Leds, résistance, sabre laser !

[TheProfDeSVT]

Bonjour tout le monde !

J'ai un gros projet en cours, celui de construire un sabre laser ! Bon, pas un vrai, mais une réplique avec une "lame" constituée d'un tube de plexiglas à l'intérieur duquel 100 leds bleues seront soudées entre elles. Sauf que se pose un problème. Je sais que normalement, une résistance doit être soudée à chaque led, mais dans le cadre de mon projet, cela risque d'être impossible. Je me demandais alors s'il était possible de ne souder qu'une seule résistance pour les 100 leds ?

Quelques précision techniques :

*Les leds seront de couleur bleues, un boitier de 5mm, un courant de fonctionnement de 20mA pour une tension de seuil affichée à 3.3V sur un site bien connu. En fouillant un peu sur le net, j'ai trouvé une tension variant de 2.9V à 3.3V.
*L'alimentation sera constituée de 4 piles LR6 rechargeables annoncées à 1.2V chacune mais mesurées à 1.3V quand chargées au maximum.

Ainsi, en aillant calculé au "pire des cas", c'est à dire avec 100 leds fonctionnant à 2.9V et 4 piles à 1.3V (donc un total de 5.2 V), j'arrive à une résistance de 1.2 ohms. Une résistance de 5W devrait suffire.

Je précise enfin que le sabre n'aura qu'une utilité décorative, il restera la majorité du temps éteint et ne sera jamais (ou presque) allumé plus de 10 minutes.

Merci pour vos éclairements !
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[gcortex]

Bonjour,

Il est déconseillé de mettre des leds en parallèle :
Celle qui demande 2.9V va éclairer beaucoup plus que celle qui demande 3.3V !

Il existe des bandes toutes faites, peut être en 12V, mais il est possible de convertir le 5 en 12.

[gcortex]

un exemple : http://www.conradpro.fr/ce/fr/produc...f=searchDetail

[Vitouille]

T'as le même ruban sur aliexpress à 20€ de moins , t'as plus qu'a brancher une LiPo, un interrupteur et c'est good

[A voir en vidéo sur Futura]

[TheProfDeSVT]

Le principe du bandeau de led ne me plait pas trop... En vérité, j'ai déjà fabriqué un sabre, mais j'avais fait l'erreur de ne mettre "que" 26 led, et le résultat était plus proche de la guirlande que du sabre... Les leds étaient rouges, et avec la tension que je fournissais, je n'avais mis aucune résistance (je devais être à 2.6V pour des leds de 2.3V il me semble...) et le sabre fonctionne toujours ^^. Encore une fois, il ne sera que très rarement allumé, et même si une led s'allume plus qu'une autre, 100 leds dans un tube de 1m, ça devrait pas trop se voir D'où ma question, est-ce techniquement possible ?

[penthode]

on ne fait pas de physique au CAPES de SVT ?

[f6exb]

À 2 A elles vont pas durer longtemps les piles.

[TheProfDeSVT]

Non, au CAPES de SVT, pas de physique ^^

Sinon, pour la question des piles qui ne vont pas durer longtemps, ce seront des piles LR6 rechargeables de 2500mAh chacune, donc ça devrait tenir un petit momet avant de devoir les recharger

[f6exb]

Mouais.
Regarde les courbes pour "High rate discharge" :
http://professional.duracell.com/dow...eable%20AA.pdf
http://professional.duracell.com/downloads/datasheets/product/Rechargeable%20Cells/Duracell%20Rechargeable%20PreC harged%20AA.pdf

Ainsi, en aillant calculé au "pire des cas", c'est à dire avec 100 leds fonctionnant à 2.9V et 4 piles à 1.3V (donc un total de 5.2 V), j'arrive à une résistance de 1.2 ohms.

J'ai pas ça.

