[Analogique] Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement
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Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement



  1. #1
    RickC137

    Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement


    ------

    Bonjour,

    J'ai pour projet de réaliser un système d'éclairage à LED sans scintillement pour un système de vision haute vitesse (jusqu'à 1k FPS). Les corps observés nécessitent un éclairage particulier (différentes longueurs d'onde) c'est pourquoi je m'oriente sur un système custom. L'éclairage doit être variable de 0 à 100%.

    La source lumineuse sera un anneau de 18 LEDs CREE XLamp XE-G qui offrent plusieurs longueurs d'onde avec une seule empreinte, donc un seul design pour toutes les utilisations.

    D'après les spécifications les plus critiques (LED Bleu royal) il faut compter un Vf de 3,2V @ 3000 mA. Pour éviter de manipuler des tensions dangereuses, les 18 LEDs seront réparties en deux lignes de 9 LEDs en série, ce qui nous oriente vers une alimentation de 30V 6A (une bonne alim de labo nous permet de remplir ce rôle dans un premier temps).

    La partie "gradateur" sera étudiée une fois la partie puissance validée.

    Pour la source de courant, je préfère éviter les drivers à découpage et pense plutôt m'orienter vers un miroir de courant. Je n'ai jamais utilisé cette architecture et je me pose des questions sur la dissipation thermique. Les quelques transistors NPN appairés que je trouve en CMS sont tout petits (exemple le ZXTD619MCTA) or j'imagine que toute la puissance perdue va devoir être dissipée par le transistor?

    Est-ce que je peux éventuellement utiliser des transistors simples (même référence, et théoriquement le même lot si je les achète en bande découpée) qui seraient dans un format plus à même de dissiper la puissance comme du TO-220?

    Merci et bonne journée

    -----

  2. #2
    fdamien12

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,
    Pourquoi un miroir de courant, et pas une bête source de courant linéaire ?

  3. #3
    antek

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    De cette manière il faudra dissiper de la chaleur.
    La caractéristique importante dans ce cas est la résistance thermique jonction/boîtier et jonction/air.
    Et la possibiliter d'y fixer un dissipateur.
    L'électronique c'est comme le violon. Soit on joue juste, soit on joue tzigane . . .

  4. #4
    DAT44

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,
    si tu utilise un montage qui se dispense d’appairage par exemple deux comparateurs avec une référence commune, deux NMOS devrait faire le job, genre IRF540 ou IRF1404 ...
    https://www.mouser.fr/ProductDetail/...wXOy0XTw%3D%3D
    Dernière modification par DAT44 ; 22/01/2025 à 21h48.

  5. A voir en vidéo sur Futura
  6. #5
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,

    > La partie "gradateur" sera étudiée une fois la partie puissance validée.
    A priori, mieux vaut considérer les deux en parallèle, en particulier car ici ce n'est pas particulièrement difficile.

    > Pour la source de courant, je préfère éviter les drivers à découpage
    Je peux comprendre, même si on arrive sans difficulté à avoir des ondulations du courant dans la led < 1 %, voire beaucoup mieux. Sans compter que 1 kSa/s, si ca se traduit par des temps d'intégration d'image de ~1 ms, c'est, pour une alimentation à découpage qui va générer du bruit à >100 kHz, du DC.

    > Les quelques transistors NPN appairés que je trouve en CMS sont tout petits (exemple le ZXTD619MCTA)
    Ce ne sont ici pas des transistors appairés, mais deux transistors mis dans un même boitier. On peut s'attendre à des characteristiques plus proches que pour des composants en boitiers séparés, mais ce n'est pas gaanti.
    Quoi qu'il en soit, comme indiqué par les collègues : pas besoin de composants aux performances "matchées".


    Il faudrait mieux définir les performances attendues :
    - dynamique
    - stabilité
    - amplitude du control (0/120% ou 90-110% ?)
    - autre ?
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  7. #6
    RickC137

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,

    Pour l'application générale c'est de la "microscopie" pour de l'étude de différents matériaux. On souhaite observer la dégradation lorsqu'on expose ceux-ci à différents réactifs. Différentes longueurs d'onde vont permettre d'avoir soit un meilleur contraste, soit réduire la diffraction ou éblouissement de la caméra, soit avoir des effets agressifs (bleu et UV).

    Les réactions peuvent être très rapides (par exemple un des échantillons de 1 mm² va mettre 60 à 70 ms à disparaître au contact de l'acétone à 25°C).

    Pourquoi un miroir de courant, et pas une bête source de courant linéaire ?
    Pour moi c'était plus ou moins équivalent, enfin j'ai plutôt regardé l'architecture qu'on trouve en principe à l'intérieur des composants, je me suis dit que reproduire en discret et en plus gros ça devait fonctionner.

    De cette manière il faudra dissiper de la chaleur.
    La caractéristique importante dans ce cas est la résistance thermique jonction/boîtier et jonction/air.
    Et la possibilité d'y fixer un dissipateur.
    Aucun problème, j'ai un peu carte blanche pour la partie alimentation. Dans un premier temps la source principale sera une alimentation de labo, donc je peux très bien prévoir une sorte de rack/servante avec l'alimentation de labo + l'électronique en dessous avec dissipateur, ventilation... Tant que c'est propre et monobloc aucun problème. L'éclairage peut être déporté de 1m ou 1m50 de la source, en linéaire on ne devrait pas avoir de soucis de CEM.

