Transformateur magique made in China

[invite2c278084]

hello,

j'ai acheté une lampe à LED 3W à 4,5€ chez Lidl et l'ai ouverte pour la comparer à celle de fcb38
Il s'agit aussi d'un montage à "transformateur magique"
L'électronique est nettement plus complexe et doit bien protéger des courants d'appel (d'où une garantie de 30000 allumages/extinctions)
le courant mesuré est de 22mA (true RMS) dont une bonne partie est réactive (cosinus phi 0,4) donc non taxable par les anciens compteurs à disque tournant
le marquage CE est normal (Compatibilité Européenne) sur le carton du blister, mais c'est le marquage "China Export" qui apparaît sur la lampe elle-même
L'électronique est protégée par une double gaine thermorétractable

limitations de l'inrush: au démarrage (capa C2 déchargée par résistance, constante de temps = 1,8s, capa C1 déchargée constante de temps 500ms) le courant est limité par 10ohms + 100 ohms
en fonctionnement au cours de l'alternance 100Hz, la capa C2 se charge à travers 100 ohms et se décharge directement via la diode D2 dans l'ensemble LED + 100 ohms
Les LED sont en série simple, pas de branche parallèle et la tension de fonctionnement tourne autour de 120V (3V par LED) mesurés au scope, en différentiel
Pas de scintillement observable
température du radiateur inférieure à 50°C (ambiante 25°C, thermomètre infra-rouge, émissivité 0.95)
température de couleur 3000K, blanc chaud (LED remplies de plastique jaune)
distances d'isolement un peu justes (EN60950-1, 250V, classe de pollution II) Résidus de flux de brasure non nettoyés (non conforme IPC610, classe jouets et au-delà sauf si ce sont des résidus de flux "sans lavage")
En fonctionnement, la tension monte à 130V (courant max dans les LEDs) mais ne descend pas en-dessous de 100V (seuil d'allumage des LEDs)

Ça a l'air d'une meilleure lampe que celle de fcb38


saluts
PCB.jpgDSCF1059 t_6.jpgDSCF1045 t_60.jpgschema lampe LED.jpg
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[invite2c278084]

voici la tension aux bornes des diodes (scope en différentiel)

[Tropique]

L'arrangement avec le condo de filtrage et la diode est assez curieux, et la diode semble être dans le mauvais sens: elle ne va pas protéger les LEDs contre l'inrush.

D'autre part, ici également le condensateur de réactance est un modèle normal, non prévu pour applications secteur.

[invite6a6d92c7]

L'arrangement avec le condo de filtrage et la diode est assez curieux, et la diode semble être dans le mauvais sens: elle ne va pas protéger les LEDs contre l'inrush.

D'autre part, ici également le condensateur de réactance est un modèle normal, non prévu pour applications secteur.

J'ai l'impression qu'à la charge du condensateur de filtrage, le courant passe par la résistance de 100 Ohms et donc pas d'Inrush... A la décharge, la résistance est shuntée par la diode et permet la restitution immédiate de l'énergie. Cela semble être une technique intéressante, même si pas forcément bien exploitée! Le courant doit être encore plus dégueulasse que ce qu'on a l'habitude de voir, avec une forte dissymétrie...

Pour la réactance série, je n'ai personnellement jamais vu de condensateurs X2 et consorts sur des appareils made in china à trois francs six sous: c'est cher, et plus vite ça tombe en panne, plus vite M. Tout le monde rachète!

[invite6a6d92c7]

Allez, la curiosité l'a emporté:



Allure de la tension et du courant de sortie. J'ai pris deux Zener de 60V pour modéliser les LEDs. On peut voir le courant moyen ainsi que le courant efficace dans la fenêtre en bas à droite.
LED1.jpg



Idem pour l'entrée: tension secteur et courant consommé, on voit une évidente non-linéarité qui n'étonne personne...
LED3.jpg



Pour chiffrer, les 9 premiers harmoniques de courant et le THD, très vilain, mais prévisible!
LED2.PNG



Enfin, le courant dans le condensateur de filtrage et dans la diode qui est au-dessus. Ce dernier est tellement faible qu'on a du mal à le voir! Les pics ne dépassent pas 300µA... En définitive, la quasi-totalité du courant circule dans la résistance, à la charge comme à la décharge. On voit que le courant dans le condensateur a des pics bien plus importants dans le positif (charge) que dans le négatif (décharge).
LED4.jpg





Merci d'avance aux modérateurs pour la validation, et bon dimanche!