[TheProfDeSVT]

Non, le vrai calcul me donnait une résistance de 1.15 ohms, mais j'ai mis 1.2 ohms car je n'en ai trouvé aucune de 1.15

Quand aux piles, en vrai, les leds ne seront quasiment jamais allumées, il ne servira que de décoration, c'est pour un cadeau. Donc même si elles se déchargent plus rapidement, la personne les remettra en charge Le précédent sabre, je l'ai fabriqué l'année dernière, et aujourd'hui encore, les piles n'ont pas été rechargées une seule fois et les leds sont toujours aussi brillantes

Reste le problème d'une seule résistance, cela va-t-il réellement poser problème ? Ou bien, du fait du peu d'utilisation, cela peut convenir ?

[f6exb]

5,2 V - 2,9 V = 2,3V
2,3 / 0,020 = 115 Ohms
P = 0,046 W

[TheProfDeSVT]

Ca, ca serait pour une résistance par led Mais si je souhaite ne mettre qu'une résistance pour toutes les leds, dans ce cas je trouve une résistance de 1.15 ohms et 4.6W

[PA5CAL]

Bonsoir

Comme déjà dit plus haut, le branchement en parallèle de leds n'est pas un montage convenable, parce que la répartition des courants ne peut pas être contrôlée et qu'elle a même toutes les chances d'être très déséquilibrée du fait de la dispersion naturelle des tensions directes.

Voici par exemple la photo d'un spot bas de gamme à leds blanches utilisant ce type montage :



La luminosité globale de la photo a été réduite afin de limiter l'éblouissement qui empêcherait de distinguer les différences.

Les différences de luminosité constatées sont dues principalement à la mauvaise répartition des courants entre les leds, qui sont pourtant toutes du même modèle. On distingue également une différence de teinte, qui est aussi un paramètre assez mal contrôlé en fabrication.

Alors que le courant de l'ensemble est correct, les leds les plus sombres sont sous-alimentées car leur tension directe est plus élevée que la moyenne. À l'inverse, les leds les plus lumineuses sont suralimentée car leur tension directe est plus faible que la moyenne, ce qui les prédispose à griller prématurément, augmentant alors le courant dans les autres leds qui, suralimentées, grilleront à leur tour les unes après les autres.

[USMC]

Bonsoir,

Un très bon site pour compléter : https://www.sonelec-musique.com/elec..._alim_led.html

Cordialement,

[TheProfDeSVT]

Ok, merci beaucoup pour vos réponses Du coup, je vais revenir au système de une résistance par led, ça sera plus sûr. Par contre, avez-vous un petit conseil à me donner pour faire rentrer un maximum de leds dans mon tube de 1 mètre de long, en ajoutant les résistances ? Comment les souder pour pas que ca fasse de court-circuit ?

[f6exb]

Deux fils nus + et - sur toute la longueur, passant à travers les trous de morceaux de circuit imprimés de prototypage posés sur la tranche pour garder un écartement + ou - constant.
Leds et résistances câblées en série entre les deux fils, soudées au plus court.

[PA5CAL]

Mettre autant de résistances que de leds me paraît peu commode. Il serait certainement plus intéressant de constituer des groupes de leds montées en série en les alimentant avec une tension plus élevée, produite à l'aide d'un convertisseur de tension à découpage (on trouve des modules tout faits dans le commerce).

Et pour éviter de perdre une bonne moitié de l'énergie dans les résistances, on pourrait mettre en œuvre une source de courant à transistor sur chaque groupe de leds, avec une seule référence de tension pour toutes les sources. Des schémas ont déjà été donnés sur le forum.

Si par exemple la tension directe des leds ne dépasse pas 3,2V, on pourrait produire une tension de 24V pour alimenter 14 branches de 7 leds en série (pour un total de 98 leds). On n'aurait final qu'un module convertisseur, 15 transistors et 15 résistances (64 connexions) au lieu de 98 résistances (196 connexions), et beaucoup moins de fils.

[PA5CAL]

Le schéma de principe :

[PA5CAL]

Oups... pour le nombre de connexions, je me suis trompé dans le décompte et j'ai oublié les leds.

