mercredi, 19 décembre 2018
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Les LEDs

Document original publié par C. Couderc sur www.voilelec.com

Récupération de leds rouges

Quand j’ai commencée cette page, aucun voilier n’avait de led, la technologie était en phase d’introduction. Mes leds rouges révolutionnaires impressionnaient les foules éberluées.
Maintenant, la situation a évolué, il y a des leds partout…

C'est le coin du bricoleur... En des temps très lointains, j’avais récupéré un lot important de leds rouges, de lots de rebuts de troisièmes feux stop supplémentaires. 
Voir la page trucs et astuces de bord, éclairage de la table à carte. Je les ai adaptées de toutes les façons possibles pour le voilier.

En consultant les courbes constructeurs, vous constaterez que les tensions de service des vieilles leds rouges sont inférieures au volt, mais les blanches très puissantes tournent maintenant à plus de 3 volts (cela dépend du modèle). Attention les leds modernes ne supportent pas la moindre surtension ! 
La luminosité est maximale à la tension nominale, mais décroît rapidement avec la tension. Il faut donc les utiliser à la tension exacte, la tolérance est très faible. Ne faites aucun bricolage douteux avec des résistances et des montages série, le claquage serait assuré batterie à bloc, et la luminosité très faible batterie basse.
Une stabilisation de courant par un régulateur spécialisé à pompe de charge est la seule bonne solution. Le marché abonde de pompes à haut rendement, nécessaires pour un nombre quelconque de leds avec une alimentation quelconque.

Remplacement des ampoules du bord 

La performance, le rendement exceptionnel, le faible prix et la durée de vie des leds rouges, donne immédiatement à réfléchir au remplacement des fragiles ampoules de tous les feux de navigation.

Il a été très facile de fabriquer de bons feux rouges en noyant la base des leds dans la résine.
À l’époque, les leds vertes équivalentes étaient beaucoup plus chères en production et les blanches encore plus. Les feux verts et blancs ont posé beaucoup plus de problèmes.

Dans les années 2000, le budget d'équipement en leds vertes et blanches était élevé pour un bateau classique, cela ne se trouvait que sur quelques prototypes de course, dans lequel le budget n'est pas limité. Les journalistes sont très friands de gadgets exotiques pour faire un papier dans la presse, le sponsor investira pour un coup de publicité. "Playstation " en était déjà équipé pour la première édition de "The Race ". Les quelques centaines d'euros du surcoût des feux à leds hitech étaient négligeables.

Voici un des premiers assemblages historiques pour feux de navigation (Irisoft), économique et fiable (pas de claquage, pas de corrosion...) avec une consommation de seulement 60 mA pour les trois feux ou le tricolore ou le feu de mouillage. Maintenant, on fait bien mieux.

Les feux à leds, en progrès permanent, et à coût décroissant, remplacent maintenant tous les antiques dispositifs à incandescence.

  Feu à leds

Aparté culturel électronique

Les leds sont monochromatiques, il est impossible de modifier la couleur par un filtre, mais les leds blanches utilisent une astuce géniale basée sur la luminescence secondaire.
Le marché nous offre des couleurs variées, en plus du rouge des débuts, nous disposons des  jaunes,  des vertes et bleues (voyants pour les jolis tableaux électriques).
Les leds bicolores sont constituées par le couplage d'une rouge et d'une verte (ou jaune). Elles se trouvent sous deux formes, en version deux fils (la couleur dépend de la polarité), ou en trois fils avec un point commun.
Les leds tricolores à quatre fils, point commun et R,V,B. Un panneau de ces leds permet de réaliser un superbe affichage vidéo, chaque niveau étant réglable, elles peuvent donc afficher toutes les couleurs et intensités. Leur seul défaut est leur prix encore élevé et leur luminosité relativement faible.

Sur le bateau, en plus des feux, nous utiliserons majoritairement des leds rouges en éclairage de nuit, sur les panneaux électriques, le compas de route et la table à carte.