[invite6a6d92c7]

Après coup, je vois que le condensateur de filtrage est fortement sous-dimensionné! Le courant dans les LEDs s'annule allègrement... Sinon, avec cette simulation, j'ai une puissance effective dans les Zener de 2,5W environ. On est pas trop loin de la réalité...

[invite2c278084]

voici les courants mesurés sur 36 ohms et sur 5,6 ohms en série dans l'alim AC de la lampe
cela s'éloigne fortement des courants que j'avais aussi spicés !
synchro sur le passage à zéro de la tension pour évaluer la phase

je pense être entré dans la zone de saturation des entrées de mon scope

[Tropique]

J'ai l'impression qu'à la charge du condensateur de filtrage, le courant passe par la résistance de 100 Ohms et donc pas d'Inrush...

Ce n'est pas vraiment là que se pose le problème d'inrush: à l'échelle du secteur, la charge d'un condo de 1.8µF, c'est un pet de lapin.
Le risque, c'est le courant de charge du 560nF à travers les LEDs, qui sont nettement plus délicates.

Un exemple de sim un peu plus réaliste:
LEDlidl1.png
Le démarrage se fait au max du secteur, ce qui produit un pic de plus de 300mA, limité en fait (presque) uniquement par les LEDs elles-même, ce qui n'est pas très sain.
Ce n'est même pas le "very worst case": en cas de faux contact dans l'interrupteur, le 560nF peut se retrouver chargé au max opposé, ce qui augmente encore l'inrush

Le courant dans les LEDs ne s'annule jamais tout à fait:
LEDlidl2.png

Si on met D5 dans le "bon" sens, plus d'inrush:
LEDlidl3.png

Pour le reste, pratiquement pas de différence:
LEDlidl4.png

[invitee5da1686]

je comprend pas comment tu élimine le 'inrush' en inversant la diode puisque c'est le condensateur qui va tout se prendre bon il est petit mais il doit quand même pomper du jus quand il est vide.

alors qu'avec la reistance (diode sens origine) il peut que se charger plus lentement ?

[invite6a6d92c7]

Ben voilà, tu as compris!

A ces puissances, le problème n'est pas l'inrush capacitif vu du secteur mais vu des LEDs, comme le condensateur est utilisé en réactance série son courant d'appel transitoire passe inéluctablement par la charge, c'est à dire les LEDs. Si tu offres à ce condensateur série un autre chemin pour se charger, plus facile d'accès, en shuntant les LEDs, tu les protèges.

Ici, à la mise sous tension, il y a toujours un inrush, mais le courant a le choix entre passer par des LEDs qui ont 120V de forward et pas mal de résistance dynamique, et passer par un condensateur déchargé en série avec une diode, c'est à dire très peu de résistance (la Rdyn de la diode et l'ESR du condo de filtrage) et 0,6V de forward à t₀. On a bien réalisé la protection!

[invite6a6d92c7]

Avec la diode dans le sens du schéma de départ, l'inrush du condensateur DE FILTRAGE est évité et c'est ce qui m'avait induit en erreur. Mais celui-là, on s'en fout, parce qu'il est indépendant du point fragile, c'est à dire les LEDs! En revanche, elle ne fait rien contre les transitoires dus à la charge du condensateur série, qui, eux, massacrent à terme les LEDs, et sont bien plus gênants. En retournant la diode comme l'a fait Tropique, c'est chose faite!

