s'ils devaient dissiper la puissance totale de l'alim? Déjà je te laisse imaginer la taille qu'ils auraient, et en plus bonjour l'intérêt si ils dissipaient tout ce que l'alim fournit au lieu de le transmettre à la charge...



Une minute, je te fais un schéma! (en espérant qu'un gentil modo ait le temps de le valider )

[Zenertransil]

Voilà!



Les résistances Rc doivent laisser passer 20mA dans chaque LED. Elles ont à leurs bornes Vcc - Vcesat - Vf, avec Vcc = 5V, Vcesat = 0,2V et Vf = 2V, soit 5-2-0,2 = 2,8V.
R = U/I = 2,7/0,02, on prendra des 150 Ohms qui laisseront passer un courant de 18,6mA dans les LEDs environ. Elles dissiperont une puissance de 2,7²/150 = 1/20W environ. En gros tu prends ce que tu veux en puissance, même des 1/16W conviennent! (le standard c'est 1/4W ou 1/2W)

Il circule donc dans le circuit collecteur un courant de 100mA (on arrondit au dessus). Un 2N2907 a un gain de 200 en linéaire, mais en saturation on prend 50 maxi: il faut "tirer" (car le courant circule de l'émetteur à la base dans un PNP) un courant de 2mA minimum. L'Arduino le met à la masse donc la résistance de base a à ses bornes une tension égale à 5 - Vbe = 5-0,7 = 4,3V environ. On prendra une 1,8kOhm qui laissera passer un courant de 2,6mA environ, suffisant pour la saturation. Elle dissipera une puissance de 4,3²/1800 = 1/100W environ. Idem, tu prends ce que tu veux en puissance!

Contrôle de la puissance dissipée par le transistor: P = Ic.Vcesat + Ib.Vbesat. Le deuxième terme est négligeable dans le premier donc on a, à l'état passant, une puissance dissipée de 100mA x 0,3V, soit 0,03W. Tu vois qu'ils suffisent mes 2N2907! On néglige les pertes de commutation et c'est tout à fait plausible si on ne hache pas à 10MHz (ce qui serait complètement idiot)



Comme tu parles de collecteur pour l'Arduino, peut-être que c'est une sortie à collecteur ouvert? Si oui, ça ne change rien car on utilise des bipolaires. Avec des FETs il aurait fallu rajouter une résistance Pull-Up pour forcer la grille à Vcc et éviter que les parasites ne déclenchent les transistors à cause de la forte impédance d'entrée. Cela dit on peut la rajouter quand même, pour ce que ça coûte! Et ça fait plus pro



Bon réveillon!

[nicolay1]

YOLO !!!! Et bonne année aussi

Merci ^^ t'a utilisé isis pour faire ça ? j'aime ^^ c propre

Alors, comme tu t'y attends en j'ai plein de questions :

- première grosse question : pourquoi alors que tu as une alim de 5V, le simple fait de mettre des résistances permet de descendre la tension à 2V juste un lien sur un cours ou un tuto hein te casse pas la tête si c'est trop long ^^'
Question subsidiaire : On est daccord que Vf varie celon la couleur hein ? Vf=2V pour le rouge et 3V pour le vert ou le bleu ? et faut donc refaire les calculs pour chaque couleurs on est d'accord hein (et augmenter un peu les résistances)? Les fait pas stp ^^, je les ferait une fois que j'aurai compris comment les résistances permettent de faire "tellement" descendre le courant ça me fera l'application même si j'ai déjà en gros compris le modèle mathématique (mais pas physique).

Question 2 : mes leds c'est du 30mA par branches, ici ça fait juste baisser la valeur de la res à 100 Ohm hein on est dac ?

Question 3 : Un peu bête mais... les 2,6mA absorbés c'est de l'alim de l'arduino ou de l'alim général ? ^^' pour ce que je comprend des transistor c'est l'alim de l'arduino qui donne les electrons pour saturer le transistor et laisser passer le courant (avec une resistances induite ?)

Question 4 : j'ai rien compris au dernier paragraphe xD si tu pouvais me passer un lien ^^

Comme tu parles de collecteur pour l'Arduino, peut-être que c'est une sortie à collecteur ouvert? Si oui, ça ne change rien car on utilise des bipolaires. Avec des FETs il aurait fallu rajouter une résistance Pull-Up pour forcer la grille à Vcc et éviter que les parasites ne déclenchent les transistors à cause de la forte impédance d'entrée. Cela dit on peut la rajouter quand même, pour ce que ça coûte! Et ça fait plus pro

Merci encore en tout cas

[Zenertransil]

Bonjour!

Alors, pour les LEDs, c'est parce que ce sont des composants non-linéaires (semiconducteurs). En fait, une LED n'est pas une ampoule: il est nécessaire de limiter le courant qui la traverse. Si on néglige sa résistance dynamique, elle n'en a aucune: si tu la branches sur le 5V directement, elle te pète à la figure. Pourquoi? Prenons une LED qui a une chute de tension de 3V. Avec une alim de 5V, on comprend bien qu'il faudra mettre un "quelque chose" pour occuper les deux volts restants! Et, tant qu'à faire, un "quelque chose" qui limite le courant. D'où la résistance! On a bien dit qu'il y avait 2V à ses bornes, d'accord.