Lampe éternelle

Ce titre racoleur désigne une lampe alimentée par piles ou accumulateurs qui éclaire pendant un temps infini, bon disons assez longtemps… J'ai réalisé des matériels de ce type pour la plongée spéléologique après avoir connu les angoisses des lampes qui s'éteignent les unes après les autres pendant une longue exploration, ce qui est extrêmement stressant.

L'idée est très simple. Tant que l'alimentation était suffisante, la lampe marchait normalement à pleine puissance. Quand la tension baissait, un comparateur basculait et un petit circuit découpeur (à double NE 555) commençait à hacher la tension, d'abord 1/10 de seconde éteint et 9/10 allumé, puis au fur et à mesure de l'épuisement en réduisant le rapport cyclique. Pour un phare qui avait 30 minutes d'autonomie normalement, le système s'enclenchait autour des 2/3 du temps et dix heures après, la lampe éclairait encore un peu en envoyant un flash d'un dixième de seconde toutes les quelques secondes, l'alimentation complètement à plat. Cela n'éclaire plus beaucoup mais encore assez pour se diriger dans un boyau totalement noir et offrait ainsi une solution de survie.
Autre avantage de ce système, il indique très clairement au plongeur le niveau d'énergie.

Je tiens à préciser que je ne suis pas l'auteur de cette idée originale, je l'avais lue dans une vieille revue technique américaine de plongée (dont j'ai perdu la trace).

Il est évident que si je refaisais maintenant un tel dispositif, le pilotage se ferait bien plus intelligemment par un microcontrôleur pilotant une pompe de charge avec leds blanches ou tubes à décharge pour les fortes puissances, mais le principe reste identique.
J'ai fait des variantes de lampes à commande proportionnelles en utilisant un aimant externe plastifié sur glissières et dans le corps de la lampe un capteur à effet Hall (ou un ILS) commandant le rapport cyclique. C'est une solution très élégante qui devrait se généraliser sur toutes les lampes évoluées.
J'ai adapté ce système d'aimants sur glissières pour commander les fonctions d'un petit sous-marin humide d'exploration, cela s'est montré d'une fiabilité absolue.

Nouvelles leds blanches

Les remarquables leds blanches se répandent dans le grand public, les prix étant en chute permanente. Elles remplaceront progressivement toutes les ampoules à filaments dans la vie quotidienne, avec un rendement  cinq fois meilleur, très longue durée de vie, à faible dissipation thermique. 
Pour l'automobile, le problème est différent, l'énergie est surabondante, les constructeurs préfèrent les "HID lamps " (High Intensity Discharge Lamp), lampes bleutées à tubes à décharges stroboscopiques, extrêmement puissantes. Des développements sont aussi en cours pour explorer la voie des leds blanches d’énorme puissance pour les phares. 
Ces leds très lumineuses se trouvent maintenant dans les lampes frontales et torches haut de gamme. Offrez-vous ce petit luxe technologique !
Elles ont tous les avantages, un bien meilleur rendement, de 5 à 7 fois mieux que les ampoules à filaments car elles dégagent peu de chaleur perdue, insensibles aux chocs et à grande durée de vie. 
Une led reste plus chère qu'une ampoule et demande une alimentation soignée car sa plage de fonctionnement est très étroite.
Utilisez une pompe de charge adaptée, en montant les leds en série pour obtenir le rendement optimum.

Depuis 2007 de nouvelles technologies révolutionnaires sont disponibles, une led unique peut maintenant dissiper de plus en plus de watts  le rendement énergétique tant cinq fois meilleur qu’une ampoule à filament.
En 2008, les leds en 1W, ou 3W pour les torches et frontales sont devenues courantes, il en existe aussi de beaucoup plus chères jusqu’à 10 W, ce qui est l’équivalent d’une ampoule de phare à iode automobile de 50 W !
Les nouvelles leds surpuissantes chauffent et sont livrées d’origine sur un support radiateur qu’il faudra bien monter à la graisse thermique sur un bon dissipateur secondaire, la diode en l’air claquerait très vite.

