Comment se gère en théorie et en pratique le cas Uled = Ualim ?

[naholyr]

Bonjour, je débarque ici en tant que grand débutant en électronique… Tout d'abord je vous pose le décor : j'ai a priori grillé les LEDs d'un phare de mon vélo et je me suis lancé dans la fabrication d'un circuit à LED pour remplacer la partie électronique tout en conservant les optiques de ce phare d'excellente qualité. Je souhaite brancher le tout sur la batterie 48v de mon VAE. Je suis parti sur la piste des LED high power, certaines en 12V, et l'objectif final est d'alimenter une LED puissante et 4 plus modeste. Je suis parti sur ce circuit :


Voilà pour le contexte, à partir de là je me suis déjà concentré sur la partie droite du circuit, ignorant les 4 de gauche pour le moment. Deux options :

• Garder une alim 48V et poser des résistances qui vont devoir dissiper une chaleur de ouf : si je pars sur une LED 12V 700mA ça signifie une résistance de 36/0.7 = 52Ω, mettons que je parte sur 75Ω par sécurité, ça fera un courant de ~500mA suffisant pour l'éclairage sans abîmer la LED. Par contre ça fait 18W à dissiper, ça commence à faire beaucoup pour un petit circuit, non ? cf. simulation du circuit
• L'autre idée fut donc d'utiliser un abaisseur de tension pour avoir une alimentation 12V, et c'est là que mon casse-tête commence :
  • si je suis les formules, je devrais mettre une résistance pour faire chuter la tension de… 0V, donc 0Ω. Or si je fais ça, apparemment j'ai 1A qui circule dans la diode (cf. simulation du circuit) et d'abord pourquoi j'ai 1A à la fin, ils sort d'où cet ampère ? et ça va cramer la led, non ?
  • je me dis que je vais donc mettre une résistance, mais si je mets la moindre résistance, même 1Ω, j'aurais une tension aux bornes de la résistance = 12V - tension aux bornes de la LED, or cette dernière est censée valoir 12V… Donc une tension nulle aux bornes de la résistance, donc une intensité nulle dans le circuit. Et là j'ai trois versions qui s'affrontent : "en pratique" j'imagine qu'une résistance de 1Ω n'a quasiment aucun impact sur la LED et qu'elle devrait briller, "en théorie" je trouve une intensité carrément nulle, et enfin dans le simulateur du circuit je me retrouve avec 100mV que la LED semble daigner laisser à la résistance ce qui donne un courant de 100mA. Mais pourquoiiiiii ?

Je suppose que je n'ai rien compris au fonctionnement des LEDs et que tout s'éclairera avec la bonne explication, car là je m'arrache les cheveux et je ne sais pas quels composants commander au final mais j'aimerais surtout comprendre la réalité attendue et les explications théoriques.

Merci mille fois à ceux qui pourront m'éclairer (pun intended)
-----

[penthode]

hello ,
il serait bon de réviser ( ou apprendre ) la loi d'OHM

simuler un circuit aussi simple.....

http://www.elektronique.fr/cours/loi-ohm.php

[DAT44]

Bonjour,
Comme la tension de la batterie n'est pas constante (variation en fonction de l'état de la charge) le plus simple est d'alimenter les DELs avec un générateur de courant, et pour limiter les pertes, faire un régulateur de courant avec une régulation en MLI.

[Patrick_91]

Bonjour,

la piste des LED high power, certaines en 12V, et l'objectif final est d'alimenter une LED puissante et 4 plus modeste. Je suis parti sur ce circuit 

Non les Leds ne sont pas spécifiées en tension mais en courant ! ... comme diT plus haut elles s'alimentent en courant et non en tension.
Ne pas confondre les lampes a Leds (assemblage de leds destinées a fonctionner sous 12 V par exemple et incorporant une alimentation intégrée) et les composants Leds qui n'auront jamais plus de 2,4 à 3,8 V à leur bornes (en fonction de la technologie).
Revoir : les générateur de courant et de tension pour bien faire la différence. si non les Leds de puissance crameront.

a PLUS

[A voir en vidéo sur Futura]

[naholyr]

Merci pour vos réponses, rapides en plus désolé d'être un peu long mais je veux être bien sûr de poser tout ce que je sais pour que vous puissiez identifier plus clairement ce que je ne sais pas merci de votre patience

il serait bon de réviser ( ou apprendre ) la loi d'OHM

Merci mais c'est justement à peu près la seule formule que je connais pour le moment pour le moment mon cerveau ne contient grosso modo que :

• U = R×I
• P = U×I
• Circuit série : U = somme des tensions de chaque élément, I = la même dans chaque élément
• Circuit parallèle : U = la même dans chaque élément, I = somme des intensités de chaque élément

Ça c'est bon déjà ? Mais ça ne me dit pas dans l'exemple avec la très faible résistance pourquoi il y a 11.89V+0.11V et pas 12V+0V, et je n'arrive pas à savoir si c'est lié à la simulation ou si c'est un résultat qu'on peut effectivement démontrer. Et dans le dernier cas j'aimerais juste comprendre comment retrouver cette distribution des tensions. Je pense que je dois poser les contraintes du calcul dans le mauvais ordre mais j'ai du mal à piger où ça coince.

