Composant pour la variation d'intensité dans un panneau de LED

[moltonnel]

Bonjour à tous,

J'ai monté un panneau de LED 7x7 (7 branches composés de 7 LED en série), composé de LED bleue dont la tension de fonctionnement est de 3,3 V. Je dispose d'une alim à tension constante de 36V et qui délivre jusqu'à 1A. En amont des LEDs, j'ai placé sur chaque branche une resistance de 645 Ohm pour avoir un courant de 20 mA dans chaque LED. Je souhaiterai maintenant pouvoir faire varier ce courant en achetant le moins possible de composant (donc a priori pas d'alim avec dimming compris). J'ai pensé dans un premier temps à mettre un potentiomètre mais j'ai peut peur que la puissance dissipé soit trop importante (si je ne me trompe j'aurais 36V*7*20mA soit 5W), l'idéal étant que le système ne chauffe pas trop.

Quelle serait la meilleure solution ? Un potard qui supporte 5W ou bien existe-t-il d'autres composants auxquels je n'aurais pas pensé ?

Merci d'avance pour votre aide !
-----

[f6exb]

Bonjour,
Peut-être un régulateur 3 pattes monté en régulateur de courant dont la résistance est remplacée par une série de résistances court-circuitables par un commutateur rotatif. Ça ne donnera pas une variation continue mais par sauts.

[penthode]

tu peux regarder un truc de ce genre, en gardant à l'esprit qu'il y a gaspillage :

https://www.sonelec-musique.com/elec...imple_001.html

[Antoane]

Bonjour,

tu peux regarder un truc de ce genre, en gardant à l'esprit qu'il y a gaspillage :

https://www.sonelec-musique.com/elec...imple_001.html

Beaucoup de pertes, mais cependant pas plus qu'avec :
- un potentiomètre de puissance
- n'importe quelle valeur de résistance
- n'importe quel régulateur linéaire
- ou même un montage combinant "petite résistance" (par exemple dimensionnée pour 20 mA) et un PWM.

Dans tous les cas, le rendement est proche de Vled / Vin, où Vled est la tension aux bornes d'une branche de led et Vin est la tension d'alimentation (soit 36 V).
Des effets d'ordres supérieurs ou des considérations autre auront un petit effet, laissant éventuellement préférer une méthode ou une autre.


Une façon de réduire les pertes consiste à utiliser un régulateur à découpage (avec stockage inductif et régulation active du courant - c'est différent d'un simple PWM) ou à accroitre le nombre de led par branche de manière à accroitre le ratio Vled / Vin - au risque de diminuer la stabilité du courant, qui es (en première approximation) proportionnelle à (Vin - Vled).

[A voir en vidéo sur Futura]

[penthode]

sauf que trouver un potentiomètre de puissance facilement reléve de la gageure...

ma réponse tiens compte :

de la simplicité recherchée
du niveau du demandeur qui me semble débutant (sinon il ne poserais pas la question)
d'un budget minimum
de composants faciles à trouver.

je la trouve donc adaptée au contexte , persiste et signe !

[Antoane]

Je dis pas le contraire, je me contente de mettre en perspective la remarque "en gardant à l'esprit qu'il y a gaspillage".

Il est, par exemple, assez intuitif de se dire qu'un PWM permettrait d'améliorer le rendement du montage - mais c'est faux

Le montage que tu proposes, F6exb, est par exemple proche de l'optimum du point de vue rendement avec un montage linéaire (ratio Vled / Vin proche de 1) mais ne permet cependant pas de beaucoup diminuer la puissance absorbée à cause de la chute de tension dans le régulateur et le shunt.

Enfin, la puissance totale perdu n'est de toute façon pas colossale, de l'ordre de 1 à 2 W.

[bobflux]

> j'ai peut peur que la puissance dissipé soit trop importante (si je ne me trompe j'aurais 36V*7*20mA soit 5W)

Comme la tension des LEDs varie peu (disons 3V - 3.3V) avec 7 LEDs tu auras 21 à 23V, avec une alim de 36V il y a donc 13V à 15V de déchet qui sont actuellement pris par les résistances de 645 ohms.

