Eclairage de vélo: passage aux LEDs.

[inoxxam]

Bonjour,
Il y a quelques années, je m'étais bricolé un éclairage de vélo pour rouler dans la forêt, avec deux lampes halogènes "spot" (cône étroit) de 20 et 50W respectivement. Cet ordre de puissance, ou du moins ce que cela rend au niveau lumière me convient tout à fait. Le tout est alimenté avec une batterie au plomb 12V, 7Ah que je trimbale dans mon sac, à l'époque, j'avais pas forcément les moyens de prendre autre chose. Maintenant que je peux me permettre "mieux", et puisqu'il est dans la tendance actuelle d'abandonner les lampes à incandescence, j'aimerais passer aux LEDs, et à une batterie lithium, pour économiser mon pauvre dos (attends... C'est une type de la vingtaine qui dit ça?). Pour l'alimentation en elle-même je n'ai pas vraiment de soucis, je mettrais en place une alimentation à découpage (probablement grâce à M. LT). Mais je ne sais pas ce que je dois mettre comme ordre de grandeur de puissance au niveau des LEDs. J'ai vu qu'il existait des choses plutôt puissantes chez divers constructeurs, sans trop fouiller j'ai pu trouver des modèles titrant à 20W l'unité, données pour 1300lm. Mais bon, je n'ai aucune idée de ce que donne mon système actuel au niveau flux lumineux.

Des spécialistes? Des gens qui ont déjà eu ce genre de problèmes?

Merci d'avance et bonne fin de soirées aux oiseaux nocturnes de Futura!
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[terriblement]

J'ai essayé le même système que toi, 20W halogène, et ca eclair très bien, mais poru des raisons de fragilité je suis vite passé aux LEDS.

Tu as en gros au moins deux types de LED, Les "LUXEON" (en forme d'étoile) et les LED standard haute puissance (1W max il me semble).

J'ai testé une LUXEON et je suis plutot decu du rapport eclairage/puissance par rapport aux LED standard... surtout que la LUXEON chauffe dur.

Du coup je me contente des LED mais ca eclair pas super super.

JE reste relativement flou dans mes écrits vu que j'avais pas poussé la recherche plus que ca, et que ca remonte à 2 ans...

[fdamien12]

Les Luxeon de philips sont chères.

Sur ebay, tu peux trouver pour 10€ des leds de 20W comme tu l'as dis, pour plus de 1200 lumens. Ca correspond plus ou moins à une lampe halogène de 60/80W...

[inoxxam]

OK merci beaucoup.
Donc au niveau puissance 20W c'est largement suffisant. Il faudra que je prévoie différentes intensités d'alimentation quand même. Bref ça c'est un autre soucis. Quid de la température de couleur? Laquelle permet de mieux voir? Un blanc froid ne risque-t-il d'être un peu "éblouissant"? Remarquez, sur les phares Xenon pour les voitures la température de couleur peut monter (légalement) jusqu'à 4000K, mais je suppose que c'est plutôt pour ne pas éblouir les gens en face (et leur pourrir les rétines).

[A voir en vidéo sur Futura]

[dededu72]

lumière du jours et donc le meilleur rendement, c'est 4500/4700k

plus blanc, c'est plus beau, mais porte moins loins.

[inoxxam]

OK, bon j'ai fini par tomber sur un modèle de chez Samsung qui semble être pas mal, en plus le rendement est bon (120lm/W).
http://www.leds.de/High-Power-LEDs/S...ss-1300lm.html

J'ai vu qu'il y avait des tas d'optiques différentes, comment choisir? Sont elles toutes "compatibles" avec toutes les LEDs de puissance?

[r4ph]

Salut les gens, bien faire attention a une chose si tu pars avec des leds du genre du lien, sans optique ni radiateur. Si le rendement des leds est bien meilleur qu'une ampoule à incandescence, elle chauffe quand même. Si on parle de 20W ça devient pas négligeable du tout. D'autant plus qu'une led mal refroidie voit sa durée de vie se réduire de manière drastique. Ce qui est dommage, au prix que ça coute... Pour l'optique ,ou pas, faut essayer suivant le résultat que tu veux.