Montage mécanique

Il faut tenir compte d'une particularité en montant des séries de leds. Une ampoule, de par sa structure comportant un filament au centre d'une enveloppe, est omnidirectionnelle. Elle sera utilisée avec un réflecteur pour concentrer la lumière comme désiré.
Une led est focalisée par construction, elle émet dans un cône assez étroit. Il faut consulter la fiche spécifique pour connaître cette courbe d'ouverture (par exemple 25 degrés utilisables), afin de réaliser une géométrie spatiale pour obtenir le faisceau voulu. Pour un feu de navigation, les leds seront montées sur un tronçon de cylindre avec un diffuseur. Pour une lampe torche, elles seront montées parallèles, mais il ne faudra pas espérer un faisceau très concentré, ne confondez pas avec des diodes laser.

Technologie de montage électrique des leds

La solution de monter des led en parallèle est très mauvaise,  la résistance par branche pour équilibrer les dispersions gaspille trop d’énergie.
 Il faut monter les leds en série. Par exemple, pour une rampe de 30 diodes de 3 V, il faut alimenter en série avec un fil fin sous 90 V. Attention de ne pas se tromper dans le sens, si une diode est inversée, la guirlande ne s'allume pas. Il faudra rechercher la fautive au voltmètre. 
Il faut soigner la petite alimentation afin de ne tolérer aucun pic à l'allumage et l'extinction qui serait fatal aux diodes et à limiter le courant à la valeur exacte (en cas de court-circuit partiel sur la chaîne). Testez-la bien sur charges résistives avant de la brancher en vrai.
La réalisation d'une alimentation de quelques dizaines de volts à faible courant, même à partir de très basse tension d'accumulateurs ne pose pas de difficultés. Il faudra simplement utiliser un transformateur avec beaucoup de spires dans le circuit de découpage. C'est un tore très petit car la fréquence de découpage est élevée.
Si le nombre de leds est très grand, il vaut mieux faire des associations séries parallèles pour laisser la tension en dessous de 100 volts par sécurité.

Exemple d'utilisations

J’en ai fait monter pour des scialytiques de salle d’opération et sur des panneaux d'information (plusiers milliers par panneaux).
C’est aussi un formidable remplacement des ampoules de cadran (avec dépoli car elles éclairent trop) et pour monter en réglette et éclairer le plan de travail sans ombre. Le prix dépend énormément de la puissance d'éclairement en mCandelas, et varie de plus de 1 à 10 suivant les intensités.

Autre application que l'éclairage

Je publierai un jour une application pour la télévision amateur de modulation de ces diodes (blanches ou UV) par vidéo + son + commande des synthétiseurs pour utilisation de fibre optique faible coût. Cela permet de déporter l’émetteur et le récepteur TV en haut de pylône sans pertes ni parasites, ni coaxial onéreux, ni retour de foudre (sauf par l’alimentation, évidement).
La connexion de la fibre se fait très simplement en perçant un trou dans le calotte sphérique de la diode et en fixant à la cyanolite. Le rendement est médiocre, mais la diode a assez de puissance pour que le signal soit récupéré au bout de quelques kilomètres de fibre (qui se présente comme du crin de pêche, non gainé, une dizaine d’€ le km). Idem à l’autre bout avec le phototransistor.
Pour protéger la fibre, du tube annelé d’installation électrique convient parfaitement, et l’on passe une dizaine de fibres en vrac en réserve d’applications futures avec l’alimentation.

Candela et bougie

Les documentations parlent d’intensité lumineuse en mcd pour milliCandela. Pour simplifier, une candela (1 cd = 1000 mcd) équivaut à l’intensité lumineuse d’une bougie.
Cette unité un peu bizarre a été conservée pour des raisons historiques.
Une candela ne représente pas une très grande énergie…

Le piège des leds 12 V

L’offre de leds d’éclairage est maintenant énorme, les technologies évoluent très vite, les performances s’améliorent sans cesse.

Quand une led est simplement spécifiée 12 V, cela veut dire qu’elle est fabriquée pour fonctionner exclusivement sur une alimentation 12 V stable, comme celle des blocs domestiques.

