Piloter une LED directement en tension via un PIC (PWM et ADC)

[Rodrigue]

Bonjour,

Je réfléchis sur la manière la plus optimale d'alimenter une LED.
Lorsqu'on les pilote avec des sources de courant, une résistance de mesure est toujours placée en série. Bien que cette résistance soit petite, les pertes occasionnées par celle-ci sont loin d'être négligeable (P = R I², comme I est élevé (ex.:350mA)... même si R est petit, P est élevé).

On arrive donc vite à se demander s'il est possible d'alimenter une LED directement en tension sans aucune résistance en série. Je pense que oui...
Avec un PIC possédant un ADC, on peut continuellement observer la tension aux bornes de la LED. La courbe caractéristique d'une LED est connue, il suffit de la calibrer pour chaque LED.

En plaçant, un capteur de température sur la carte, on peut anticiper le décalage de cette courbe.
On peut donc envoyer un signal PWM, lissé par une capacité OU piloter un DAC suivi d'un ampli-suiveur pour alimenter la LED avec sa tension de consigne. On connait le courant passant à travers la LED via la courbe caractéristique des LEDs.

Cette méthode n'est rentable que si on doit piloter une multitude de Leds.

Qu'en pensez-vous?
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[DAUDET78]

Rien du tout. Tu utilises une formule mathématique et approximative pour calculer la tension à appliquer à la LED ..... bonne chance

[Rodrigue]

C'est loin d'être une formule approximative...
De plus rien ne m'empêche de mesurer la courbe de la LED, point par point, et d'interpoler...

[PA5CAL]

Bonsoir

Si, cette formule est très approximative. Il suffit de regarder les courbes caractéristique des leds (et d'une manière plus générale des diodes) pour s'apercevoir qu'elle n'est valable que pour une faible plage de fonctionnement, qui n'est justement pas celle que tu souhaites utiliser (partie haute de la courbe).

On peut toutefois s'en servir pour avoir une idée, « grosso modo », du comportement du semi-conducteur.


D'autre part, vouloir alimenter directement une led avec une tension hachée, sans résistance ni filtre passe-bas, a peu de chance de fonctionner.

En effet, si on applique à la led, même brièvement, une tension nettement supérieure à la tension directe nominale, on crée un courant très important qui a toute les chances de détruire la jonction à plus ou moins court terme.

Le fait d'annuler le courant une fraction de seconde plus tard n'y change pas grand chose, car on arrive vite à des niveaux où ce n'est pas le courant efficace moyen qui importe, mais le courant instantané maximal : la jonction est brûlée avant que l'énergie qui lui est communiquée ait eu le temps de se dissiper vers le boîtier (autant dire que mettre un capteur de température à l'extérieur est totalement illusoire).

Le seul cas où cela pourrait marcher, c'est une utilisant des leds avec une tension directe pas trop inférieure à la tension d'alimentation maxi, et une fréquence PWM suffisamment élevée. Les constructeurs fixent généralement les limites possibles. Une lecture de leurs datasheets te démontrera que la marge de manoeuvre est finalement assez réduite.

[A voir en vidéo sur Futura]

[PA5CAL]

Toutefois, si je ne retiens que le principe que tu exposes, c'est plutôt à l'aide d'une inductance de lissage qu'il pourrait être possible de fixer aux bornes de la led une tension quasi-continue et égale à sa tension directe nominale à partir d'une PWM.


Mais là encore, l'affaire est loin d'être jouée. Déterminer le point de fonctionnement nécessaire de la led à partir du calcul et de la mesure d'une grandeur physique très indirecte, puis fabriquer assez précisément la tension requise, cela reste finalement très aléatoire.

Pour avoir une idée de ce qui se passe, il suffit de regarder quelle précision on a sur la tension d'alimentation du montage et sur les chutes de tension de l'étage de sortie du circuit PWM, puis de regarder son impact sur la précision du courant traversant les leds. Pour info, une erreur de 5% sur la tension (ce qui n'est pas énorme) peut conduire à une augmentation du courant d'environ 70% !...

[PA5CAL]

Cela dit, les manières «optimales» d'alimenter une led sont parfaitement connues : il faut lui injecter un courant suffisamment contrôlé.

Ce courant peut être fabriqué à l'aide :
- soit d'un convertisseur tension-courant à découpage,
- soit d'un élément résistif (résistance ou source de courant à transistor) qui provoquera des pertes d'autant plus faibles que les tolérances sur les composants seront serrées (tension d'alimentation et caractéristique led, notamment).