Amuse toi bien et surtout ne te casse pas la figure!

[inoxxam]

Bon finalement j'ai opté pour un autre modèle de chez Cree (http://www.lumitronix.fr/High-Power-...910-lumen.html) c'est moins puissant 12w mais ça envoie quand même 900 lumens ce qui, entre vous et moi, est déjà pas mal. Au pire, je doublerais. Au niveau optique j'ai pris quelque chose qui fait un faisceau de 16 degrés, j'espère que ce sera assez étroit. Au pire, au prix que ça coûte je le changerais. Niveau refroidissement ça se jouera en fond de tiroir je pense.

L'alimentation je ne sais pas, j'hésite entre un buck et un buck boost. En effet cette diode à un tension de fonctionnement de 4v en gros, donc avec une batterie 7.2 volts, je peux garantir le courant de sortie avec un buck (puisqu'il s'agit d'abaisser la tension). Mais si je veux pouvoir changer la LED par un autre modèle par la suite il peut être pas désagréable d'avoir un buck-boost qui permet d'augmenter la tension tout en assurant le courant qui va bien...

[inoxxam]

Bon, j'ai trouvé quelque chose de vraiment bien. Le LT1791 de chez Linear. Il promet une grande efficacité, au prix d'un coût de mise en place un peu élevé. Je pense que ça peut valoir le coup face à d'autres contrôleurs avec un moins bon rendement, dans le sens où toute l'énergie économisée se traduira par un gain de poids au niveau de la batterie.

[inoxxam]

Bon, j'ai trouvé quelque chose de vraiment bien. Le LT1791 de chez Linear. Il promet une grande efficacité, au prix d'un coût de mise en place un peu élevé. Je pense que ça peut valoir le coup face à d'autres contrôleurs avec un moins bon rendement, dans le sens où toute l'énergie économisée se traduira par un gain de poids au niveau de la batterie.

LT3791 pardon.

[bobflux]

VTT ou vélo de route ?

Si VTT, il te faut un faisceau symétrique (ie, qui envoie 50% de la lumière dans le ciel pour voir les branches qui t'arrivent dans la gueule). Oublie les LED du style Samsung plus haut pour lesquelles tu n'arriveras jamais à trouver aucune optique utilisable, et mets plusieurs Cree XM-L avec optiques et supports adaptés. Un bon combo c'est une optique 20° qui vise juste devant le vélo et une 10° qui vise un peu plus haut. SI tu en trouves, les optiques 6x30° (ou variante) sont bien : un faisceau large dans la largeur mais étroit dans la hauteur, pratique dans les virages. Sinon, achète une magicshine ou autre clone de chez Tong pour 50€ : au pire, ça te fera un joli boîtier.

Genre : http://www.led-tech.de/en/High-Power...4_106_115.html

Je te conseille fortement de commander un assortiment d'optiques (adaptées à tes LED) et de faire des essais. Ne prévois pas de monter toutes tes LED sur une plaque : c'est beaucoup mieux si le flood pointe plus bas que le spot.

Si vélo de route, achète une Philips Saferide.

J'avais fait un buck-boost avec un LT3870 pour une grosse frontale à LED : redoutablement efficace mais complexe, et CI 4 couches nécessaire. Mieux vaut un buck.

[inoxxam]

Alors c'est pour du VTT, avec de la grosse attaque en descente, d'où la puissance nécessaire. Finalement, j'ai "craqué" pour une LED Cree XM-L (tiens, marrant, justement le modèle que tu cites), avec une optique 16°, si ça convient pas je changerais, ça a été envoyé donc je suppose les recevoir demain. Je verrais assez vite s'il est nécessaire ou non de doubler (ou plus) la LED.