Chaque résistance dissipe 0.26W, j'espère que tu as mis des 0.5W ou 1W sinon tu vas te brûler les doigts ! Quand une résistance est spécifiée "0.25W" c'est "à sa température maximum" qui est bien brûlante (genre

Mettons qu'on utilise le montage à transistor de f6exb qui est très bien, c'est tout simple et facile à faire, alors combien dissipe le transistor ?

Le transistor impose la tension d'alim "Va" sur les 7 branches de LED chacune avec sa résistance, le courant total est de (Va-23V) / 645 * 7 = (Va-23V) / 92 avec Va variant entre 23V (LEDs quasi éteintes) et 36V (courant max).

La tension Vce sur le transistor est 36-Va

La puissance est V*I donc (36V-Va) * (Va-23V) / 92

Maximum 0.5W pour Va=29.5V et un courant dans le transistor de 70mA donc 10mA par branche de LED.

[f6exb]

Je ne propose pas de montage à transistor, mais un
Générateur de courant à régulateur de tension linéaire presque en bas de la page.

[bobflux]

Oups, tu as raison je voulais parler de ce post.

[Patrick_91]

Bonsoir ,

Oui le montage paralele de 7 branches de 7 diodes Leds en série avec des résistances est le plus mauvais scenario.
Je propose de remplacer les résistances par des composants a deux pattes (générateurs de courant 20 mA).
Les 7 branches ainsi mises en parallèle ne se boufferont déja pas la rate , ce qui pourrait être le cas avec le montage a résistances.
Un schéma de commutateur a mosfet est donné page 6/16 du document technique , pour réaliser une modulation PWM . Par branche ou pour toutes les Branches a la fois.
Seul problème , la tension de déchet de la diode régulateur de courant (1,5 V) et bien sur du Mosfet en commutation.
Voici le lien de la datasheet du composant ... Voir ce lien ..<<<----

A plus

[DAT44]

Bonjour,
un truc comme çà ?

[DAT44]

Bonjour,
ou çà, c'est mieux, les composant sont moins cher et il y a moins d'échauffement, donc le rendement est meilleur.

Si il faut impérativement 49 DELs , on peut en supprimer une dans une des cinq branches, car ici les BC547 fonctionne en générateur de courant ...

[Patrick_91]

Hello,

Avec des résistances ?? cela reste bestial (pas rentable) , tu prends ton premier schéma, tu colles le géné de courant que j'ai indiqué plus haut (ou uin équivalent bien sur) a la place des résistances et le tout peut etre alimenté directement par une alim en tension (24 à 30 V).
Pour le diming, soit on ajoute un mosfet en commutation en série avec l'alim et on module le courant par une PWM , ou encore on peut coller un mosfet dans chaque branche qu'on peut moduler indépendamment. (voir schémas sur la feuille technique) on peut mettre autant de branches en parallele que voulu sans problème (faut juste dimensionner l’alimentation bien sur) et les Leds sont alimentées proprement.
A plus

[moltonnel]

Avant tout, merci à tous pour vos réponses !

Alors effectivement, je suis débutant en électronique (je dois m'y mettre par la force des choses), même si en ayant une formation de physicien j'ai quelques bases .

Je pense partir sur la seconde solution de DAT44 car j'ai déjà les BC547. Par contre j'ai deux questions :

- Pourquoi connecter directement les LEDs sur le 36V et mettre les transistors en sortie ? Il n'y a pas un risque de tout griller ?
- Est-ce que le potentiomètre me permets ici d'avoir une luminosité des LEDs variables ?

Merci d'avance !

[DAT44]

Bonjour,

- Pourquoi connecter directement les LEDs sur le 36V et mettre les transistors en sortie ? Il n'y a pas un risque de tout griller ?

Non, il y a 10 DEL en série se qui fait que en sortie le BC547 n'a plus que quelques volts a réguler.

- Est-ce que le potentiomètre me permets ici d'avoir une luminosité des LEDs variables ?

Ben oui, c'est le but, ici Q1 est monté en Zener variable, il polarise plus ou moins la base des autres transistors, et fait varié ainsi le courant dans chacune des cinq branches.

[moltonnel]

C'est très gentil de m'aider mais là ça devient obscur pour moi, même avec la meilleure volonté du monde

Pourquoi connecté l'émetteur des BC547 à la masse et le collecteur en sortie des LEDs ? Il ne faudrait pas plutôt les mettre en amont des LEDs ?

