[Energie] [Projet] système d’éclairage waterproof autonome
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[Projet] système d’éclairage waterproof autonome



  1. #1
    invite1fde0b41

    [Projet] système d’éclairage waterproof autonome


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    Bonjour à la communauté,

    Je me présente, Sébastien 33 ans, responsable de projets dans l’industrie agro-alimentaire et bricoleur à ces heures perdues.
    En travaillant sur un projet personnel, je suis tombé sur ce forum qui est une super mine d’informations. J’ai fouillé dans les précédents posts qui ont répondus à plusieurs interrogations (Note : la fonction recherche ne me renvoie rien lorsque je cherche le mot « LED » ou d’autres mots d’ailleurs, suis-je le seul? )

    Mes connaissances en électronique/ électricité étant relativement sommaire, P=UI et U=R I, sont les restes de mon bac STI Génie mécanique. Je souhaite faire appel à votre expérience et regard critique pour valider ou non les hypothèses de travail et les choix que je fais sur ce projet.

    Mon cahier des charges :

    Objectif : créer un système d’éclairage waterproof autonome.

    Fonction principale (pour la partie électrique – éclairage) :
    1) Eclairer une zone définie --> puissance de 3000 lumens
    2) Alimenter/ couper le circuit --> bouton poussoir
    3) Durée d’éclairage --> 2h à 100% de la capacité de la batterie (négociable)
    4) Système portatif --> source d’énergie portable
    5) Faire varier la luminosité --> de 20% à 100% par palier de 20% (négociable)
    6) Waterproof à 2m --> IP68 (négociable)

    L’idée est de faire un prototype pour valider ses fonctions puis de faire évoluer le modèle avec de nouvelles fonctions.

    La partie lumineuse étant relativement complexe, je me suis affranchie de cette partie en me fournissant chez un prestataire une source lumineuse répondant à mes critères :
    40 watt // CREE XM-L2 10W LED // 4000 lumens // 9 - 36V DC // IP68 waterproof // Reverse voltage protection // Over/ under voltage protection
    C’est un matériel qui est installé sur des véhicules de type 4x4 / moto / bateau, etc…

    1) Fonctionnement
    Je suis partie sur un système portatif simple dans un premier temps : une platine sur lequel sera fixé la lampe et les éléments.

    2) Montage
    C’est maintenant que ça devient intéressant. Si mes informations sont correctes, mon système est constitué :
    -L’élément principale qui définira tous les autres éléments et leurs caractéristiques : la lampe P=40W U= 9-36v

    - la source d’énergie : une batterie Li-PO de 14.8V et 6000 Mah , la tension d’un véhicule est de 12V donc je pars sur cette tension de base donc pour alimenter une lampe de 40W , avec une tension de 14.8V, il faut au courant de 2.70 A/h soit pour 2h, une capacité d’environ 6 Ah.

    - un interrupteur 2 positions (on –off)

    - un variateur d’intensité (Dimmer ?) avec une plage 0-24v et 0-5A

    Première étape: Est-ce que ma lampe s’allumera avec ce système ?

    3) Matériel
    La lampe = voir PJ

    La batterie = je suis partie sur des modèles d’aéromodélisme, la gamme de tension et courant est variée par contre je n’ai pas encore trouvé des batteries waterproof ou des coques de protection adaptés à mon besoin, le chargeur dépendra de la batterie. ex :
    http://www.miniplanes.fr/reaction-14...case-prise-tra

    L’interrupteur, ex :
    http://www.ledcable.com/products/dc-...ff-switch.html

    le variateur (j’ai un doute sur sa capacité Waterproof) ex :
    http://www.ledcable.com/products/dc-...onnectors.html

    pour la connectique
    de type jack et waterproof

    J’ai regardé chez Conrad mais je n’ai rien trouvé se rapprochant de mon besoin, y aurait-il des fournisseurs français ou européen qui peuvent me fournir ce type de matériel ?

    Voila mon projet , j’espère qu’il réponds aux critères du forum ?

    Je vous remercie d’avance pour l’intérêt et les réponses que vous apporterez à ce projet.