Quand au convertisseur, je vais mettre en place comme dit plus haut le LT3791, en effet il faut un CI 4 couche, ce sera un investissement, j'ai intérêt à ne pas me tromper, mais bon je commence à avoir un peu d'expérience en routage. J'hésite à faire une carte avec plusieurs convertisseurs dessus (genre 2 ou 3) pour l'évolutivité, mais après c'est aussi une question de coût et de place.

Au niveau refroidissement, la LED, il faut la refroidir, ça c'est un fait. Mais le convertisseur? Si on suppose un rendement de 95%, à 10W, il faut dissiper 500mW, c'est pas énorme, sachant que l'équipement est sensé être constamment en mouvement.

PS: Au niveau magicshine & co, en effet l'offre est attractive, mais sans la satisfaction de l'avoir fait soi-même.

[bobflux]

Tu penses ajouter une frontale ? C'est pratique dans les virages !...

Pour du VTT je te conseille pas un spot (genre < 10°) mais plutôt un flood (genre 40°) pour avoir une bonne visu de l'environnement immédiat (juste devant la roue, sur les côtés et en haut). Une seconde LED en série avec un 16° c'est bien pour voir plus loin (mais dans les virages le spot n'éclaire pas là où tu vas).

> Mais le convertisseur?

Ce type de convertisseur si tu ne te plantes pas dans l'implémentation aura un rendement de 90% minimum, avec le petit watt réparti entre les MOS et l'inductance, chacun chauffera un peu bien sûr, mais rien de grave. Tu peux le mettre dans un boîtier étanche sans souci.

Note qu'il est beaucoup plus simple d'ajouter un élément à ta batterie et d'utiliser un convertisseur buck !

Aussi la XM-L a une tension plus faible que les autres LEDs, avec un LiIon par LED je ne suis pas sûr que tu aies besoin de boost.

[inoxxam]

Bon, j'ai reçu ma LED ce matin, je l'ai testée sous environs 1.25A ça éclaire pas mal dans mon garage. Il reste à voir ce que cela donne en condition. Je n'ai toujours pas routé ma carte d'alimentation (honte à moi, pour l'instant je l'alimente avec un LM317 monté en source de courant, l'avantage c'est que je peux réchauffer mon café avec). Parce que je risque de passer à un autre modèle de LED (qui demande des tensions plus élevées de l'ordre de 30V), je vais rester sur mon buck-boost basé sur LT3791. Pour le routage il faut du 4 pistes, c'est recommandé dans les design guidelines, je vais pas m'amuser à faire l'original, surtout si c'est pour perdre en qualité. J'ai l'intention de mettre un petit microP pour gérer l'alimentation, avec différentes intensités lumineuse (commande par PWM), et pourquoi pas l'allumage automatique comme sur les voitures. Je sais que ce n'est pas forcément super utile, mais ça m'amuse. Une autre fonction que je vais implémenter c'est l'indication de l'usure de la batterie, parce que une batterie Lithium déchargée, dans le meilleur des cas c'est poubelle. Bref, il me faut un circuit 4 couche, relativement cher, donc j'hésite entre deux options:

• Faire un circuit, 4 couche entièrement, réalisé chez un pro, contenant le microP et les babioles autour plus 2 sources à LT3791.
• Faire un circuit 4 couche avec juste une partie alimentation LT3791 toujours, réalisée en deux exemplaires, plus un circuit microP réalisé maison simple ou double couche.

La première option a l'avantage de n'être qu'un seul circuit, mais vraisemblablement un peu plus cher.
La second option permet de mettre le circuit d'alimentation de chaque LED avec ladite, et la partie commande ailleurs, sous le pouce pourquoi pas, et permet éventuellement plus d'évolutivité (rajouter une carte alimentation sans soucis).

Je me pose une autre question: Le microprocesseur, il va lui falloir du 5V (ou 3.3V éventuellement), ça c'est un fait. Est-ce que cela vaut le coût de mettre une alimentation type buck, ou le gain serait négligeable par rapport au régulateur linéaire vu le courant nécessaire (surtout que j'ai l'intention d'optimiser mon programme pour consommer le strict minimum).