Quand une led est spécifiée « 12 V automobile », c’est très différent, elle fonctionne à éclairement constant de 8 à 30 V.
L’éclairement  d’une  2 W led « automobile » équivaut à celui d’une 10 W halogène, mais ne croyez pas au miracle, une moins de 2 W éclairera beaucoup moins.

Led_resistance

Mauvaises leds

Il est normal qu’une led « automobile » soit plus chère car elle intègre une pompe de charge, les leds « 12 V domestique » n’ont qu’une résistance série pour une tension fixe ! 
Les leds « 12 V domestique » sont strictement à proscrire sur le bateau ou le camping-car, car la tension de batterie fluctue.

Une led indiquée « uniquement 12 V », ou non clairement spécifiée « de 8 à 30 V » est à coup sûr un bas de gamme « domestique ».
Il suffit de regarder le montage pour voir la technologie, mais si vous avez un doute, il faut tester sur un échantillon.

Procédure : Alimenter la led exactement en 13 V avec une alimentation stabilisée et mesurer le courant.
Réduire l’alimentation à 9 V. Si la luminosité et le courant baissent, perdu, c’est une led « domestique » avec résistances en série !
Pour une led automobile P = V*I est une constante de 8 à 30 volts. le courant augmente quand la tension baisse, la luminosité restant constante. .
Une led domestique explosera au-delà de 14 volts.

Voici l'exemple d'un très mauvais modèle G4 (acheté moins de 3 € rendu en Chine) qui s'avère inutilisable sur la batterie du bord.
Annoncée pour 1W, en réalité 65 mA à 12.5 V = 0.8 W, à faible rendement, éclairement très inférieur à une 5 W halogène.

Led_R

Une led « automobile » peut être constituée d’une seule led haute puissance ou de quelques leds.
Une led « domestique » est toujours constitué d’un grand nombre de petites leds en série / parallèle, avec résistances.

La lampe commerciale décrite paragraphe suivant est beaucoup plus chère mais fonctionne parfaitement comme il se doit !

 

Compléments sur les éclairages à leds

Les lampes à leds consomment beaucoup moins que les lampes à incandescence, mais il est très difficile de savoir quel est le gain précis en énergie et comment le situer face aux anciens éclairages à tubes gaz (néons) connus depuis plus longtemps.
Il est assez simple de comparer deux lampes à incandescence de puissance et de couleur voisines pour deux raisons.
Elles sont quasi omnidirectionnelles et éclairent sur un angle solide de 4 pi stéradians (de manière quasi uniforme sur 360° dans toutes les directions, autrement dit, sur une sphère complète, la source étant au centre).
Le spectre démission est large et continu.
Méthode un : En montant les deux ampoules dans deux boîtes à lumière identiques pour éclairer une scène, il faut alterner l’occultation de l’une et l’autre afin de déterminer la plus brillante.
Méthode deux : L’ombre du crayon.
Un crayon est posé verticalement sur une feuille blanche devant l’expérimentateur.
Les deux lampes nues sont placées à égale distance de telle manière que l’expérimentateur regarde les deux ombres du crayon. 
Dans les deux cas, on éloigne la source plus brillante, jusqu’à obtenir des éclairements ou ombres identiques, le rapport des distances permet de calculer les équivalences énergétiques.
La mesure se fait en prenant la moyenne avec plusieurs expérimentateurs car deux ampoules n’ont pas le même rendu spectral, et les sensibilités aux températures couleurs dépendent des individus.

Cela marche assez bien et permet de comparer (seulement) deux ampoules voisines.
Il est délicat de faire la mesure avec un fluxmètre, cellule classique de mesure, dont la sensibilité n’est pas forcément proche de celle de l’œil.

Si l’on remplace une des lampes par une led ou par un fluorescent, cela ne marche plus pour de multiples raisons.
Les spectres sont discontinus et deux expérimentateurs ne perçoivent pas de la même manière les raies présentes, certains détestent le rendu des lampes à économie.
Un éclairage à led est concentré (c’est moins vrai pour les lampes fluorescentes), il sera donc impossible à comparer avec une source omnidirectionnelle.