[f6bes]

Bjr à toi,
Que tu les mettes AVANt ou..APRES ne change rien en l'occurence.
Que la "résistance" soit avant ou aprés..ça fait toujours...résistance.
https://forums.futura-sciences.com/a...ed-reg-547.gif
Bonne journée

[moltonnel]

Oui c'est vrai faut que je m'y fasse au concept de "la tension ne circule pas" contrairement au courant .

Sinon, dernière question, à quoi servent les résistances R1 et R2 sur le schéma de DAT44 ?

[f6exb]

À déterminer la plage de variation de la tension sur la base de Q1 lorsque RV1 varie.

[PA5CAL]

Bonjour

Pourquoi connecté l'émetteur des BC547 à la masse et le collecteur en sortie des LEDs ? Il ne faudrait pas plutôt les mettre en amont des LEDs ?

Dans le montage du post #22, la source de tension ajustable réalisée par le transistor Q1 est commune à toutes les source de courant réalisées par les transistors Q2 à Q6. Ceci est rendu possible par le fait que les shunts R3 à R7 sont connectés entre les émetteurs des transistors et la masse commune.

Si l'on avait placé ces sources de courant (à base de transistors NPN) en amont des leds (i.e. du côté du + de l'alimentation) alors :
- d'une part il aurait fallu mettre autant de sources de tensions ajustables indépendantes que de branches de leds, ce qui aurait augmenté le nombre de composants nécessaires, la consommation de courant et la complexité des réglages ;
- d'autre part, il aurait fallu prévoir une marge de tension supplémentaire^(†) entre la base des transistors Q2 à Q6 et le + de l'alimentation pour pouvoir garantir le bon fonctionnement des sources de courant. La réalisation de cette marge aurait imposé une réduction du nombre maximum de leds dans chaque branche.

^† : cette marge de tension est nécessaire pour rendre le courant produit indépendant de la différence entre la tension d'alimentation et la tension aux bornes des leds. Sur le montage du post #22, la tension correspondante se retrouve entre la base des transistors et le + de l'alimentation : elle vaut plus d'une trentaine de volts et reste assez constante. Si l'on met les mêmes sources de courant en amont des leds, alors cette tension est annulée en l'absence de marge supplémentaire. De plus la marge rajoutée devant rester faible, celle-ci risque quoi qu'il en soit d'être très dépendante des variations de la tension d'alimentation et des tensions aux bornes des leds.

Sinon, il est quand même possible de mettre en œuvre le montage symétrique de ce circuit, en utilisant des transistors PNP (des BC557 par exemple) et en plaçant les shunts entre le + de l'alimentation et l'émetteur de ces derniers. Mais a priori je ne vois pas d'intérêt à privilégier cette configuration plutôt que celle présentée.

[PA5CAL]

Sinon, dernière question, à quoi servent les résistances R1 et R2 sur le schéma de DAT44 ?

R1 permet de fournir un courant presque constant à la source de tension ajustable.

Pour produire 20mA dans les leds, la tension aux bornes de Q1 doit valoir environ :
V_CE(Q1) = R_shunt(n)×I_C(Qn)+V_BE(Qn) ≈ 33Ω×0,02A+0,77V = 1,43V

Le courant qui traverse la résistance R1=10kΩ vaut :
(U_alim-V_CE(Q1))/R1 = (36V-1,43V)/10kΩ ≈ 3,46mA

L'essentiel de ce courant traverse le collecteur de Q1. Pour le reste :
- les bases des transistors Q2 à Q6 prélèvent chacune moins de 0,2mA (≈50µA si β=400) ;
- R2 prélève V_BE(Q1)/R2 ≈ 0,65V/2,2kΩ = 0,3mA ;
- la base du transistor Q1 prélève moins de 50µA (≈7,5µA si β=400).


R2 permet de fixer le courant qui traverse RV1, c'est-à-dire le rapport entre la variation de la tension ajustable et la variation de la valeur de RV1.