[bobflux]

> je risque de passer à un autre modèle de LED

Fais voir !

> commande par PWM

Je te conseille plutôt un courant constant dans la LED : aux basses puissances elle aura un meilleur rendement. C'est un compromis à faire. Tu peux aussi faire une source de courant à découpage qui débite un courant fixe (genre là où le rendement du convertisseur est le meilleur), le moduler par PWM, et ajouter un condensateur en sortie pour lisser le courant dans la LED. À la limite tu peux faire les deux : régulation du courant pour les intensités relativement élevées, et PWM pour les intensités très basses, si un mode survie t'intéresse (genre le truc qui éclaire peu mais pendant une semaine).

> Le microprocesseur, il va lui falloir du 5V (ou 3.3V éventuellement)

Si c'est un bon uC basse conso et que tu utilises correctement les modes sleep, le uC consommera que dalle... mets un régulateur linéaire tout simple (à faible courant de repos).

[inoxxam]

Salut,
Les convertisseurs de puissance peuvent généralement accepter la modulation analogique. Serait-il alors plus intéressant d'utiliser un PWM filtré passe bas pour contrôler le convertisseur et avoir alors un courant "constant" dans la LED? J'ai en effet lu quelque part que ça pouvait avoir une influence sur la température de couleur, mais dans quel sens?

[inoxxam]

C'est encore moi!
Bon finalement j'ai décidé de simplifier la chose et de passer au Buck comme conseillé. Ce qui m'a fait changer d'avis n'est pas tant le difficulté du routage (je l'avais d'ailleurs presque fini) mais c'est d'avoir regardé le cout du circuit 4 couches + les composants... Ca revenait un peu cher.

Bref, je vais installé un A6211 de chez M. Allegro MicroSystems, très peu de composants autour, et un routage possible sur 2 couches. En revanche, celui là n'est pas "dimmable" en analogique. Est-il envisageable (fonctionnel) d'intercaler un amplificateur à gain programmable entre Rsense et FB? Il faudra quand même un ampli avec une bonne bande passante, car si l'on suppose que le A6211 fonctionnera à 500kHz (c'est le cas dans l'exemple du datasheet) il faudra au moins 5MHz de bande passante je suppose.
Ou alors je peux utiliser un multiplexeur et plusieurs résistances fixes, mais cela suppose de connaître les intensités nécessaires a priori et est consommateur d'espace.

[inoxxam]

Bref, je vais installé

Petite faute désolé.

[bobflux]

Salut,
Les convertisseurs de puissance peuvent généralement accepter la modulation analogique. Serait-il alors plus intéressant d'utiliser un PWM filtré passe bas pour contrôler le convertisseur et avoir alors un courant "constant" dans la LED? J'ai en effet lu quelque part que ça pouvait avoir une influence sur la température de couleur, mais dans quel sens?

Si tu veux que la LED garde toujours exactement la même couleur, il faut utiliser un PWM "tout ou rien" ou elle fonctionne toujours au même courant (car la couleur change légèrement en fonction du courant). Mais bon, pour un éclairage de vélo, la colorimétrie fine, c'est hors sujet : il vaut mieux maximiser le rendement, donc utiliser un courant constant. De plus les clignotements à relativement basse fréquence (genre moins de 200 Hz) sont chiants. Et tu choisis une LED à haut rendement et donc pas optimisée pour le rendu des couleurs. En passant, il paraît que le blanc neutre rend mieux que le "cool white" en VTT (les tons "naturels" genre plantes vertes, terre, etc renvoient mieux une lumière qui contient moins de bleu), même si il y a moins de lm/W on y voit mieux. Je n'ai pas essayé mais on me l'a dit.

Bref, étudie le rendement de ton convertisseur, typiquement tu auras une plage de courant où il aura un bon rendement, et où tu peux le moduler en analogique avec un PWM filtré comme tu dis. Comme il y a des pertes en RI² dans le convertisseur, ça peut être avantageux. Ça l'est pour le rendement de la LED (et la différence est importante).

