Quelle méthode pour envoyer un fort courant (10A) dans une LED?

[moltonnel]

Bonjour à tous,

Derrière ce titre provocateur, je ne cherche pas comment griller une LED mais comment envoyer de fort courant, autour de 10-15 A donc, sur des temps très court (une impulsion comprise entre 15 et 50 µs).

Actuellement j'utilise une source de courant que j'ai monté avec une alim 24V-4,5A et deux transistors. L'impulsion est déclenché par un monostable qui lui est même est déclenché par un micro-controlleur (ESP). Cela fonctionne très bien jusqu'à 3,5A mais j'aimerais maintenant tester des courant plus fort.

Qu'est ce qui vous semble le plus intelligent à faire ? La même chose mais avec une alim plus grosse, capable de délivrer 15A ? Garder le même montage mais en utilisant des condensateurs pour stocker et décharger ? Autre chose ?

Merci à tous pour votre aide !
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[Antoane]

Bonjour,

Pour une telle durée et un tel courant, si la fréquence de répétition des pulses n'est pas trop élevée (à la louche : moin que 200 Hz), le plus simple reste d'utiliser un petite alimentation soutenue par des condensateurs. Pour une impulsion de 50 us de 10 A et 470 uF, la chute de tension aux bornes du condensateur pendant le pulse n'est que de i*T/C~10A * 50us /470uF ~ 1 V, ce qui est a priori tout à fait acceptable.

Une limiltation du courant par source à transistor est simple, robuste, rapide, et relativement effective, mais d'autres structures peuvent être envisagées suivant le cahier des charges (source à découpage, ou basée sur une inductance préchargée... voire simple résistance, etc.).

[moltonnel]

Merci beaucoup pour ta réponse. Par contre pourrais tu s'il te plait expliciter pourquoi cela ne pourrait pas fonctionner pour des fréquences supérieures à 200Hz ?
Le plus rapide que j'envisage est de sortir une impulsion de 15µs toute les 50µs et ça sur une durée de 1ms, donc 20 pulses. C'est le temps de charge/décharge qui serait limitant ?
Pour des pulses de 50µs la répétition serait de 150µs, toujours sur une durée de 1ms.

[Antoane]

Bonjour,

ce n'est pas vraiment une limite "dure", c'est une limite entre le domaine ou on travaille purement en impulsionnel (rapport cyclique < 1 %) ou non. Ca a divers implication dans le dimensionnement des composants, en particulier du point de vue de la thermique et de l'alimentation. Pas de problème dans ton cas, le rapport cyclique est très faible.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Murayama]

Bonjour!

Merci beaucoup pour ta réponse. Par contre pourrais tu s'il te plait expliciter pourquoi cela ne pourrait pas fonctionner pour des fréquences supérieures à 200Hz ?

Comme dit plus haut, ce n'est pas une limite dure, mais ça peut se calculer sur certaines LEDs.
Ce qui fait griller une LED, c'est l'échauffement. Donc 10A sur 1µs (10µJ), c'est peut-être faisable, mais ça dépend
de la LED. Une LED ordinaire, boîtier plastique 5mm (ou 3) avec 2 pattes, j'imagine que même avec un temps très
court, elle peut tout de même griller parce que la chaleur est concentrée autour du cristal et n'a pas le temps de se
dissiper à cause du boîtier plastique qui conduit mal la chaleur. Si c'est une LED SMD soudée sur un circuit imprimé
alu, alors on a plus de chances que ça marche.
50µs x 10 A x 3V, on est à 1.5 mJ. Avec 200 Hz, on est à 300 mW alors histoire de me répéter: ça dépend de la LED.

Pascal

[Antoane]

Bonjour Pascal,

Donc 10A sur 1µs (10µJ),

Il manque le Vf dans l'équation
E = UIt

Une LED ordinaire, boîtier plastique 5mm (ou 3) avec 2 pattes, j'imagine que même avec un temps très
court, elle peut tout de même griller parce que la chaleur est concentrée autour du cristal et n'a pas le temps de se
dissiper à cause du boîtier plastique qui conduit mal la chaleur.

Bien vu, j'avais en tête une led de puissance, mais effectivement rien ne dit que ce soit bien le cas.

Si c'est une LED SMD soudée sur un circuit imprimé
alu, alors on a plus de chances que ça marche.