Comme la tension de la batterie n'est pas constante (variation en fonction de l'état de la charge) le plus simple est d'alimenter les DELs avec un générateur de courant, et pour limiter les pertes, faire un régulateur de courant avec une régulation en MLI.

Oui dans le circuit final c'est ce que j'ai prévu : batterie de 48V (donc 42 ≤ U ≤ 54), en entrée d'un régulateur qui sortirait du 12V constant. Je me suis assez vite rendu compte que juste mettre des résistances n'irait pas (variation de tension, mais surtout la chaleur qui sera émise par les résistances, même si je n'ai aucune idée de la chaleur émise par un régulateur de tension). D'où le fait que j'arrive à mon arrachage de cheveux avec Uled = Ualim ^^

Non les Leds ne sont pas spécifiées en tension mais en courant !

OK mais je ne comprends pas ce que ça signifie en fait : comment j'applique ma loi d'Ohm dans les deux circuits cités ? Je n'arrive pas à retrouver les valeurs données par le simulateur et c'est ça qui me coince (et m'agace)

Ne pas confondre les lampes a Leds (assemblage de leds destinées a fonctionner sous 12 V par exemple et incorporant une alimentation intégrée) et les composants Leds qui n'auront jamais plus de 2,4 à 3,8 V à leur bornes

Je me trompe peut-être mais je n'ai pas l'impression de confondre : les LEDs CREE XHP50 ou XHP70 par exemple ne sont pas des "lampes" et annoncent bien des tensions de 12V (ou 6V selon configuration du support d'après ce que j'ai compris) :


Imaginons que j'ai cette lED branchée à la sortie d'une alim 12V constant, capable de délivrer disons 5A, comment appliquer les diverses formules pour prédire la façon dont elle s'allumera ?
Parce que si je prends la loi d'Ohm ben en fait je sais pas : aucune idée de la résistance d'une LED (ça ne se calcule pas comme ça d'après ce que j'ai compris), et aucune idée du courant qu'elle prendra : 2.4 ("Maximum drive current") ? 1.050 ("Typical forward voltage") ?

[penthode]

je te renvoie vers un tuto très bien fait ( un des meilleurs francophone) par le camarade REMY :

https://www.sonelec-musique.com/elec..._alim_led.html

[DAUDET78]

Imaginons que j'ai cette lED branchée à la sortie d'une alim 12V constant, capable de délivrer disons 5A, comment appliquer les diverses formules pour prédire la façon dont elle s'allumera ?

Elle cramera ou ne s'allumera pas !
On utilise un driver de LED à découpage . Par exemple : http://www.wayjun.com/index.php?main...roducts_id=386

[naholyr]

J'ai trouvé ici-même une explication (et là je suis un peu véreux de pas avoir trouvé ça à ma première recherche, grumpf) qui pourrait peut-être m'éclairer sur le fonctionnement concret des LEDs (qui est ce dont je manque pour comprendre les résultats, enfin je pense) :

Pour faire simple: imagine que ta led est d'abord une résistance.. un peu intelligente (pas beaucoup ! juste ce qu'il faut..)
Elle sait qu'en dessous de sa tension de seuil, elle ne doit pas conduire, donc i=0, et elle supportera la tension tant quelle est inférieure à sa tension de seuil (0,6V pour une diode silicium, entre 0,15V et 0,4V pour une diode schottky, 1,2V pour une diode led rouge, 1,6V pour une led verte, 3,2V pour une led blanche, etc...).
Au dessus de ce seuil, propre à chaque diode, la diode laisse passer le courant avec une certaine resistance (qu'on appelle résistance dynamique).
donc (toujours pour faire simple), la tension aux bornes d'une diode sera Vseuil+ (Rdyn x I).
Pour une diode simple, en prenant Vseuil=0,6V et Rdyn=10 ohms, calcul le courant de dingue qui passe dans la diode si une résistance en série n'est pas ajoutée !