    Bonne Journée

    Séb

    -----
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  2. #2
    f6bes

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Bjr à toi,
    Une consommation en courantça se désigne en A ( mpéres) tout court. Les Ah ce sont des ampéres par heures de consommation ( une quantité d'énergie )
    Tu copnsidéres quie TU as toujours 40w ( de consommation) et d'éclairage quel que soit la tension !
    Je ne suis pas sur que tes 40w soient CONSTANTS malgré les variations possibles de tension d'alimentation. ( A vérifier)
    Cela doit il etre utilisé SOUS l'eau (IP68) ? Quelles profondeurs éventuellement ?
    Sur le site de ton lien (variateur) tu as aussi de la connectique waterproof ( IP68)
    Bonne journée
    Dernière modification par f6bes ; 22/06/2016 à 15h46.

  3. #3
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Merci de ta réponse F6bes!

    Je corrige l'erreur! (heu.. en fait, je ne peux plus...)

    Pour quels raisons les 40w ne seraient pas constants? Caractéristique de la décharge de la batterie, sous-dimensionnement des éléments?
    Je suis néophyte dans ce domaine mais trés curieux, si tu as de la littérature sur le sujet ou des sites de références à me conseiller, je suis preneur!

    Ce sera utilisé sur l'eau, mais une immersion de 2 m maximum est à prévoir. (la finalité du projet est de fabriquer un casque pour faire du kite-surf... la nuit )

    j'avais vu les connectiques, le sens de ma question était de trouver des distributeurs français ou européen pour ce type de matériel et des délais de livraison court ( < 2 semaines)

    Le montage te paraît-il correct?

  4. #4
    f6bes

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Remoi,
    Si on part du principe que tes leds ont une résistance qui ne change pas ( je vois pas comment cela se ferait)
    , donc si tu baisses la TENSION, l'intensité baisse...aussi et tu n'as plus...40 watts.
    Si tel était le cas ( TOUJOURS la meme puissance quelle que soit la tension) ça veut dire qu'un VARIATEUR ne servirait
    sstrictement à ..RIEN ( si la puissance reste identique meme s i la tension change).
    Suffit d'appliquer les deux formules que tu connais.

    Bonne soirée

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    La lampe spécifie une alim de 9 à 36VDC, elle est donc équipée d'un driver de LED à découpage intégré.

    Donc, pas possible de réduire l'intensité depuis l'extérieur de la lampe.

  7. #6
    vincent66

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Bonsoir kiteslave et tous !
    Tu commets une erreur classique quand on débute avec des batteries...:
    - Tu considères que tu pourras décharger ta batterie à 100% de sa capacité...
    - Or il n'en est rien surtout avec une lithium, une décharge totale la détruirait avec de sérieux risques de brûlure...!
    Il faudrait limiter la décharge à 25% de la capacité...

    Belle soirée !
    Leonardo était ingénieur "sans papier", et moi diplômé juste...technicien...

  8. #7
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    F6bes: ok, j'ai compris ou tu voulais en venir, ce n'est pas un variateur de tension/intensité dont j'ai besoin mais un potentiomètre pour faire varier la résistance... ça commence à rentrer!

    Bobfuck: tu viens de simplifier mon montage, plus besoin de potentiomètre ! en prévision de plusieurs essais, j'ai commandé 4 lampes de 2 intensités différentes (35w et 40w) et 2 champs lumineux (10° et 45°). j'ai trouvé le boîtier étanche bien réalisé pour de futurs montages

    Vincent 66: j'ai encore pas mal de boulot dans ce domaine effectivement, j'ai pu voir qu'il fallait prendre des précautions avec ces Li-po sur ce site: http://www.ni-cd.net/accusphp/theori...conditions.php

    Merci à tous pour vos remarques, elles me font réfléchir et gagner un temps précieux!

    Bonne soirée

  9. #8
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Bonjour à tous,

    Me revoilà! Après de multiples recherches et essais, j'ai finalement réussi à faire 2 prototypes Waterproof: 4000 lumens (40W) et 7000 Lumens (70W), avec une autonomie d'environ 1h30. J'ai testé les prototypes (déroutant le kitesurf en pleine nuit au passage) et je m'oriente vers un prototype de 10000 lumens, contenu de la chaleur à évacuer, j'ai opté pour un circuit à refroidissement liquide.

    Comme l'a remarqué Bobfuck dans les commentaires précédents, les lampes disposaient déja d'un driver de LED à découpage intégré, ce qui m'a grandement facilité la vie! Sur ce système, je vais intégrer moi-même, le driver, la Led, la pompe, le régulateur de tension et les autres éléments.