On en aurait donc 161, au lieu de 296 (si les leds et les résistances sont montées bout-à-bout, 394 sinon).

[TheProfDeSVT]

Waow, cela dépasse largement mes compétences en électricité ^^' ton schéma m'a complètement perdu, et de plus, je ne sais pas si tout ce petit monde va pouvoir tenir dans un tube de 10 à 12mm de diamètre intérieur ^^' Mais merci pour ton aide

[PA5CAL]

Comme des accus LR6 ne tiendraient pas dans un tube de 12 mm de diamètre intérieur, j'imagine que le convertisseur de tension pourrait être logé avec eux en dehors du tube.

Quant aux leds et aux autres composants, il y aurait déjà largement la place avec des composants classiques, et on pourrait même tout faire tenir dans un tube beaucoup moins large en utilisant des composants CMS.

[PA5CAL]

À titre pédagogique, voici le schéma et le calcul type pour une source de courant constant (à une seule sortie produisant un courant I_C2) constituée de deux petits transistors NPN d'un modèle courant.



(Selon le modèle de transistor choisi, les valeurs de V_BE1 et de V_BE2 peuvent varier légèrement.)

Le transistor T1 fournit une référence de tension (V_BE1) et réalise une contre-réaction pour limiter le courant de sortie (I_C2) produit par le transistor T2. Ce courant est mesuré à l'aide de la résistance de shunt R1.

Si le courant de sortie est trop élevé, alors le surcroît de tension aux bornes du shunt R1 produit une augmentation du courant dans la base de T1, ce qui augmente le courant dans le collecteur de T1, réduit le courant dans la base se T2, et réduit le courant de sortie. Inversement, si le courant de sortie est trop faible, alors le déficit de tension aux bornes du shunt R1 produit une réduction du courant dans la base de T1, ce qui réduit le courant dans le collecteur de T1, augmente le courant dans la base se T2, et augmente le courant de sortie. Le courant de sortie tend donc naturellement à se stabiliser à un niveau fixé par les caractéristiques des composants, principalement R1 (qu'on choisit) et V_BE1 (qui est pratiquement constante).


L'application numérique des formules donne, pour I_C2≈20mA et U_alim=24V :
• R1 = 33Ω
• V_S < 23,15V
• R2 = 12kΩ

Pour vérification, les grandeurs électriques obtenues sont :
I_R1 = 0,65V/33Ω = 19,7mA
I_R2 = (24V-1,4V)/12kΩ = 1,88mA

• si β₁ = β₂ ≈ 35 :
I_B2 ≈ 19,7mA/35 = 0,56mA
I_C1 ≈ 1,88mA–0,56mA = 1,32mA
I_B1 ≈ 1,32mA/35 = 38µA
I_C2 ≈ 19,7mA+38µA–0,56mA = 19,18mA

• si β₁ = β₂ ≈ 100 :
I_B2 ≈ 19,7mA/100 = 0,20mA
I_C1 ≈ 1,88mA–0,20mA = 1,68mA
I_B1 ≈ 1,68mA/100 = 17µA
I_C2 ≈ 19,7mA+17µA–0,20mA = 19,52mA


Dans le cas de sources de courant multiples partageant la même référence V_CE1, les transistors branchés au point A du schéma ont pour conséquence de multiplier les courants de base nécessaires traversant R2, par un facteur N=14 dans le cas qui nous occupe.

D'un point de vue formel, on peut reprendre les équations de la source de courant précédente en considérant que, vu du point A, le gain β₂ est N fois plus faible que la valeur réelle. Cela conduit à prendre pour R2 une valeur N fois plus faible, à multiplier I_C1 et I_B1 par N, et à augmenter légèrement V_BE1 (qui passerait à environ 0,75V pour N proche de 14). La condition garantissant que I_B1 est négligeable devant I_R1 reste valable tant que N n'est pas trop grand.

