Salut !
Aujourd'hui ce sera un DC-DC pour de l'éclairage à LEDs... J'ai monté un éclairage avec :
- Ces modules LED en 5600K pour un total de 6000lm
- Les mêmes en 2700K pour un total de 5000lm
- plus ces bandes en 2200K pour un total de 2000lm environ
- et une bande de LEDs rouges no-name.
Le but est d'avoir une température de couleur variable, maxi 5600K et mini genre "soirée au coin du feu". Je teste avec mon alim de labo, et ça fonctionne très bien, c'est vraiment agréable. Le rendu des couleurs de ces LEDs est fantastique.
Pour choisir une alim, je fais un petit bilan... tout est en 24V :
Tout n'est pas allumé en même temps : la journée, je mets les 5600K à fond et je règle la température de couleur avec les 2700K. Le soir, c'est seulement les 2700K, et plus tard dans la soirée, ce sera les 2700K+2200K. En mode "cozy" c'est juste les 2200K et les rouges.Code:LEDs 5600K 86W 3.6A 2700K 86W 3.6A 2200K 36W 1.5A Rouge 24W 1A
Le résultat est tip top.
Bon, j'ai pris une alim Meanwell 24V 10A... un peu overkill mais j'étais pas sûr au moment où je l'ai achetée... et sa tension de sortie peut être boostée jusqu'à 25.6V avec un petit potentiomètre pour compenser les pertes dans le circuit de contrôle.
Pour en revenir à la question, je vais donc faire un petit contrôleur d'intensité avec télécommande, dont le cahier des charge est :
1- 4 canaux avec les courants ci-dessus en 24V
2- Pas de scintillement (donc découpage mais pas de PWM de barbare)
3- Grosse plage de dynamique genre 1:1000
4- Haut rendement
5- Réutilisable pour d'autres LEDs donc ça doit rentrer dans un profilé alu avec une largeur intérieure de 20mm
Pour le 4 et le 5 c'est pas trop dur, par contre si je fais une vraie régulation de courant, à cause du 3 je vais me retrouver avec une tension minuscule à mesurer sur un shunt avec un ampli-op, d'où offset et complications, ça me prend le chou, donc je pense le faire en boucle ouverte avec le schéma suivant :
led driver.jpg
Donc en gros la sortie PWM du microcontrôleur direct sur un driver, un MOSFET, LC, et hop. Moins il y a de composants, plus ça a de chances de rentrer dans 2cm de large.
La courbes courant / tension des diverses LEDs :
courbes IV.png
On voit bien les tensions de seuil (à courant faible) et à courant fort ça devient une droite car les résistances qui sont dans les bandes et les MCPCB en série avec les chaînes de LED dominent. A forte puissance on peut donc tout à fait contrôler tout ça en tension, une haute précision n'est pas nécessaire car une variation de l'éclairement de 10% n'est pas vraiment perceptible. Par contre à faible puissance le seuil des diodes intervient, il dépend de la température, il faut donc un contrôle en courant mais sans shunt ni contre-réaction, disons à l'aveugle...
LE PLAN
Inductance L = 10µH (plus c'est petit mieux c'est)
Comme c'est un micro qui génère le PWM qui contrôle le MOSFET, je peux faire ce que je veux. Donc, à forte puissance, je pars sur un "constant OFF time" avec Toff dans les 800ns ou un peu moins. Durant Toff on a un DeltaI dans l'inductance de 1.9A donc on reste en conduction continue lorsque le courant moyen va de 1A jusqu'au courant maximum. Cela correspond à commander les LEDs en tension dans la partie de leur courbe IV où c'est la résistance qui domine...
En dessous de 1A de courant moyen, le courant dans l'inductance va atteindre zéro à chaque cycle, on passe donc en conduction dyscontinue, et toutes les équations du Buck changent. En discontinu, chaque cycle va pomper une certaine quantité de charge proportionnelle à (Vin-Vout) et donc on a ... un genre de source de courant.
Donc, je vais passer en fréquence constante (entre 100 et 200kHz, à voir) et ajuster le PWM. A un certain moment le temps ON du MOSFET deviendrait trop court, donc je passerai en "constant ON time" et j'augmenterai la période à la place de diminuer T_ON pour continuer à réduire l'intensité.
On obtient donc un truc comme ça, simulation en python :
ctrl white led.jpg
à gauche, les 2 axes sont le courant moyen, le vert c'est le courant crète dans l'inductance et l'orange le courant mini, cette dernière courbe disparaît en dessous de environ 1.2A quand on passe en mode discontinu. Le graphe de droite c'est la fréquence.
Concernant l'absence de scintillement, à 100kHz la question ne se pose pas. Le rôle du condensateur de lissage en sortie est plus de lisser le courant pour diminuer les pertes et les émissions de parasites. Mais, à très faible puissance, je vais beaucoup réduire la fréquence... mais la résistance dynamique des LEDs augmente quand le courant diminue, et donc le condensateur peut aussi servir d'anti-scintillement...
Alors, ce truc semble tenir la route ou pas ?
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