Pour obtenir une tension de V_CE(Q1)≈1,43V aux bornes de Q1 (et donc un courant I_C(Qn)=20mA dans les leds), RV1 doit être réglée à environ :
(V_CE(Q1)/V_BE(Q1)-1)×R2 = (1,43V/0,65V-1)×2,2kΩ ≈ 2,64kΩ

Je pense donc qu'il faudrait prendre une valeur plus importante pour RV1 (3,3kΩ ou 4,7kΩ), ou bien une valeur plus faible pour R2 (1,8kΩ ou 1,5kΩ).

Attention : pour ne pas griller les leds, le réglage de RV1 doit débuter avec RV1≈0Ω avant la première mise sous tension.

[moltonnel]

Merci pour ces explications !
Je vais approfondir un peu plus la théorie des transistors, je suis un peu largué là .

J'ai réalisé le montage en changeant le +36V par du +24V et les BC par des 2N5550 mais ça ne marche pas. J'ai bien une tension de 1,43V aux bornes de Q1 mais lorsque je regarde entre +24 et les collecteurs de Q2 à Q6 la tension est nulle et je n'arrive pas à comprendre pourquoi...

[PA5CAL]

C'est mauvais signe. S'il n'y a pas d'erreur de câblage ni d'erreur de mesure, cela voudrait dire que les transistors ne présentent aucune conduction. Il faudrait les tester pour vérifier qu'ils n'ont pas grillé ni claqué.

À toutes fins utiles, je rappelle que les 2N5550 n'ont pas le même brochage que les BC547 :

[moltonnel]

J'ai cablé un truc comme le schéma joint, est-ce qu'il y a des erreurs quelque part ?Pièce jointe 372362

[DAT44]

Bonjour,

Merci pour ces explications !
Je vais approfondir un peu plus la théorie des transistors, je suis un peu largué là .

J'ai réalisé le montage en changeant le +36V par du +24V et les BC par des 2N5550 mais ça ne marche pas. J'ai bien une tension de 1,43V aux bornes de Q1 mais lorsque je regarde entre +24 et les collecteurs de Q2 à Q6 la tension est nulle et je n'arrive pas à comprendre pourquoi...

la tension au borne de Q1(emetteur-collecteur) varie elle entre 0.7 et 1.4 en fonction de la position du potard ?
Sur ton shéma je ne vois pas le strapp qui relie le collecteur de Q1 a R1 ...

Si tu la réellement oublié, il n'y a plus de limitation du courant et la il peux y avoir du dégât ...

[DAT44]

Bonjour,
non, en fait si tu l'a oublier, il ni a pas de polarisation de Q2 a Q6, ce qui expliquerait l'absence de tension au borne des DELs ...

[moltonnel]

Bonjour à tous,

J'ai repris mon cablage et maintenant les LEDs s'allume. J'ai quand même encore un soucis car le potard n'a aucun effet. Je mets mon cablage en PJ, est-ce qu'il y aurait une erreur que j'ai loupé ? Ou bien un composant mort ?

Pour info, aux bornes de Q1 la tension varie de 0 à 0,7V en fonction de la course du potentiomètre, pareil aux bornes de Q2. Aux bornes de Q3 à Q6, elle varie de 0 à 24V (le passage à 24V se fait très rapidement). Une idée d'où pourrait venir mon problème ?

Merci d'avance !

[DAT44]

Bonjour,
sur ce câblage l'émetteur et le collecteur de Q1 sont inversé !
Les DELs ne figure pas tu les a bien câblé ? (si un seul des transistors de sortie n'a pas de DEL sur sont collecteur le montage ne fonctionne pas)

Si le montage est alimenté en 24V, il ne faut pas dépassé 6 DELs par branches et R1 peut passé de 10K a 4,7K.

[moltonnel]

C'est une erreur sur le schéma l'inversion du collecteur et de l'émetteur, ils étaient bien câblé sur mon prototype. J'ai finalement isolé le problème, ça venait d'un transistor défectueux (surement claqué après mes premières expérimentations). Avec des transistors fonctionnels, c'est parfait merci beaucoup du coup de main !

Deux dernières questions :

- J'ai toujours entendu qu'une LED se pilote en courant et non en tension. Or dans ce montage lorsque je regarde aux bornes d'une LED, la tension varie de 0V à 3.6V et le courant de 0 à 27 mA. Est-ce qu'il existe un risque de vieillissement prématurée ou même de claquage des LEDs ? (a priori le système fonctionnera en continu, une semaine à faible luminosité, une semaine à forte).