Pour les courants très faibles, un PWM pur est préférable, si tu peux mettre le convertisseur en veille (basse conso) mais c'est intéressant seulement si tu veux un mode survie.

> je vais installé un A6211 de chez M. Allegro MicroSystems

J'avais failli utiliser un A6210 (quasi le même) pour le même genre de truc, ce chip a l'air bien (et pas cher et simple) ceci dit attention au layout en découpage à hautes fréquences, ça ne pardonne pas. De plus le MOS dedans a une résistance assez élevée (300 mOhm). Il marchera mieux avec plusieurs LEDs en série et une tension d'alim proche de la tension des LEDs. Les plages de tension d'entrée/sortie possibles sont indiquées dans la datasheet p.9, n'oublie pas de vérifier...

> Est-il envisageable (fonctionnel) d'intercaler un amplificateur à gain programmable entre Rsense et FB?

Oui, mais je te déconseille le gain programmable, il y a beaucoup plus simple. Par exemple tu peux mettre une résistance de quelques k entre la pin 4 et rsense, et injecter un courant dedans avec une source de courant à transistor pour relever la tension sur la pin 4 et donc diminuer le courant dans la LED. Si ça t'empêche de dormir d'avoir une résistance de 200 mOhm en série avec les LEDs, tu peux mettre une résistance de 50 mOhm et un AOP avec un gain de 5 que tu câbles en additionneur pour ajouter une tension venant du uC.

[inoxxam]

Bon, finalement, j'ai encore changé, mais cette fois c'est la dernière, promis!

J'ai utilisé un LM3409 comme source de courant constant pour mes LED. C'est un buck qui fonctionne avec assez peu de composants. L'avantage, c'est que vu que c'est à switch externes, on peut l'utiliser pour presque n'importe quel courant, et il est dimmable en PWM et en analogique (chouette, ma LED peut presque atteindre 140lm/W sous certaines intensités). J'ai choisi de mettre deux de ces sources sur mon montage, pour une lampe auxilliaire, ne sait-on jamais.

J'ai aussi finalement décidé de "produire" le 5V avec un buck (LT3470), parce que j'ai laissé disponible un connecteur avec un bus I2C et une alimentation, pour une éventuelle carte fille, qui pourrait consommer du courant.

Bref, mon circuit tient sur un double couche. J'ai essayé dans la mesure du possible d'utiliser de grandes surfaces pour les parties puissance. J'espère n'avoir pas fait de grosses erreurs nuisant au bon fonctionnement de mon montage, mais à priori ça devrait le faire, c'est pas d'une complexité extrême non plus, et je me suis pas mal inspiré de tout ce que j'ai déjà croisé en matière d'alimentations à découpage.



Maintenant se pose la question de la batterie. Là, il n'y a pas photo, le poids est le critère principal. C'est pourquoi je me tourne vers les batterie Lithium. Je ne veux pas de LiPo, car elles sont beaucoup trop fragile pour l'application. Il est plus que probable un jour je tombe et que la batterie prenne directement, j'ai pas spécialement envie de me faire arracher un oeil à cause de ça.
Il reste Lithium Ion et LiFePO4. A ce que j'ai vu sur Internet, le LiFe est plus performant au niveau capacité massique. C'est un peu plus cher mais bon, à un moment donné, quand la demande devient spécifique, il faut craquer le PEL.
Je me base sur l'idée qu'à l'efficacité maximale de la LED, aux alentours de 2W (pour 280lm), je veux pouvoir tenir 10 heures environs. Ce qui porte un total nécessaire de 20Wh. Il faudra bien une batterie de 30Wh nécessaire pour assumer cela, d'autant plus que rien n'est parfait dans tout le montage, y compris la batterie elle même. J'ai donc repéré un modèle (Voyez ici). Donné pour 4200mAh et 6.6V, supposons qu'on est dans le monde des Bisounours (on le fait rentrer dans le fait qu'on se base sur 30Wh au lieu de 20 nécessaires), elle fera 28Wh environs. Soit, juste ce qu'il faut.
Cela conviendra à votre avis? Ferais-je mieux (au niveau rendement) de prendre une batterie de plus faible capacité, mais avec plus d'éléments (plus haute tension)?