    J'ai fait un schéma électrique du futur montage, j'ai préféré monter la pompe et le driver en parallèle pour des questions de fiabilité.

    j'aimerai avoir votre avis sur la fiabilité de mon montage, qu'en pensez-vous? va-t-il marcher?

    Nom : Circuit éléctrique.jpg
Affichages : 116
Taille : 64,7 Ko



    Pour info:
    Driver:http://www.taskled.com/hboost.shtml
    Led: http://www.cree.com/~/media/Files/Cr...ds-CXB3070.pdf
    Régulateur de tension: LM7806 http://www.ebay.fr/itm/like/231579015147?lpid=97&chn=ps
    Pompe: http://www.lillyelectronics.com/mete...bmersible-pump
    Pour la pompe, après reflexion, j'aurai dû prendre une 12v, j'aurai perdu moins de puissance dans le régulateur de tension....

    Merci d'avance!

  10. #9
    Montd'est

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Citation Envoyé par kiteslave Voir le message
    j'aurai perdu moins de puissance dans le régulateur de tension....

    !
    Prendre un régulateur à découpage... Pour la pompe !
    Ya un bon moyen de se tromper de solution: c'est de se tromper de problème.

  11. #10
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    J'y ai pensé mais je n'ai pas trouvé de produits en terme de coût, encombrement et puissance dissipée. Si tu as des références à partager, je suis preneur.

    j'ai hésité avec une résistance mais la puissance dissipée si mes calculs sont bons est de l'ordre de 13w. entre les deux, mon coeur balance car si mes informations sont exactes, une pompe demande plus d'intensité au démarrage, la résistance serait plus adapté mais pour la stabilité du système, je pencherai pour un régulateur de tension. Je ne suis pas sûr que ce soit bon pour le driver de faire tampon dans les phases de transition.

  12. #11
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Une pompe en 24V résoud le problème...

    Sinon, cherche "LM2596" sur ebay, ou "buck converter", il y a des tas de modules chinois pour quelques euros qui te donneront ton 6V, en général ils sont petits.

    Par curiosité, quelle application nécessite autant de lumière?

  13. #12
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Merci Bobfuck pour ta réponse, C'est pour une utilisation nautique, je crée un casque waterproof pour surfer et kiter la nuit, après plusieurs essais, il s'avère que la puissance lumineuse nécessaire est plus grande sur l'eau qu'à terre. voir photos ci jointes.

    IMG_6506.JPG

    IMG_6507.JPG

    Si ça t’intéresse, je posterai des photos de mon système sur le topic ce week end.

    Après quelques recherches, le LM7806 et LM2596 sont tous les deux des Buck converter mais le LM2596 a un meilleur rendement donc moins de puissance dissipée?

  14. #13
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Le 7806 est linéaire, pas à découpage... donc son rendement est faible si Vin est bien supérieur à Vout.

    Exemple :

    http://www.ebay.fr/itm/DC-DC-Step-Do...oAAOSwGWNUWaCK

  15. #14
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Je me corrige: le LM2596 est une alimentation à découpage et le LM7806 est un régulateur de tension positive, de mon faible niveau en éléctrotechnique, ils ont la même fonction. Je suppose que pour des spécialistes, il doit y avoir une grande différence mais je ne perçois pas les subtilités.

    Nb: Je viens de voir ta réponse Bobfuck

  16. #15
    antek

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Oui, remplace le 7806 par le produit suggéré par bobfuck.
    Cela donnera le bilan de puissance approximatif suivant :
    - pompe 3,5 W
    - led 115 W
    Soit Ptot 118,5 W -> 4,6 A en moyenne soit une bonne heure de fonctionnement avec ta batterie

  17. #16
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    La même fonction mais pas le même rendement

    Linéaire => simple, faible bruit, rendement = Vout/Vin (25% ici)
    À découpage => plus complexe, plus de parasites (tu t'en fous, ici), rendement 85% ou plus en général

  18. #17
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Ok Antek et Bobfuck, je lui ai fait un peu de place dans mon boîtier électrique à cette alim à découpage et réglable!, j'ai pris 3 de la référence que tu m'as conseillé (pour la fiabilité et un 2eme modèle)

    Antek, au niveau de la puissance, la led accepte en théorie une Imax de 2.8A pour 12000 lumens soit avec la conversion 4.4A à l'entrée du driver. Ne voulant pas utiliser la Led à sa puissance Max, le driver peut être équipé d'un Potentiomètre, 50Kohm, logarithmique. jusque ici, tout va bien.