Je vais tâcher de digérer ça et voir si ça m'aide…

[naholyr]

Elle cramera ou ne s'allumera pas !
On utilise un driver de LED à découpage . Par exemple : http://www.wayjun.com/index.php?main...roducts_id=386

OK mais… pourquoi ? Tel que je le comprends pour le moment (et ce qui est faux donc, mais j'aimerais savoir en quoi c'est faux pour pouvoir avancer) c'est que la LED va "réclamer" un courant (combien dans le cas de la LED CREE ci-dessus ? 2.4A ou 1.050A du coup sans autre contrainte ??), mettons 2.4A, ce qui l'amènera à 29W et elle s'allumera… et puis voilà. Sauf que tout le monde dit "oh la la elle va griller" donc je vois bien que le raisonnement est sûrement faux, mais je ne vois pas où

je te renvoie vers un tuto très bien fait ( un des meilleurs francophone) par le camarade REMY :

https://www.sonelec-musique.com/elec..._alim_led.html

Merci, je vais potasser ça et voir si ça répond à mes questions

[penthode]

dans la pratique , tu peux oublier la Rdyn qui n'agit qu'à la frange.

bref , regarde mon lien qui devrait t'éclairer ( pour des leds , ça s'impose )

[DAUDET78]

Je vais tâcher de digérer ça et voir si ça m'aide…

l'explication est bonne. Et ça te montre que si Valim=Vf, le problème est insoluble car la résistance série est nulle.
Or le Vf est donné avec une tolérance min max.
- Si tu tombes sur une LED avec un Vf un peu plus grand que Valim, elle ne brille pas
- Si tu tombes sur une LED avec un Vf un peu plus petit que Valim, elle brille avec un courant incalculable

Or, le Vf de la LED diminue avec une augmentation de température. Or , elle chauffe :

1. sa température augmente.
2. donc son Vf diminue.
3. donc le courant augmente ....GOTO 1.

Et elle explose !

[naholyr]

Aaaaaaah OK, imprécision des valeurs + température fluctuante et résistance dépendant de la température, ça éclaire bien déjà ! La température n'étant pas une donnée du simulateur, normal que ça n'apparaisse pas.

Et du coup (j'ai pas encore lu, j'essaie de deviner) le principe d'un driver LED c'est de fournir un courant constant, en modulant sa tension en fonction de la résistance variable observée dans le circuit : si la résistance diminue c'est signe d'un échauffement et donc il sait qu'il doit réduire sa propre tension pour que Ualim/Rdyn reste la même valeur qu'à l'instant précédent. C'est un truc dans le genre ?

(je repars continuer ma lecture, merci encore pour vos contributions !!)

[DAUDET78]

le principe d'un driver LED c'est de fournir un courant constant, en modulant sa tension en fonction de la résistance variable observée dans le circuit : si la résistance diminue c'est signe d'un échauffement et donc il sait qu'il doit réduire sa propre tension pour que Ualim/Rdyn reste la même valeur qu'à l'instant précédent. C'est un truc dans le genre ?

Non,
le driver mesure le courant qui passe dans la LED (avec une résistance shunt série) et ajuste sa tension de sortie pour que le courant Iled reste constant.

Ca, c'est la théorie !
Dans la pratique, la tension de sortie ne peut pas varier de 0V à 1000V ! Donc les drivers sont spécifiés pour une plage de tension de sortie (Ce qui limite le nombre de LEDs que l'on peut utiliser en série sur la sortie)

[DAUDET78]

Regarde le schéma d'un driver LED : https://www.google.fr/url?sa=t&rct=j...bQr4rxGTRRQF8U

[naholyr]

Punaise c'est compliqué une LED :') j'espère que les autres composants sont plus simples quand on te parle d'électricité c'est "ooooh c'est la loi d'Ohm", mais en fait c'est un vrai RPG chaque classe de perso a ses propres pouvoirs spéciaux et faiblesses… il y a toute une culture à acquérir

Histoire de compléter, j'ai trouvé plus de détails sur la XHP70, et je trouve ce tableau fourni par CREE :


J'en déduis donc qu'à 85°C ou moins, elle a un Vf compris entre 11.6V et 12.4V, valeur qui ensuite va diminuer de 8.5mV par °C au-dessus de 85, c'est bien ça ? Jusqu'à 150°C max (junction temperature) où elle risque de cramer ? Le driver LED fixant l'intensité, ça va donc réduire la luminosité, jusqu'à ce qu'elle redescende en température (ou que je l'éteigne carrément parce que je vois que ça éclaire moins) ?