Il est donc impossible d’indiquer quel est le gain d’un éclairage à économies d’énergie, on peut tout au plus donner un ordre de grandeur.
Le facteur cinq ou six annoncé par les constructeur s’avère un peu surévalué pour un confort d’éclairage égal.
Il faut toutefois remarquer que les éclairages à incandescence ont atteint leur rendement optimal, mais les leds progressent sans arrêt et sont l’avenir de l’éclairage.

Sensibilité des leds à la tension

Pour une alimentation de type automobile (ou voilier), les variations de la tension batterie sont considérables et incompatibles avec un montage trop simple des leds.
Les leds doivent encore éclairer correctement en batterie basse, vers 11 V, et encaisser les 15 V et plus de la pleine charge. Il faut donc réguler en courant seulement pour compenser cet énorme écart.
Plus les leds progressent, plus elles sont fragiles car leur tension de service optimale est très proche de la tension de destruction.
C’est pour cela que l’on ne régule jamais une led en tension, mais seulement en courant par des pompes de charge spécialisées. Cela évite de mettre une résistance en série qui dissipe inutilement et fait baisser le rendement.

Pour le courant optimal donné par le constructeur, la tension de la led se stabilise exactement à la valeur optimale.
Un fusible ne sert à rien, il ne peut être assez précis ni rapide pour offrir la moindre protection.
Ne bricolez pas, utilisez toujours un circuit spécialisé, les catalogues (Maxim, Analog-Devices, Linear,…) en proposent des quantités d’excellents, avec des rendements extraordinaires autour des 90%, très simples à mettre en oeuvre.

Le problème de la polarité indifférente

Pour information, les leds blanches actuelles à haute performances ont une tension de service de l’ordre de quelques volts, la pompe de charge fournira cette tension depuis le 12 V très variable d’entrée.
Comme ces dispositifs sont destinés à remplacer une ampoule halogène dont la polarité est inconnue et que la pompe de charge est évidement polarisée, l’astuce a été de rajouter en série sur l’entrée un pont de diode. L’inconvénient est que cela nuit gravement au rendement car les deux diodes en série font chuter l’entrée 12 V de 1.5 V. La seule perte liée à ce pont de diodes médiocres est donc de 1.5/12 = 12.5 %
Quand l’autonomie est critique (lampes de plongée spéléologie), tout sera mis en œuvre pour diminuer la consommation, il sera impératif de supprimer le pont de diodes pont en le remplaçant par deux straps, mais en montant une diode en inverse et un fusible par sécurité en cas d’inversion de polarité. Il faudrait évidement alors ne pas se tromper dans la polarité au branchement. Avec le pont, la pompe fonctionne ausi bien en continu qu'en alternatif.

 

Exemple d’une led commerciale

Ce chapitre porte sur le test d’une led commerciale 12V destinée à se substituer à une halogène classique (voir liens Mantagua).

La photo montre la led et son électronique au dos, à coté de l’halogène 10 W quelle remplace avantageusement.
Le pont de diodes est en bas à droite, la self en haut à gauche. 
Notez bien la différence de l’électronique à pompe de charge, comparée au médiocre groupement de leds à résistance montrée au dessus.

Mantagua

Tests de la G4 Mantagua en situation.

Résumé des caractéristiques électriques mesurées

Les points intermédiaires sont inutiles, les courbes étant presques linéaires. 
La lampe commence à décrocher à 8 volts en encaisse 30 volts.

La puisance consommée est d'environ 1.7 W (en tenant compte de la perte de 1.5 V du pont de diodes d'entrée)

Tension
d'alimentation

Courant
15 V 115 mA
12 V 148 mA
8 V (décrochage) 191 mA

Principe de réalisation

La réalisation électronique est conforme à la note d’application du circuit utilisé, le régulateur à découpage LM 2675 de National Semiconductor. 
Le circuit fonctionne en interrupteur abaisseur, il découpe la tension d’entrée à 250 kHz (période 4 µs), en conduisant pendant un temps d’autant plus court que la tension est élevée.
Exemple, si l’on veut obtenir 5 volts, la conduction sera de 25% du temps sous 20 V d’alimentation, de 50% sous 10 V, et de 75% sous 8V (décrochage en dessous).
Le créneau de sortie est lissé par un condensateur pour obtenir une tension continue.