On sait que le courant dans une résistance est égal à la tension appliquée à ses bornes divisée par sa valeur (résistance). Mais la résistance est en série avec la LED, et deux dipôles en série sont traversés par la même intensité. Ce qui fait que si on fixe 20mA dans la résistance, on aura aussi 20mA dans la LED!
On divise 2V par 20mA, il faut ici une résistance de 100 Ohms. Quand on appliquera une tension suffisante sur le couple LED/résistance (supérieure à 3V, 5V dans notre cas), la LED va donc être passante, et faire perdre 3V à la tension d'alim. Ce qui fait qu'il en restera 2 sur la résistance, or une résistance de 100 Ohms sous 2V laisse passer 20mA, c'est tout simple!

On a donc vu que pour les LEDs, seul le courant est important (c'est lui qui est lié à l'éclairement), la tension, elle, est imposée par la LED. Il existe donc une méthode plus "pro" pour alimenter des LEDs (surtout des modèles de plusieurs watts), c'est de les alimenter en COURANT CONSTANT et non en tension constante! Parce que l'ennui, c'est que quand la LED va être traversée par son courant, elle va chauffer un peu (rien d'inquiétant). Et en chauffant, sa tension va avoir tendance à varier un peu, ce qui va donc varier la tension aux bornes de la résistance et ainsi le courant qui traverse l'ensemble. En courant constant, pas de souci: la source débite toujours la même chose! Mais c'est un peu inutile pour des petites puissances comme ici.



Exactement, le Vf n'est pas le même pour toutes les couleurs! Et comme la valeur des résistances Rc dépend du Vf et du courant consommé par les LEDs, il faut bien changer leur valeur! Je te laisse les recalculer pour les trois couleurs, je corrigerai si tu veux



Déjà, est-ce que tu connais le fonctionnement des transistors bipolaires? On peut passer quelques mois à raison de plusieurs heures par jour pour en discuter, mais déjà, voici le minimum à savoir. Il y a trois électrodes, la base, le collecteur et l'émetteur. Lorsqu'on fait circuler un courant entre la base et l'émetteur, on peut faire circuler un courant beaucoup plus fort entre le collecteur et l'émetteur: c'est un amplificateur de courant de gain noté "Bêta" ou Hfe. Ici, ça permet de commander 100mA avec seulement 2mA, que l'Arduino peut fournir. C'est une sorte de relais, mais à ça près qu'il n'offre pas d'isolation galvanique (l'émetteur est commun entre l'entrée et la sortie quand on l'utilise en commutation.)

NPN: On place la base à un potentiel plus haut que l'émetteur (qui est à la masse), ce fait rentrer un courant dans la base qui ressort par l'émetteur, il commande un courant qui rentre dans le collecteur et qui sort aussi par l'émetteur.

PNP: On place la base à un potentiel plus bas que l'émetteur (qui est au plus), ce qui fait rentrer un courant par l'émetteur et qui ressort par la base, qui permet de commander un courant plus grand qui va de l'émetteur au collecteur.



Donc c'est l'Arduino qui encaisse les 2,6mA (il y aura un peu plus comme les LEDs demandent 30mA et pas 20)! Mais son alimentation est commune avec celle des LEDs (l'alim 5V), donc au final c'est aussi pour l'alim générale... Pour te donner un ordre d'idée, avec de gros transistors (on préfèrera des MOS), on pourrait commander un moteur de la taille d'une voiture avec le petit Arduino!

Avec les bipolaires, il est nécessaire de mettre des résistances. Ah oui, avec ce genre de petits transistors, la tension entre collecteur et émetteur (côté puissance) vaut 0,2V environ quand le transistor est saturé, et la tension entre base et émetteur (côté commande) vaut 0,7V environ.



Pour le dernier paragraphe! Une sortie type collecteur ouvert se présente de la façon suivante: l'appareil attaque un transistor interne NPN, dont l'émetteur est relié à la masse. Ce qu'on nous donne, c'est le collecteur. Si on veut allumer une ampoule il faut donc la relier entre la sortie et la borne POSITIVE, puisque le collecteur du transistor va se retrouver à la masse (si on néglige les 0,2V) quand le transistor sera saturé. Mais l'avantage d'une sortie CO, c'est surtout que la tension de sortie n'est pas tributaire de la tension d'alim du circuit! Si ton Arduino est alimenté en 5V, tu peux tout à fait sortie en 2V ou en 10V, il suffit de relier le collecteur du transistor interne (la sortie quoi) à du 10V avec une résistance dite de pull-up, qui va porter la sortie à 10V quand le transistor sera bloqué. Quand il sera saturé, il forcera la sortie à 0,2V environ! (son Vcesat)

En électronique, on déteste les états "en l'air". Une entrée d'un circuit logique se relie à Vcc (+) ou à Vss (-), mais on ne la laisse pas flotter, reliée à rien du tout. Surtout quand il s'agit d'entrées à FET (et là je parlais justement de la grille d'un transistor FET), qui ont une très grande impédance d'entrée, c'est à dire qu'elles ne tirent aucun courant, et que le moindre parasite à la con peut donc les déclencher! Il faut donc "forcer" l'état complémentaire avec une résistance. Ici, tu aurais mis des FET canal P, donc il aurait fallu forcer leur grille à Vcc quand ils ne sont pas polarisés, pour éviter que le champ électrostatique environnant n'aille leur faire croire que l'entrée est à 0V...

Avec des bipolaires c'est beaucoup moins critique et c'est aussi pour ça que je les aime bien, ils sont quasi-immunisés aux parasites EM! Pourquoi? Pour faire conduire un NPN, il faut appliquer sur sa base une tension supérieure à 0,7V (le Vbesat) et délivrer un courant. Alors que le MOSFET ne demande pas de courant, ce qui l'expose plus à son environnement!



C'est plus clair?

Au fait, pour le schéma, c'est fait avec LTSpice, un simulateur!