Du coup, sauf à garantir qu'on restera toujours sous ces fameux 85°C du forward voltage, on est vraiment obligé d'avoir un courant constant, quelque soit la résistance en série ça ne suffira pas à enrayer le cercle vicieux "chauffe → Vf-- → I++ → chauffe++" qui s'enclenche dès qu'on atteint les fameux 85°C ?

[DAT44]

Bonjour,

J'en déduis donc qu'à 85°C ou moins, elle a un Vf compris entre 11.6V et 12.4V

Non, c'est juste a 85°

valeur qui ensuite va diminuer de 8.5mV par °C au-dessus de 85, c'est bien ça ?

Non, elle diminue de 8.5mV par °C en général.

Jusqu'à 150°C max (junction temperature) où elle risque de cramer ?

Oui, a 150°C la DEL crame

Le driver LED fixant l'intensité, ça va donc réduire la luminosité, jusqu'à ce qu'elle redescende en température (ou que je l'éteigne carrément parce que je vois que ça éclaire moins) ?

Oui, pour éviter que la DEL ne crame, il faut baisser ou couper l'alim ou mieux refroidir la DEL (avec un ventilateur par exemple).

Du coup, sauf à garantir qu'on restera toujours sous ces fameux 85°C du forward voltage, on est vraiment obligé d'avoir un courant constant, quelque soit la résistance en série ça ne suffira pas à enrayer le cercle vicieux "chauffe → Vf-- → I++ → chauffe++" qui s'enclenche dès qu'on atteint les fameux 85°C ?

Ici, tout dépend de la valeur de la résistance de la tension de l'alim et de l’efficacité du radiateur, la combinaison de c'est trois paramètres définisse une zone a pas franchir sous peine d’emballement thermique ...

[DAUDET78]

Le driver LED fixant l'intensité, ça va donc réduire la luminosité, jusqu'à ce qu'elle redescende en température (ou que je l'éteigne carrément parce que je vois que ça éclaire moins) ?

Non
Le courant est constant donc l'intensité lumineuse est quasiment constante (du moins, variation pas visible à l'oeil) et la température de la LED se stabilise quand son radiateur évacue autant de calories que n'en apportent le courant électrique

PS : Ne pas oublier que : température élevée= durée de vie réduite !

[naholyr]

Oui c'est justement la partie que j'explore là car sur mon projet de phare j'ai un espace limité. Mon alimentation étant une batterie 48v (donc tension variant de +42 à +54 en gros), j'ai l'impression que quelque soit le circuit je vais avoir des watts à dissiper... Mais c'est un autre sujet il vaut mieux que j'ouvre un autre topic non ? La question théorique elle-même de Vref = Ualim est réglée (et non pertinente) finalement

[DAUDET78]

Mon alimentation étant une batterie 48v (donc tension variant de +42 à +54 en gros),

Et c'est maintenant que tu l'annonces ????????
Donc 18 messages pour rien .

j'ai l'impression que quelque soit le circuit je vais avoir des watts à dissiper...

Ben oui

Mais c'est un autre sujet il vaut mieux que j'ouvre un autre topic non ?

Surtout pas !

[naholyr]

OK pas de nouveau topic alors ^^ en même temps il y a déjà tout ce qu'il faut ici

Donc 18 messages pour rien .

Non non le sujet du topic (ma question principale ici) était vraiment théorique et c'était bien celle-là ^^ j'en avais besoin dans l'optique de *comprendre* comment tout ça se passe et grâce à vous (merci encore !) j'ai beaucoup avancé sur la théorie, même si en effet ça ne m'avance pas beaucoup sur ce cas précis.

Note que ce n'est pas totalement une surprise, j'ai expliqué tout ça dans le premier message « […] Je souhaite brancher le tout sur la batterie 48v de mon VAE. Je suis parti sur la piste des LED high power, certaines en 12V, et l'objectif final est d'alimenter une LED puissante et 4 plus modeste. […] », et la prise de tête "Ualim = Uled" ne s'est posé que parce que justement avec 48v j'avais l'impression que je n'arriverai pas à avoir un montage qui ne chauffe pas à fond, cf. ma première option :

Garder une alim 48V et poser des résistances qui vont devoir dissiper une chaleur de ouf : si je pars sur une LED 12V 700mA ça signifie une résistance de 36/0.7 = 52Ω, mettons que je parte sur 75Ω par sécurité, ça fera un courant de ~500mA suffisant pour l'éclairage sans abîmer la LED. Par contre ça fait 18W à dissiper, ça commence à faire beaucoup pour un petit circuit, non ? cf. simulation du circuit

Du coup pour revenir à la pratique, la question maintenant ça va être le choix des composants, le montage, et la température