Test visuel subjectif

Dans le camping-car, l’éclairage de la couchette arrière est assuré par deux spots symétriques équipés d’origine d’ampoules halogènes de 10 watts.
Pour réaliser une comparaison visuelle de la led en situation, une seule de ces ampoules a été remplacée par une led.
De nuit, les résultats subjectifs sont flagrants, la led avec ses 1.7 W consommés, éclaire presque autant que l’halogène de 10 W, son blanc est plus intense et elle est indépendante de l’état de charge de la batterie.

Dissipation thermique perdue

Une lampe à filament dissipe beaucoup d’énergie thermique, inutile pour l’éclairement, mais les nouvelles leds de puissance chauffent aussi !
Par manque de temps, le petit essai très simple au calorimètre n’a pas encore été réalisé pour en déterminer les valeurs objectives.
Pour information, comment réaliser une mesure très simplifiée au calorimètre.
Le calorimètre sera constitué par une enceinte isolante, une bouteille thermo avec un gros bouchon polystyrène convient bien. Un thermomètre de laboratoire traverse le bouchon. Il peut être remplacé par un thermomètre électronique à sonde déportée (gadget à quelques euros). Deux fils traversent le bouchon pour alimenter en 13 V l’ampoule à tester.
Premier test : Placer l’ampoule, fermer l’enceinte et alimenter à 13 volts. La température monte rapidement, chronométrer le temps pour grimper de 10 degrés.
Deuxième phase : Dans les mêmes conditions, remplacer l’ampoule par la led en relevant le nouveau temps.
Nous pouvons déjà dire quel système chauffe le plus, les temps étant très différents.
Troisième phase : Installer maintenant une simple résistance, en choisissant par tâtonnements des valeurs (tension et résistance) pour retrouver des temps voisins.
En appliquant P=V²/R, on obtient les ordres de grandeurs des puissances dissipées inutilement.

Le rendement thermique n'est pas fameux.
Le pont dissipe 1.6 V * 0.15 A soit 0.25 W
La résistance de 3.9 ohms de l'entrée feedback sous 1.21 V dissipe 0.4 W
Il reste 1.7 – 0.25 – 0.4 soit environ 1 watt, moins les pertes de rendement du montage (buck converter) pour la led, le reste étant perdu en chaleur.

Effets pervers du découpage

La fréquence de base du découpage de 250 kHz, celles variables générées par le temps actif et le temps passif de commutation, leur combinaison et tous les harmoniques impairs qui en découlent, créent un spectre de bruit très étendu qui peut perturber la réception radio.
Il n’y a aucun filtre d’origine, dans les installations sensibles, il faudra prévoir de sérieux antiparasitages sur les alimentations.

Autre défaut de la led

La led Mantagua présente un gros défaut si on la met en place dans un réflecteur parabolique de liseuse fixe, prévue pour être focalisée au foyer de l'ampoule et éclairer  le livre que n'on tient en position assise dans le lit. La forme et la direction de son faisceau sont absolument incompatibles avec le montage d'origine, et une fois en place, la liseuse éclaire le sommet du crâne, le livre est dans le noir.
La seule solution est de garder les halogènes d'origine et ne plus les utiliser mais de d'ajouter une liseuse à flexible ou à spot en bricolant un modèle commercial.

Bilan global

Pour résumer, hormis le problème du prix beaucoup plus élevé, le remplacement des halogènes s’avère une nécessité pour économiser l’énergie dans un facteur de l’ordre de cinq, ce qui est énorme.
Il faut privilégier le remplacement des lampes les plus souvent allumées.

 

Choix du type de led

Pour le choix des leds il faut prendre en compte divers critères

 La puissance évidement.

 Le rendement : Plus la led est récente plus sa technologie est évoluée et meilleur est son rendement. Les progrès sont permanents.

 La couleur : De nombreuses nuances existent entre le blanc « froid » jusqu’aux jaunes.
Les personnes les plus âgées préfèrent les teintes jaunâtres, les plus jeunes les blancs bleutés.