Numériquement, si l'on continue de minorer grossièrement β_2(min) par 10, les formules deviennent (pour N proche de 14) :
• R1 = 0,75V/I_C2
• U_alim > V_S+0,95V
• R2 ≈ 10·(U_alim–1,5V)/(N·I_C2)
et cela mène à choisir pour N=14 :
• R1 = 39Ω
• R2 = 820Ω (modèle 1W !)
On remarque alors que la dissipation de puissance dans R2 devient notable (>0,6W), au point qu'il est exclus d'utiliser un modèle de résistance classique (1/4 W).

Il paraît donc préférable de choisir des transistors présentant un gain minimum élevé afin de pouvoir minorer ce dernier par une valeur bien supérieure à 10. On peut par exemple aisément trouver des modèles avec β>100 à I_C≈20mA (comme par exemple les 2N2222A). L'augmentation de V_BE1 sera moins importante (on passerait à environ 0,70V pour N proche de 14).

Dans ce cas, numériquement, les formules deviennent (pour N proche de 14) :
• R1 = 0,70V/I_C2
• U_alim > V_S+0,90V
• R2 ≈ 50·(U_alim–1,45V)/(N·I_C2)
et cela mène à choisir pour N=14 :
• R1 = 36Ω
• R2 = 3,9kΩ (modèle classique 1/4 W)
On peut noter que la dissipation de puissance dans R2 n'est plus que de 0,13W.

Pour vérification, les grandeurs électriques obtenues sont :
I_R1 = 0,70V/36Ω = 19,4mA
I_R2 = (24V-1,45V)/3,9kΩ = 5,78mA

• si β₁ = β₂ ≈ 100 :
I_B2 ≈ 19,4mA/100 = 0,194mA
I_C1 ≈ 5,78mA–14x0,194mA = 3,06mA
I_B1 ≈ 3,06mA/100 = 31µA
I_C2 ≈ 19,4mA+31µA–0,194mA = 19,24mA

[TheProfDeSVT]

Je te remercie énormément pour ta réponse très détaillée , mais je ne vais pas te mentir, je n'ai pas du tout compris ce qu'il allait falloir que je choisisse comme composants . Je n'ai malheureusement pas beaucoup de qualifications en électronique et en électricité... Est-ce que je peux te demander encore un peu de ton temps quant au choix de mes composants ?

Pour le convertisseur, j'ai trouvé ça https://www.conrad.fr/ce/fr/product/...f=searchDetail
Est-ce que ça irait ?

Quant aux résistances et transistors, je n'ai pas compris quels types et pour quelles valeurs je dois les choisir

En tout cas, encore merci de prendre du temps pour m'aider

[PA5CAL]

Le convertisseur à base de XL6019 peut convenir, à condition que la tension d'alimentation dépasse 5V. Cela correspond à une batterie d'accus composée de 5 éléments Ni-MH de 1,2V.

Comme ce convertisseur a un bon rendement (de l'ordre de 95%), la consommation sur les accus devrait être de l'ordre de 1,5A pour un courant de sortie de 0,3A. Avec des accus de 2500mAh, l'autonomie devrait être de l'ordre d'une heure et demie.

Il faudra juste veiller, avant toute manipulation, à positionner le potentiomètre multitours à la moitié de sa course (cf. vis sur le composant bleu), afin de ne pas produire 40V au début du réglage de la tension de sortie.


Pour les transistors, presque tous les modèles de petits transistors NPN peuvent convenir. Tous les transistors de sortie (T2) doivent toutefois être choisis du même modèle. Il suffit d'en trouver de facilement disponibles, et de lire leurs caractéristiques sur leur datasheet afin :
- de vérifier qu'ils supportent bien la tension d'alimentation (prendre V_CEO supérieure ou égale à 30V) ,
- de vérifier que le gain β (ou h_FE) des transistors pris pour T2 dépasse 100 pour un courant I_C2 d'environ 20mA, ou au pire reste nettement supérieur à la valeur qui la minore dans le calcul (coefficient 50 dans la dernière formule de R2) ,
- d'adapter éventuellement la valeur V_BE1 dans le calcul au I_C1 obtenu pour le transistor T1.