LES CONTRAINTES

• Je remplace le circuit d'un phare existant, donc la disposition des LEDs m'est imposé : c'est 4 + 1, a priori la solitaire est bien plus puissante que les 4 autres et représente la source principale de lumière
• Je n'ai pas beaucoup de place dans le phare (le circuit actuel fait 4×5cm) mais je peux très bien imaginer sortir des élements, les fixer au cadre du vélo dans un emballage étanche
• J'ai cru comprendre que brancher les LEDs en parallèle c'était pas une bonne idée, et que donc mettre en parallèle 2 circuits avec d'un côté 1 LED 12V 1000mA et de l'autre 4 LEDs 3V 250mA ça le ferait pas

LA SOLUTION ?

Partant de ça, je pense que j'aurai donc 2 régulateurs de courant en parallèle (genre un LM317 ou LM317HV et ses résistances qui vont bien), chacun gérant sa propre série de LED (1 pour l'un, 4 en série pour l'autre), et en amont de ces régulateurs de courant, donc, une alimentation Li-Ion 48V.

Le problème étant que je n'ai pas réussi à comprendre comment calculer la puissance dissipée par un LM317HV par exemple et donc s'il faut un radiateur ou pas, et si c'est possible dans cet espace confiné… L'autre option étant d'installer un abaisseur de tension (genre passer de +48 à +24, avec un autre 317 ou une diode Zener ?) en amont pour réduire la pression sur les régulateurs de courant, mais là encore se posera la question de la chaleur et de l'encombrement.

Et je mélange sûrement plein de choses encore. Mais en tous cas vous avez les données du problème

Merci d'avance pour vos énièmes conseils !

[naholyr]

Autre option : je m'emmerde pas trop à chercher les composants unitaires et j'utilise des boitiers tout fait Drivers LED DC/DC mais parti sur ma lancée je trouve ça assez frustrant j'avoue

[DAUDET78]

https://www.ebay.fr/itm/DC-to-DC-Ste....c100643.m3226

[naholyr]

C'est le même genre de module que ce que j'ai mis en lien juste avant ou c'est encore autre chose ? Niveau chaleur ils chauffent moins que ce que j'obtiendrais avec des 317 ? Et si oui, pourquoi ?

Merci en tous cas j'ai beaucoup avancé !

[DAUDET78]

C'est le même genre de module que ce que j'ai mis en lien juste avant ou c'est encore autre chose ?

C'est pareil ...sauf peut être le prix !

Niveau chaleur ils chauffent moins que ce que j'obtiendrais avec des 317 ? Et si oui, pourquoi ?

A découpage : rendement de l'ordre de 80%
Linéaire : rendement de l'ordre de 10 à 50%

[naholyr]

Ah ok ce sont les fameuses alim à découpage que j'ai rencontrées dans mes recherches mais pas encore abordées. Merci pour tout je reviendrai avec mon schéma (peut-être) final

[DAT44]

Bonjour,
compte tenu de la tension en entrée, il faudra prendre un convertisseur type "HV", par exemple :

https://www.ebay.fr/itm/DC-DC-LM2596...AAAOSwIjJZTK5h

[naholyr]

Pour le moment j'ai commandé ça :

- Driver : MeanWell LDD 1000-H
- LED : Cree XHP70 (normalement avec ce vendeur ce n'est pas une contrefaçon, on verra bien)

L'objectif étant de rester à 1A pour ne pas l'alimenter trop fort, elle devrait être largement assez lumineuse comme ça en espérant que ça chauffe moins. J'ai aussi pris la version 500 mA du même driver "au cas où". Comme c'est pour un phare de vélo je n'étais pas super confiant avec les drivers à potentiomètre (les vibrations ne finissent pas par les dérégler ?) sans compter qu'il risque d'être trop gros.

Comme ensuite j'ai aussi 4 autres LEDs (donc un autre circuit de 4 en série) moins puissantes à alimenter, j'avais prévu de brancher un 2e driver (genre un 350-H ou le 500-H) sur l'alim pour alimenter ce deuxième circuit. Du coup j'aurai 2 drivers en parallèle : est-ce qu'ils sont copains entre eux ou il risque d'y avoir des perturbations (genre un qui "vole" toute l'intensité à l'autre) ?
À la rigueur si j'ai des baisses de tension ou d'intensité en sortie d'un driver à cause de l'autre, c'est pas bien grave, mais je ne voudrais pas l'inverse (et claquer ma LED à 10 €). Sachant qu'il y a de la marge pour les LEDs vu qu'elles seront *normalement* sous-alimentées.