[louloute/Qc]

J’ai fait il y a quelques années un chargeur de batterie à découpage en générateur de courant pour laptop. J’utilisais la résistance ohmique de l’inductance de lissage de la PWM comme mesure de courant en feedback du régulateur PWM. J’ai obtenu un rendement de 80% très acceptable pour les tensions en jeu (12V-12V). Le seul problème était l’influence de la température sur ma mesure de courant; ça m’avait permis de confirmer l’effet de la température sur la résistivité du cuivre. J’en étais à régler ce problème en compensant par un fil bobiné en double sur la self de lissage quand mes chers bosses ont abandonné le projet.

[Zig38]

Bonjour,

(P = R I², comme I est élevé (ex.:350mA)... même si R est petit, P est élevé).

Il faut se méfier des puissance ² (ou plus), dés que nous sommes inférieur à 1, (0.1² = 0.01)

Si La tension est calculée pour être au minimum plus un poil, la résistance peut être PETITE voir inférieur à 1.

R I² peut être facilement être TRES INFERIEUR à la puissance de la led (si la led à une puissance de 3-4W, 0.1225W représente moins de 4% de la puissance de la led).

Cela vaut t'il donc vraiment le coup de développer un système complexe?

[PA5CAL]

Bonjour,



Il faut se méfier des puissance ² (ou plus), dés que nous sommes inférieur à 1, (0.1² = 0.01)

Si La tension est calculée pour être au minimum plus un poil, la résistance peut être PETITE voir inférieur à 1.

R I² peut être facilement être TRES INFERIEUR à la puissance de la led (si la led à une puissance de 3-4W, 0.1225W représente moins de 4% de la puissance de la led).

Cela vaut t'il donc vraiment le coup de développer un système complexe?

Attention !

Si la puissance dissipée par la résistance de limitation représente 4% de celle de la led, alors :
1) la résistance dynamique de la led est 4 fois plus élevée que la résistance de limitation ;
2) la tension aux bornes de la résistance de limitation est :
- 25 fois plus faible que la tension directe V_d de la led,
- 10 fois plus faible que la plage de tolérance donnée de tolérance généralement donnée par les constructeurs pour V_d (+/-20%),
- pour une led de 3W, 4 fois la différence de tension V_d résultant d'un variation de 18°C de la température ambiante (sous un climat tempéré, les différences été/hiver peuvent être supérieures, même sous abri).

Ainsi, admettons qu'on se retrouve dans une situation où :
- on étalonne la résistance de limitation en mesurant (pièce par pièce dans le cas d'une série) la tension V_d de la led avec une précision de 1%,
- on utilise pour le circuit une alimentation stabilisée et compensée en température à 1%, et réglée à 1% près,
- le dispositif de commutation du courant de la led introduit une imprécision sur la tension négligeable sur toute la plage de température de fonctionnement,
alors à une température fixée, l'imprécision globale sur la tension serait de seulement 3%, et elle serait de 4% pour une plage de température de 18°C et pour une led de 3W. Sans résistance de limitation (branchement direct sur la source de tension), les variations de courant seraient respectivement de 28% et 38%.

Nb: cela démontre au passage qu'on ne peut brancher directement une led sur une source de tension qu'en respectant des conditions draconiennes au cours de la conception, de la fabrication et de l'utilisation, ce qui est en pratique difficilement réalisable.

Avec une résistance de limitation qui ne consomme que 4% de la puissance de la led, on se retrouverait alors avec des variations de courant de 22% à température fixée, et 30% sur une plage de 18°C.

Moralité: avec et sans résistance, il y a peu de différence. Une telle résistance «de limitation» ne servirait vraiment pas à grand chose.

Le but d'une résistance de limitation est d' « absorber » les variations de tension de manière à protéger la led contre l'élévation dangereuse du courant qui en résulterait. Il faut donc qu'elle ait une valeur significativement élevée, en rapport avec la marge de courant maximum et l'imprécision globale sur les tensions mises en jeu (laquelle est souvent de plusieurs dizaines de %). Pour cette raison, la résistance de limitation consomme le plus souvent une puissance du même ordre que la led qu'elle protège.

[Rodrigue]

Bonjour,

Merci pour toutes vos réponses.