Mouaif... à peine : en 10 us, le front de chaleur a à peine le temps d'atteindre la brasure.
C'est visible sur ce genre de simulation : https://www.researchgate.net/publica...ion_parameters
Après 11 us (Fig. 4 de droite), la jonction est à 1100 K (~800 °C) alors que la brasure est encore à 25 °C... Les valeurs exactes de température ne sont ici par pertinentes puisque les matériaux ne sont pas bon (SiC dans la simulation... matériau TBD pour la led) et que l'excitation est trop puissante (plusieurs kW dans la simulation), mais le principe de diffusion limitée du front de chaleur aux temps courts reste valide.

[moltonnel]

Merci pour les précisions !
Alors non ce ne sont pas des LEDs de puissance mais bien des LEDs "classiques" blanches. Le phosphore est un peu different car shifté dans le vert mais la couche active nitrure reste classique. Elles (3 LEDs SMD) sont ensuite soudé sur un dissipateur alu. La boîte qui me fait le PCB m'a confirmé que je pourrai aller jusqu'à 13A, j'ai décidé de limiter à 10 pour être sur.

Je vais réfléchir à mon schéma de source de courant et je reviendrai certainement demander conseil. J'imagine que je dois seulement ajouter un condensateur et ajuster les résistances pour que les transistors laissent passer 10A.

Merci encore pour vos réponses !

[Murayama]

Bonjour!

Il manque le Vf dans l'équation

Ah ouais! Je me suis rattrapé dans le dernier calcul...
En fait, une partie de mon boulot est de faire ça avec des lasers. Passer beaucoup
plus qu'il ne peut supporter, mais dans des temps très courts, inférieurs à 1 ns.
Le laser a à peine le temps de s'allumer. Mais on ne passe évidemment pas 10A
dans une diode qui supporte 20 mA. Les drivers que j'utilise, typiquement, passent
3 fois plus en mode pulse qu'en mode continu (1). On peut faire plus, mais le but est
aussi de préserver la durée de vie des diodes. Pour une LED ordinaire (de puissance
tout de même), le rapport est du même ordre et je dirais qu'un courant de 10 A
en pulse nécessite une diode qui en supporte au moins 3 ~ 3.5.

(1) Une part de cette limitation vient aussi du driver qui doit lui aussi évacuer
de la chaleur.

Pascal

[moltonnel]

Bonjour à tous,

J'ai adapté mon schéma en rajoutant un condensateur en parallèle entre le collecteur et l'émetteur de mon transistor mais ça me parait un peu trop simple (et je n'ai pas trop l'habitude de travailler avec des condensateurs). Est-ce que je me trompe quelques part ?



Autre chose, est-ce que pour ce genre d'application il faut faire attention au courant d'ondulations du condo ou non ?

Merci d'avance pour votre aide !

[Antoane]

Bonjour,

Le condensateur doit être entre le +24V et le GND -- on peut éventuellement ajouter une résistance de ~22 Ohm entre le +24V et le "+" du condensateur, pour séparer d'une part l'alimentation 24V, et de l'autre ce montage.

Note que :
(1) la 2.2 k doit apporter tout le courant de base demandé par le NPN de puissance, soit de l'ordre de 10 A / ß, avec ß ~ 30. Un darlington serait peut-être bienvenu.
(2) les résistances de 1k et 10k ajoutent un offset sur la tension mesurée. Négligeant le courant de base du 2nd NPN, la tension sur sa base vaut environ 5V/11 + I_led*70mOhm... L'amplitude du courant stabilisée sera alors de lòrdre de 3.7 A
(3) le 2e NPN fonctionne à relativement faible Vce, il a donc un gain limité, de l'ordre de l'ordre de ~100. Or, son courant de collecteur doit pouvoir atteindre le courant de base du NPN de puissance... Il aura donc un courant de base relativement important, qui va entrainer une chute de tension dans la 1 kOhm... compensant partiellement le problème (2), mais d'une manière difficilement prédictible et stable, et par conséquent mauvaise.
(4) ce montage ne contient pas de signal de commande externe pour calibrer les impulsions de courant.
(5) avec 10 A et ~10 V, tu es pas loin des limites de la SOA du transistor
https://www.mouser.de/datasheet/2/38...42-1795565.pdf

La boîte qui me fait le PCB m'a confirmé que je pourrai aller jusqu'à 13A, j'ai décidé de limiter à 10 pour être sur.

Elle parle du PCB, pas des leds.
Calcule la puissance moyenne dissipée par les led, par sûr que le dissipateur alu soit utile.

[moltonnel]

Merci beaucoup pour ces remarques, l'électronique ce n'est pas trop formation, j'apprends sur le tas
Je m'y mets plus sérieusement après mes vacances et je reviendrai certainement avec des questions !