    http://www.taskled.com/techhboost.shtml
    "The Pot should have a Logarithmic Taper (similar to Audio pots), this will allow the intensity to appear to change linearly to the human eye. The onboard trimpot is adjusted as per the table and graph above. Prior to adjusting the trimpot ensure the external Pot is adjusted to its maximum resistance. Then the procedure is the same as above, measure the resistance across POT+ and POT- and adjust the trimpot as above. A 50k ohm Pot is recommended"

    donc je me lance à la recherche d'un potentiomètre répondant à mes critères mécaniques (bouton rotatif, IP68, montage façade) et électriques (50kohm, log)

    J'ai trouvé un potar se rapprochant de mon besoin à l'exception d'un point, il n'est pas logarithmique mais linéaire, est-ce rédhibitoire? je suppose que oui, vous confirmez?
    http://fr.rs-online.com/web/p/potentiometres/7537307/

    les autres solutions:
    -un axe étanche couplé mécaniquement à un potentiomètre (Je pars la dessus pour le moment)
    -un potar dans le boîtier
    -une résistance soudée sur le driver en guise de potar (ex : 10kohm pour 2A), dans ce cas, j'aurai dû prendre un driver bas de gamme....

  19. #18
    antek

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Citation Envoyé par kiteslave Voir le message
    J'ai trouvé un potar se rapprochant de mon besoin à l'exception d'un point, il n'est pas logarithmique mais linéaire, est-ce rédhibitoire? je suppose que oui, vous confirmez ?
    Non, mais tu auras une réponse du potar beaucoup moins "fine" qu'avec un log, dans les "hautes lumières".

  20. #19
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Elle flotte, ta lampe ?

    Parce que IP68 va bien résister aux projections d'eau, mais pas à 3m sous l'eau le jour où elle tombe dans le bain...

  21. #20
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    On va donc rester dans les spécifications demandées. Ip69k serait mieux adapté effectivement mais on devient hors budget. j'ai fait le tour rapidement des solutions "home-made" des axes étanches couplés à un potar (problématiques des lampes/phares de plongée). Rien ne me plaît pour le moment.

    Je vais faire un peu de place pour le potar à côté de son ami, l'alimentation à découpage.

    Question à 2 euros, je pensais brancher le potar sur la tête d'éclairage qui est à env. 60cms du driver, la résistance dûe aux fils de branchement (120 cms petit diam) a t-elle une incidence sur la R du potar?

  22. #21
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    > la résistance dûe aux fils de branchement (120 cms petit diam) a t-elle une incidence sur la R du potar?

    Probablement pas, puisque 120cm de fils seront toujours négligeables par rapport à 69 kOhm...

  23. #22
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Merci Bobfuck, c'est bon à savoir pour la prochaine fois.

    N'ayant pas de nouvelles de mon fournisseur de Driver et la nouvelle orientation de mon projet.
    Pas de réglage du driver ou de la puissance avec un bouton hors du bloc éléc, ce sera un switch On/off, comme sur mes protos actuels

    je regarde les convertisseurs DC-DC chinois, il y a un modèle qui m'intéresse:

    http://www.ebay.com/itm/DC-DC-4A-4-5...AAAOxyx0JTjT9b

    il y a une vis pour régler la tension de sortie (via la fréquence de hachage, si je ne me plante pas). Via les informations du fabricant de Led.
    pour atteindre 10000 lumens, la Led doit être alimenté par une intensité de 2.1A à une tension de 36.5V. Donc si je régle la tension à 36.5V, le courant d'appel va se caler automatiquement à la tension aux bornes de la led soit 2.1A . Si je monte à une tension de 37.73V, le courant va monter à 2.8A. Je suis dans le vrai?

    Nom : tableau Iled.jpg
Affichages : 88
Taille : 66,8 Ko

    il y a des convertisseur à 4A, 6A, 8A, 10A, avec les systèmes de refroidissements associés (de plus en plus encombrants). Pour le modèle choisi, j'arrive dans sa plage haute de conversion acceptée. 3.2A pour 4A max, en terme de dimensionnement sur ce type de matériel, est ce correct en terme de fiabilité dans le temps ou je dois prendre plus grand, un 6A ou 8A par exemple par atteindre un rapport plus petit mais en perdant de la place?

  24. #23
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Non, il faut réguler ta LED en courant, car la tension de seuil dépend énormément de la température... Tu pourrais facilement excéder le courant maximal qu'elle peut supporter, et la cramer.