Il va de soi qu'elle sera rechargée comme il se doit, et qu'un circuit de monitoring y sera ajouté.

Merci à tous et à bientôt!

[bobflux]

Ton circuit est un buck à PMOS : tu vas avoir du mal à trouver un transistor car les PMOS sont beaucoup moins performants que les NMOS. Pour une RdsON identique tu auras un Qg beaucoup plus élevé donc des pertes par commutation plus importantes. Il faut faire le calcul. AMHA un un NMOS ça vaudrait mieux.

Dans ton cas une XML a une tension légèrement inférieure à la tension d'un accu lithium, si tu as le même nombre d'accus que de LED en série, le MOS passera donc beaucoup de temps en conduction, donc il est possible d'utiliser une fréquence relativement basse.

Si tu es un nazi du rendement, tu peux prendre n'importe quel buck synchrone "haut rendement" destiné à sortir une tension régulée et hacker la boucle de contre-réaction en rajoutant une résistance très faible et un ampli.

Tu peux aussi, en mode couillu, mesurer le courant dans la LED avec un ampli quelconque (MAX4376?...) et générer un PWM directement avec le uC pour commander un driver de MOS synchrone comme ça :

http://www.digikey.com/product-detai...SCT-ND/3462399
http://www.digikey.com/product-detai...SCT-ND/3487284
http://www.digikey.com/scripts/dksea...?KeywordSearch catégorie : mosfet driver, sous-catégorie high and low side, synchronous

L'inconvénient est que la boucle de contre-réaction est en soft, c'est plus de boulot et en cas de bug la LED crame.

Pour les accus, un bon vieux LiIon a 2x plus de Wh/kg que ton pack :

http://www.batteryspace.com/Ultra-Hi...V-2800mAh.aspx

Et si tu prends des 18650, tu peux avoir une frontale avec le même accu et ça simplifie la logistique. Ça simplifie le BMS aussi puisqu'il est éliminé : tu peux recharger les cellules indépendamment dans un chargeur adapté. Le problème est de trimballer des cellules individuelles, c'est chiant. Ça existe en pack avec BMS aussi. Sur digikey il y a un bon support d'accu 18650.

[inoxxam]

Bonjour,
Alors, la solution software j'y avais pensé, mais justement au niveau des éventuels bugs, cela ne m'inspire pas plus que cela. Je ne suis pas un nazi du rendement, mais il importe quand même (après je suis pas forcément au pour-cent près).

J'ai un peu regardé ton lien pour les batteries, y'a du truc de ouf. Ça pèse vraiment rien comparé à mon actuelle batterie au plomb de 12V 7Ah qui fait pas loin de 2kg (soit 10 fois plus!). Par contre je vois que le pack en lien ne comporte que 2 fils. Il n'y a pas besoin de gérer l'équilibrage pour ce genre de batteries?

[EDIT] Je viens de voir ta dernière phrase pour l'histoire d'équilibrage [/EDIT]

[Kissagogo27]

Bonjour ,

One PCM with balance function (10A max.) is installed with the battery pack to protect battery from
Over-charging beyond 4.25V/cell
Over-discharging below 2.75V/cell
Over-drain beyond 10A
Must wait min of 30 minutes after battery is fully charged to allow the pcm to perform balance function on all the cells within the pack.

suffit de lire

[bobflux]

En plus le prix de ce pack est raisonnable...

Et oui, ils font enfin des batteries au lithium "boulet-proof" avec le contrôleur intégré, ce qui simplifie grandement le boulot ! Tout ce que t'as à faire, c'est avoir un chargeur pas trop bourrin.