[invite2c278084]

ne se rapprocherait-on pas dangereusement de la sodomisation de diptère ?
je rappelle :
- qu'on est parti de la lampe de fcb38 sans AUCUNE résistance série dont on peut admettre l'inrush comme cause racine
- que le nombre d'inrushes est spécifié ici comme > 30000
- que la simu de Tropique montre que les 330mA crête sont présents pendant près de ZERO µs,
- qu'à 10µs on a environ 160mA soit seulement QUATRE fois le courant crête normal

je ne vois qu'un fil de bonding alu de 25µ , de 50cm de long et dans le vide pour être si sensible à une surcharge somme toute modeste

par exemple dans http://electronics.stackexchange.com...ed/61355#61355
ils précisent
For duty cycles less than 10%, do not exceed more than 300% of the maximum rated current. (et 10µs toutes les 10ms ne représentent qu'un duty cycle de 1% dans la simu de Tropique)

on ne peut évidemment pas comparer à une diode de techno comparable à la 1N4001 de 1A nominal qui accepte 30A (surcharge de TRENTE FOIS) pendant une alternance complète (OK à 8,3ms USA 60Hz obligent), car la 1N4001 n'a pas de bonding contrairement à la LED qui doit exposer sa surface rayonnante et doit donc avoir un bonding de liaison.
en espérant bien sûr qu'il n'y a pas de confusion entre l'inrush (courant d'appel de démarrage, ne se produisant qu'à la mise sous tension) et le courant crête normal de chaque alternance.

[invitee5da1686]

je pense que les leds s'en fiche de se voir une montée de 0 a 100 volts en un dixième de secondes (dautant plus quelles sont froides) par contre le petit condensateur de 6.8 uF lui doit pas aimer ...

[Tropique]

ne se rapprocherait-on pas dangereusement de la sodomisation de diptère ?

Je ne le crois pas, et j'ai de bonnes raisons pour ça:

je rappelle :
- qu'on est parti de la lampe de fcb38 sans AUCUNE résistance série dont on peut admettre l'inrush comme cause racine

Attention, dans ce cas l'inrush n'affecte que le condensateur et le pont de diodes, les LEDs sont 100% épargnées, contrairement à ce modèle

- que le nombre d'inrushes est spécifié ici comme > 30000

Ils pourraient dire 100000, ça n'engage qu'eux: ils mettent le logo CE sur quelque chose qui en est une violation flagrante, pourquoi ne pas aller plus loin dans l'invérifiabilité?

- que la simu de Tropique montre que les 330mA crête sont présents pendant près de ZERO µs,

Cela va dépendre beaucoup des caractéristiques des LEDs, puisque ce sont elles qui ramassent l'essentiel. Si on fait une estimation grossière, en fixant la tension des LEDs à 150V, le courant d'inrush "simple" serait de ~170/110=1.54A, avec une constante de temps de l'ordre de 30µs. Dans un cas plus complexe, où la mise sous tension n'est pas propre, le courant serait multiplié par 3 ou 4

je ne vois qu'un fil de bonding alu de 25µ , de 50cm de long et dans le vide pour être si sensible à une surcharge somme toute modeste

Une jonction de LED bleue est infiniment plus fragile que n'importe quel fil de bonding

par exemple dans http://electronics.stackexchange.com...ed/61355#61355
ils précisent
For duty cycles less than 10%, do not exceed more than 300% of the maximum rated current. (et 10µs toutes les 10ms ne représentent qu'un duty cycle de 1% dans la simu de Tropique)

Attention, je ne connais pas le type de LED réellement utilisé: celles de la simu sont des 40mA, ce qui implique une résistance interne assez élevée, ce qui limite la pointe de courant visible. Mais en même temps, le niveau relatif de surcharge est également plus sévère

on ne peut évidemment pas comparer à une diode de techno comparable à la 1N4001 de 1A nominal qui accepte 30A (surcharge de TRENTE FOIS) pendant une alternance complète (OK à 8,3ms USA 60Hz obligent), car la 1N4001 n'a pas de bonding contrairement à la LED qui doit exposer sa surface rayonnante et doit donc avoir un bonding de liaison.

Ici, ce ne sont pas les phénomènes thermiques simples et directs qui vont causer la dégradation de la jonction (il ne s'agira généralement pas d'une destruction immédiate, plutot un effet incrémental, inrush après inrush). Il est tout à fait possible de tuer une LED en y déchargeant un condensateur de 1 ou 2nF chargé sous quelques kV, bien que l'énergie de la décharge soit faible en regard des capacités thermiques des parties conductrices.

en espérant bien sûr qu'il n'y a pas de confusion entre l'inrush (courant d'appel de démarrage, ne se produisant qu'à la mise sous tension) et le courant crête normal de chaque alternance.