J'avais bien pensé à mettre un filtre passe-bas pour moyenner mon signal PWM. Je ne comptais pas faire passer 10A dans ma led en lui appliquant une tension de 5V.
Par contre, je comptais plutôt mettre en filtre RC que LR. Pourquoi plutôt utiliser une self de lissage?

Mes leds ont une puissance de 1W. Si j'ai une résistance de précision de 0.1ohm +/- 1%. La tension mesurée à ses bornes sera égale à 0.1*0.35A = 0.035V. Il me faut un AOP pour amplifier le signal: le gain pourrait être par exemple de 140.
J'ai 120 leds. Je souhaiterais piloter les leds par 2: j'ai donc 60 groupes de 2 leds à piloter.
Ca me fait donc 60AOP + 60mosfet + 60 schottky + 60 résistances de précision + 60 self + 60 capacité => pas génial...

N'y-aurait-il pas mieux comme système? Je répète que je veux pouvoir allumer mes 60 groupes de leds indépendamment les uns des autres...

[Qristoff]

Je ne trouve nulle part dans la formule de coefficient de température, serait-il injustement oublié ou néligeable pour un courant de diode....

[Rodrigue]

Je ne trouve nulle part dans la formule de coefficient de température, serait-il injustement oublié ou néligeable pour un courant de diode....

??? La tension thermodynamique

cf. http://lsiwww.epfl.ch/LSI2001/teachi...09/lecon9.html

[Qristoff]

Donc, tu as prévu une mesure de la température de jonction ou une image de cette température pour compenser ta commande ?

[Qristoff]

Si la puissance dissipée par la résistance série te gène, pas de probléme, tu peux l'enlever...te loupes pas dans le circuit de régulation sinon la diode va te le rappeler.
mais ne pilotes pas tes diodes en tension mais en courant, toujours en courant...
Mets un shunt de quelques centièmes d'ohms en série et régule sans dissipation de puissance excessive.
Avec un ohm, tu dois pouvoir obtenir une tension suffisante pour réguler 350mA avec une résistance de moins de 125mW.

[PA5CAL]

Par contre, je comptais plutôt mettre en filtre RC que LR. Pourquoi plutôt utiliser une self de lissage?

Dans le filtre, le "R" doit être limité à la résistance interne de la led. Dans ces conditions, le filtre "LR" est passe-bas (ce qu'on doit obtenir), mais le filtre "RC" est passe-haut (ce qu'on cherche à éviter).

Donc on réalise un filte "LR", avec une self de lissage pour le "L", et la led (consommatrice de puissance active) pour le "R'.

Mes leds ont une puissance de 1W. Si j'ai une résistance de précision de 0.1ohm +/- 1%. La tension mesurée à ses bornes sera égale à 0.1*0.35A = 0.035V. Il me faut un AOP pour amplifier le signal: le gain pourrait être par exemple de 140.
J'ai 120 leds. Je souhaiterais piloter les leds par 2: j'ai donc 60 groupes de 2 leds à piloter.
Ca me fait donc 60AOP + 60mosfet + 60 schottky + 60 résistances de précision + 60 self + 60 capacité => pas génial...

N'y-aurait-il pas mieux comme système? Je répète que je veux pouvoir allumer mes 60 groupes de leds indépendamment les uns des autres...

Dans la pratique, on utilise des sources de courant à transistor (un transistor par led, disponible par dizaines dans un circuit intégré) et on accepte de supporter les pertes qui en résultent.

Sinon, comme tu le suggères toi-même, on en arrive à monter une véritable usine à gaz.

Je peux citer par exemple un circuit spécialisé tel que le TB62717 qui permet de piloter 24 leds de petite puissance (35 mA), avec une imprécision sur les courants entre les leds de seulement +/-6%, et une perte de puissance à partir de 340 mW (soit 10% pour des leds de 130 mW). Avec un régulateur à 5% et des leds triées à 10%, on peut espérer limiter les pertes à 25 ou 30%, ce qui n'est pas mal du tout compte tenu de la simplicité du montage.

[DAUDET78]

C'est marrant, mais cette discussion me rappelait quelque chose .....
http://forums.futura-sciences.com/el...-denergie.html

[Rodrigue]

Ok , j'ai compris pour le filtre LR.

Oui Daudet, je reviens à la charge avec mon problème ;o) car je n'ai toujours pas trouvé de solution qui me satisfait réellement. Et comme j'ai presque fini, tout le reste de mon projet...