  25. #24
    bobflux

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Exemple :

    Si ta LED a un Vf de 36V, elle doit avoir 11 LED de 3V3 ou 10 de 3V6 en série. Prenons 11.
    Le Vf d'une LED blanche diminue de 2 à 3 mV/°C, donc si il y en a 11 en série c'est 11x plus

    On a une résistance dynamique de :
    >>> Rd=(37.7-36.5)/(2.8-2.1) = 1.7 ohms

    Donc, si à Tj=40°C on a un courant de 2.1A...
    La LED chauffe à 80°C mettons...
    Vf diminue de 40°C * 3mV/°C * 11 = 1.3V
    et le courant augmente de 1.3V / Rd = 0.77A

    Donc la LED chauffe un peu plus, Vf diminue, le courant augmente...

    Suivant les conditions, on peut avoir emballement thermique, ou pas.

    Un capteur de T° pour éviter les surchauffes, ça peut aussi servir.

  26. #25
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Ok, je n'avais pas saisi la dynamique du système, je commence à comprendre certaines données des Leds (par exemple: mV/°c)

    Pendant que tu me répondais, Je me suis penché sur le branchement d'une résistance en série, j'ai trouvé la relation: R= (Ualim - U tension de seuil Led) / I souhaitée
    soit tension de seuil: 31.73V pour 0.34A
    U alim: 36.5V (selon la précision du convertisseur)
    I souhaité: 2.1A

    ce qui me donne une R de 2.18 Ohms et une puissance dissipé de 9.16W... Je suppose que c'est en relation avec ta Résistance dynamique... je vais étudier ça

  27. #26
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Pour le capteur de température, ça peut être très utile effectivement, le lien suivant montre un capteur de température relié à un arduino mais ça dépasse pour le moment mes compétences.

    http://www.estlcam.de/100w.php

  28. #27
    invite1fde0b41

    Re : [Projet] système d’éclairage waterproof autonome

    Le projet avance, j’ai récupéré la plus grande partie des pièces éléctroniques : voir Photo
    Step-up, step-down, Led, pompe, batterie 8S2P sur-mesure …


    et fais actuellement fabriquer un boîtier sur-mesure et son système de refroidissement.

    Le système aura un fonctionnement On/off, pour cela je souhaite régler l’intensité lumineuse de la Led en limitant le courant avec une résistance.
    J’ai dimensionné ma résistance en fonction de ces hypothèses :

    Comme me l’a fait remarqué Bobfuck, la température fait varier la tension et le courant de fonctionnement de la LED.
    Le système est utilisé de manière continue (env 2hr) , la Led va donc monter en température pour atteindre une température de 80°c max en régime stationnaire (système de refroidissement liquide + retour d’expérience des autres protos)

    Je dimensionne ma résistance en fonction de mon régime stationnaire souhaité soit en suivant les caractéristiques de la LED, à T=80°c, Uled=f(Iled), 2.1A pour 36.37V (voir abaque en PJ)
    R=(Ualim-Uled)/Isouhaité soit pour une alimentation réglé à 38V, R=0.814 Ohm
    Jusque là, ça va.

    Maintenant pour le régime au démarrage et transitoire, comment va réagir le système ?

    En utilisant la loi des mailles, Ualim = UR + Uled soit Ualim = Ri + Uf(i) à 20°c
    En calculant de manière empirique (voir abaque en PJ), pour i=1.8A, j’obtiens l’égalité dans l’équation : 0.814*1.8+36.58=38.04

    Donc quand je démarre mon système, le courant va se caler sur 1.8A, ma led va commencer à chauffer, la résistance dynamique commence à agir, la tension baisse, le courant monte, il y a « emballement thermique » jusqu’à ce que la led atteigne une température stabilisée grâce au système de refroidissement (proche de 80°c si bien dimensionné), régime stationnaire.

    1) Est-ce que mon raisonnement est bon ?
    2) J’ai fait un second calcul en intégrant la résistance dynamique comme une seconde résistance en série dans le système. En cherchant à dimensionner la résistance de limitation, la résolution de l’équation donne une résistance négative, cela voudrait dire que je dois augmenter ma tension d’alimentation (de 3 ou 4V mini) pour trouver une résistance adapté à mon système mais je ne peux pas mon driver est limité à 40V. Est-ce que cette résistance dynamique s’additionne à la résistance de limitation dans le système ?

    Merci!
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