Pour moi en tous cas, il n'y a pas de confusion...
Cette lampe à LEDs est limite, (sans même parler des problèmes règlementaires): il n'y a pas de mécanisme déterministe garantissant toujours un courant de crête sur à la mise sous tension. L'autre n'était pas mieux, le type de problème est différent. Il y a des modèles plus sérieux, avec un véritable circuit contrôleur de courant, mais la gamme de prix est différente, évidemment.

[invite2c278084]

si on parle maintenant de 1,54A crête, j'abonde évidemment dans ton sens, et l'inertie thermique des petits éléments des LEDs est alors soumise à très rude épreuve

je tempèrerais juste un peu sur les 1,5A: au démarrage la capa est à zéro et les diodes aussi et tant qu'on n'a pas atteint les 100V les LEDs se contrefichent de la tension. A l'entrée en conduction des LEDs, et jusqu'à la tension crête de l'alternance, le courant est réparti par les deux résistances de 100 ohms d'une part vers la capa et d'autre part vers les LEDS (montage d'origine) ou via une diode vers la capa et 100 ohms vers les LEDs (variante Tropique où l'inrush est supporté par la capa). Mais on ne fait que diviser par deux l'inrush au-delà de 150V qui reste encore trop fort. La résistance de 100 ohms vers les LEDs est une CMS taille 1206 donc 1/4W, l'autre 100 ohms est une 1W classique. La CMS en couche épaisse déposée sur céramique (et aucune jonction semiconductrice) supporte certainement mieux l'inrush qu'une LED qui possède classiquement un bonding interne. La résistance 100 ohms 1W peut absorber un inrush important

Autre solution: je m'aurais gouré en relevant le schéma, le montage serait alors réalisé selon la version Tropique
ou bien la conception est bien dans le sens de Tropique, et la diode D2 est montée à l'envers par un artiste câbleur (j'ai eu ce cas de mauvais montage de diodes sur des arduinos pros : la sérigraphie était à l'envers. Les cartes venaient d'Asie)

je vais essayer d'éviter de démonter à nouveau la lampe et de vérifier d'abord sur photos.

Quant à mettre en doute la certification TÜV et GS je n'y vais pas, il s'agit de produit allemand avec un patron allemand ayant signé les certificats, cela est susceptible de lui coûter extrêmement cher. A ne pas confondre avec un représentant en France d'un TÜV allemand, chargé de surveiller du silicone mammaire marseillais et Lidl n'est pas à ma connaissance insolvable. Le marquage CE est sur le carton , le marquage sur la lampe ressemble plus à un China Export, cela me paraît plutôt une erreur de sérigraphie, la responsabilité du patron de Lidl reste sérieuse

saluts

[invite2c278084]

La photo confirme le sens de la diode D2 dont la cathode est bien reliée à la sortie + du pont

Indication : (si la conception est sérieuse) la 100 ohms en parallèle à la diode D2 fait 1W, la 100 ohms en série avec les LEDs fait 1/4W.

Il ne me reste plus qu'à mesurer l'ESR de la capa chimique et la résistance dynamique des LEDs, prévus sous une semaine


saluts

[invite2c278084]

Lampe Lidl

Valeur de l'ESR de la capa C2= 20 ohms. La capa fait 1,62µF pour un marquage 1,8µ/400V
la LED individuelle a une résistance dynamique de 31 ohms (au scope en X-Y) mais 10,6 ohms, dans la zone d'utilisation, en relevant les points I/V de la LED

[Tropique]

La photo confirme le sens de la diode D2 dont la cathode est bien reliée à la sortie + du pont

Curieux, parce que dans ce cas, on n'en voit pas vraiment l'utilité: qu'elle soit dans un sens ou l'autre, ou même absente ne change pas l'allure du courant dans les LEDs, ni la valeur du courant rms dans le chimique.

Le seul cas de figure où elle fait une différence est à la mise sous tension: elle protège les LEDs -ou pas-