- Si jamais je veux changer les LEDs, par exemple mettre des rouges qui ont une tension de fonctionnement plus bas, quels sont les composants à changer et y'a-t-il une règle pour les dimensionner ?

Merci d'avance et merci encore pour les propositions de montages !

[PA5CAL]

- J'ai toujours entendu qu'une LED se pilote en courant et non en tension. Or dans ce montage lorsque je regarde aux bornes d'une LED, la tension varie de 0V à 3.6V et le courant de 0 à 27 mA. Est-ce qu'il existe un risque de vieillissement prématurée ou même de claquage des LEDs ? (a priori le système fonctionnera en continu, une semaine à faible luminosité, une semaine à forte).

Le but du montage est de régler le courant dans les leds. La tension qui apparaît à leurs bornes en est juste la conséquence.

Pour un courant fixé, cette tension varie d'un modèle à l'autre (notamment en fonction de la couleur) et n'est connue que façon imprécise pour les composants d'un modèle donné. Mais elle reste relativement constante vis-à-vis du courant quand la led est allumée.

Ainsi, en fixant le courant on arrive assez bien à maîtriser la puissance consommée (et donc la puissance dissipée) par le composant, ce qui permet d'éviter de le griller. On maîtrise également la luminosité, qui est pratiquement proportionnelle au courant.


Plus le courant est important, plus le vieillissement des leds est rapide. Le courant nominal indiqué par les constructeurs correspond en principe à un vieillissement très lent, qui garantit en règle générale une bonne luminosité durant plus d'une dizaine d'années. Sur les leds de petite puissance classiques, ce courant se situe vers 20mA. On trouve des modèles (à haute luminosité et/ou faible consommation) dont le courant nominal est plus faible (10mA, 5mA ou 2mA par exemple).

Les constructeurs spécifient également un courant maximum au-delà duquel le composant risque de griller, ou au minimum de vieillir prématurément. Sur les leds de petite puissance classiques, ce courant se situe généralement vers 30mA.

Si tu n'as pas besoin d'une forte luminosité, alors un courant de 27mA est peut-être un peu excessif.

Si jamais je veux changer les LEDs, par exemple mettre des rouges qui ont une tension de fonctionnement plus bas, quels sont les composants à changer et y'a-t-il une règle pour les dimensionner ?

Avec le montage à source de courant, l'utilisation de leds présentant une tension directe plus faible se traduit par une augmentation de la tension aux bornes des transistors Q2 à Q6, et donc de leur dissipation thermique (i.e. ils chauffent plus). Si l'on ne change pas le réglage, le courant reste le même.

Il faut juste vérifier que la puissance dissipée par les transistors ne dépasse pas le maximum correspondant aux conditions d'utilisation.

La datasheet du 2N5550 indique une température maximale de fonctionnement T_Jmax=150°C (au niveau des jonctions) et une résistance thermique jonction-ambiance R_θJA=200°C/W. À une température ambiante T_A (à proximité immédiate du boîtier), la puissance dissipée maximale que le transistor peut supporter est :

P_max = (T_Jmax–T_A)/R_θJA

ce qui limite la tension à ses bornes à :

V_CEmax ≈ P_max/I_C

(si l'on néglige la puissance résultant du courant traversant la base).

NB : il s'agit d'un maximum absolu, au-deçà duquel il est préférable de prévoir une marge de sécurité.


Par exemple, pour T_A=50°C (température facilement atteinte l'été dans une boîte mal ventilée) et I_C=30mA (soyons fou !), on trouve P_max=(150–50)/200=0,5W et V_CEmax≈0,5/0,030=16,6V.

Ainsi, avec une alimentation de 39,6V (=36V+10%) et une chute de tension de 0,9V aux bornes du shunt (pour 33Ω–10%), la somme des tensions aux bornes des leds sous 30mA devra impérativement rester supérieure à 39,6–16,6–0,9=22,1V.

Si tel n'était pas le cas, on pourrait augmenter cette valeur critique en ajoutant une résistance en série avec les leds (du côté du collecteur du transistor).