    Il faudrait mieux définir les performances attendues :
    - dynamique
    - stabilité
    - amplitude du control (0/120% ou 90-110% ?)
    - autre ?
    Pour la stabilité c'est difficile à définir, je ne suis pas en charge de la partie acquisition/observation, et je ne sais pas à quel point 1% ou 0,1% aura de l'influence sur l'observation sur des temps longs (j'ai donné l'exemple de l'acétone en quelques ms, mais certaines huile peuvent mettre quelques heures à détruire complétement l'échantillon)

    L'amplitude de contrôle sera variable de 0 à 100% en théorie, en pratique je doute qu'on ait besoin de descendre en dessous de 20%. Les 100% seront surtout utiles pour la partie dégradation UV (le process est un peu différent, on place un filtre de protection sur la caméra, et l'observation se fait sous la lumière blanche qui est d'origine avec la caméra).

    Il n'y a pas besoin que le système soit réactif, on ne fait pas de modulation ni stroboscopie, on ajuste le niveau d'éclairement avant de lancer l'observation pour s'assurer d'avoir une vision optimale avec la caméra et il reste fixe pendant toute l'expérience.

    Pour la partie contrôle je pense qu'un petit microcontrôleur avec un DAC 8-bit fera l'affaire (la plage de sortie sera adaptée au besoin, c'est pour ça que je l'avais placé en second plan), piloté en USB CDC avec une option sur la GUI qui gère déjà les axes de déplacement et le diaphragme, j'ai toutes les briques pour faire ça en quelques heures.

  8. #7
    Antoane
    Responsable technique

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,

    S'agissant d'une application de labo, le plus simple ne serait-il pas d'utiliser une alimentation de labo controllée par PC (USB ou ethernet) ?
    Dans ce cas, on atteint sans difficulté les ~60 V nécessaires pour une unique chaine de 18 led en série (vérifier peut-être cette valeur, elle me semble faible), avec une excellent fiabilité, stabilité, et bruit du courant délivré.
    Ceci dit, utiliser deux alimentations beaucoup plus standard délivrant 32V-3A max au lieu d'une de 60V sera peut-etre préférable d'un point de vue du cout.

    Noter que la luminosité dépend de la température (cf datasheet). Si elle doit être constante, il faut attendre la stabilisation thermique, et/ou prévoir un management actif du refroidissement.
    Deux pattes c'est une diode, trois pattes c'est un transistor, quatre pattes c'est une vache.

  9. #8
    DAT44

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,
    comment sera donné la consigne (rotation d'un potentiomètre, tension 0 à 5V, courant 4-20mA) ?

  10. #9
    jiherve

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    bonsoir,
    plusieurs longueurs d'onde
    contrôlables séparément ?
    une source de courant cela ne demande qu'un AOP ,un transistor de puissance (MOS,BJT) ,une resistance de pied et un refroidisseur correctement dimensionné/ventilé.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

  11. #10
    RickC137

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,

    S'agissant d'une application de labo, le plus simple ne serait-il pas d'utiliser une alimentation de labo controllée par PC (USB ou ethernet) ?
    Dans ce cas, on atteint sans difficulté les ~60 V nécessaires pour une unique chaine de 18 led en série (vérifier peut-être cette valeur, elle me semble faible), avec une excellent fiabilité, stabilité, et bruit du courant délivré.
    Ceci dit, utiliser deux alimentations beaucoup plus standard délivrant 32V-3A max au lieu d'une de 60V sera peut-etre préférable d'un point de vue du cout.
    On doit fournir une solution clé en main, on se met dans les mêmes conditions mais dans les faits il sera préférable d'avoir un bloc d'alimentation externe, du point de vue sécurité électrique, etc. Il vaut mieux qu'on reste sur de la basse tension, quitte à diviser le nombre de chaînes de LEDs et augmenter le courant.

    Cela dit, il y a effectivement la dissipation thermique qui entre en jeu. Pour avoir effectué un test avec un IRF1404ZPBF comme suggéré par DAT44, avec un montage ampli opérationnel (OPA4992 que j'ai récupéré sur un autre proto), le MOSFET est vissé sur un radiateur de Intel i7 (mais sans ventilateur) que j'avais dans une boîte. Avec une seule chaîne de 9 LED, avec un courant de 1,5A (50% du courant Max) ça commence à chauffer et je n'ai pas essayé d'augmenter le courant...

    comment sera donné la consigne (rotation d'un potentiomètre, tension 0 à 5V, courant 4-20mA) ?
    Idéalement 0-5V, mais pas obligatoirement. L'interface de contrôle sera conçue avec le reste du système et j'ai déjà des briques que je peux réutiliser d'autres projets (microcontrôleur avec USB et l'API, DAC en tension 8, 12 ou 16 bit) si le driver a besoin de 0-12V on adaptera la commande, et non l'inverse.

    plusieurs longueurs d'onde contrôlables séparément ?
    Ce sont même des éléments différents, qui sont interchangeables. Sous forme d'anneaux lumineux comme les trucs de Youtubeur et l'objectif de la caméra passe au centre. Du point de vue de la source il n'y a qu'un seul anneau connecté à la fois. Le point critique étant seulement les différentes tensions Vf en fonction des LED (j'ai pris le bleu comme point le plus élevé avec un Vf de 3,2V par LED)

    ---------------------------------

    Au cas où j'envisagerais un démonstrateur à base de circuit à découpage (par exemple TPS92642) est-ce que je peux filtrer la sortie avec des "grosses" capa céramique pour être dans les 100 µF pour filtrer ou c'est déconseillé?

  12. #11
    jiherve

    Re : Miroir de courant pour pilotage de LED sans scintillement

    Bonjour,
    la solution PWM classique résoud le probleme thermique mais induira du flicker HF, la source de courant basique ne flicke pas mais chauffe, donc il faut chercher ailleurs
    une source de courant obtenue par un buck ou boost comme dans les éclairage LED sérieux on doit trouver les composants utiles chez TI ou AD.
    JR
    l'électronique c'est pas du vaudou!

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