Par exemple, des BC547A, BC547B ou BC547C peuvent convenir (V_CEO de 45V, gains h_FE respectivement supérieurs à 110, 200 et 420). Leur valeur typique de V_BE1 à 25°C varie de 0,67V pour I_C1=3mA à 0,70V pour I_C1=7mA, ce qui correspond globalement au dernier exemple de calcul effectué. Des PN2222A peuvent également convenir (V_CEO de 40V) malgré un gain minimum assez faible (h_FE>75). Sa valeur typique de V_BE1 à 25°C varie comme celle des BC547.

[TheProfDeSVT]

Merci pour toutes tes précisions Juste dernière petite question (parce que, vraiment, je n'y comprend pas grand chose ^^) : si je prends tous mes transistors de cette référence ( https://www.conrad.fr/ce/fr/product/...f=searchDetail ), que ce soit pour le T1 comme pour les T2, ca ne pose aucun problèmes ?

[TheProfDeSVT]

Et je n'arrive pas à imaginer la façon dont je dois relier les transistors entre eux, les branches de leds entre elles, comment tout relier au convertisseur de façon concrète. J'ai beau faire des schémas à l'échelle, je n'arrive pas à concevoir un plan électrique viable de la lame... ^^ Ca vient de moi qui n'a malheureusement pas de grandes connaissances en électricité, parce que je suis persuadé que ce schéma parle à n'importe qui à de vague connaissances de ce genre de système, mais vu que je n'en ai aucune... ^^

[f6exb]

Je ne sais pas comment tu veux faire du point de vue mécanique, comment est constituée la lame, s'il y a un enrobage de résine,...
Je ferais comme j'avais dit plus haut :
Une sorte d'échelle horizontale avec 3 fils parallèles maintenus écartés par des sortes d'entretoises (chutes de circuit imprimé ou autre).
Un fil pour le +, un pour le - et entre les deux, un fil pour les bases des transistors. Le tout serait câblé en l'air sur cette échelle. Câblé en gros selon la disposition du schéma de PA5CAL.
Ensuite, l'intégration pour rendre ça rigide et esthétique, c'est toi qui voit.

[TheProfDeSVT]

La lame, ce sera en gros un tube de plexiglas de 20mm ou de 25mm de diamètre extérieur (et donc de 16mm ou de 21mm de diamètre intérieur), à l'intérieur duquel sera enroulé sur une certaine épaisseur du papier cristal afin de mieux disperser et réfléchir la lumière, rien de plus ^^. Pour les 3 fils, j'ai peur qu'un court-circuit se passe à un moment ou à un autre avec, par exemple, le contact d'une des branches d'une led avec un fil, ou un autre composant...

[f6exb]

Faudrait installer tout ça à plat sur un support rectangulaire transparent entrant dans la lame et trouver une sorte de gel pour bloquer les composants sur cette plaque.

[TheProfDeSVT]

Finalement, je pense que he vais changer de stratégie, ça sera beaucoup plus simple... J'ai trouvé ça sur le net :
https://www.boulevard-des-leds.fr/98...aille-3_metres
https://www.boulevard-des-leds.fr/33...aille-3_metres
https://www.inovatlantic-led.fr/ruba...n-ip20_adhesif

Je pensais en mettre 3 fois 1 mètre dans le tube de plexiglas, afin d'avoir une bonne lumière diffusée dans toutes les directions. Vais-je pouvoir alimenter tout ça avec mon convertisseur XL6019 et 6 accus LR6 1.2V 2600mAh pendant une poignée de minutes de temps en temps ?

P.S. : désolé pour le double-post, j'ai eu un problème de connection, et avais vu le premier disparaitre... Est-ce qu'un modérateur pourrait supprimer le premier ?