 Et le critère le plus délicat, l’angle d’ouverture.
Ce n’est pas toujours très évident de trouver la documentation indiquant les diagrammes de rayonnement. N’en achetez pas un lot avant d’avoir testé, il faut en prendre une seule en échantillon, la tester en condition, et  si elle convient, commander la suite.

 Dernier critère : Le prix ! Suivant la filière d’approvisionnement, il existe un écart de un à cinq sur le prix. Merci de ne me pas me demander qui est le moins cher…

 

L'avenir, led ou fluocompactes ?

Une alternative aux leds existe en éclairage économiques. 
Les lampes fluorescentes, ou " néons ", ou fluocompactes sont connues depuis très longtemps, elles sont maintenant bien au point. 
Les rendements et la qualité de la lumière sont proches de ceux des leds.
Les électroniques sont de complexité voisines pour fournir les quelques volts à fort courant des leds ou la centaine de volts à courant faible des fluos, à partir du 12 V.
Les petits fluos se présentent en tubes droits ou enroulés en forme d'ampoule. Suivant les cas, l'une ou l'autre solution sera choisie.

Les tubes fluocompacts ont toutefois de très gros défauts !

 Utilisés sur le secteur, ils présentent une puissance réactive très défavorable pour le fournisseur de courant qui ne le facture pas au consommateur.
Pour une utilisation en basse tension sur batterie, ce défaut n'est pas gênant, l'électronique l'absorbe bien.

 Elles sont extrêmement polluantes, l’enveloppe contient de multiples produits toxiques qui se répandent dans l’environnement une fois le verre brisé. Ce sont des déchets mon recyclables.

 Elles émettent un rayonnement électromagnétique intense dont les conséquences physiologiques sont encore mal très connues.

Les tubes fluocompacts sont une aberration écologique, ils devront disparaître à moyen terme pour laisser définitivement la place aux leds quand elles auront encore évolué.
Pour le moment elles restent autorisées, et même présentées comme « écologiques », faute de mieux pour remplacer les ampoules à filament définitivement condamnées.

 

Montage d'un scialytique

La réalisation a été faite pour un client qui reste propriétaire de l'étude, mais les généralités sont publiables. 
Pour des montages utilisant de grandes quantités de leds, il est indispensable de les regrouper en petit panneaux interchangeables facilement pour la maintenance. L'expérience montre que des modules de 100 leds sont un bon compromis les modèles de l'époque tournaient autour du volt. 
Chaque bloc est alimenté par une bonne pompe de charge embarquée afin de pouvoir brancher facilement en 220 V alternatifs avec de faibles courants et donc des fils fins et d'alimenter les leds au courant précis indiqué par le constructeur. 
Les premiers montages utilisaient des groupements en série parallèle, mais cela s'est avéré inutilement compliqué et abandonné. Les leds sont fiables et ont peu de dispersion, le montage des 100 leds en série s'avère idéal. 
La grande difficulté vient de la disposition mécanique et de la réalisation du châssis porteur, car une fois les modules en place, la distance entre les leds d'un même module et de celles des modules adjacents doit être identique. Cela interdit le montage en quinconce et impose un espacement minimal entre les leds. 
Il est possible de réaliser un module de 100 diodes de 5 mm sur une plaque 10*10 cm. Si l'on serre davantage, il y aura des trous désagréables entre les modules. Un panneau d'environ 1*1 m contient donc 100 modules de 100 leds et constitue un petit scialytique acceptable. L'expérience montre qu'en usage quotidien de cinq heures, une led grille entraînant le claquage de son module de 100 moins d'une fois par mois. Ce trou n'empêche pas de travailler, la maintenance avec remplacement du module et le dépoussiérage du scialytique prend moins d'une demi heure. 
Il faut ruser pour placer une vis dans chaque coin qui tient quatre panneaux adjacents. Cela permet de remplacer rapidement un panneau sans accéder à l'arrière en dévissant quatre vis.
Il serait possible de doubler les séries de leds par des zeners pour éviter de perdre un module complet lors d'une panne d'une led, mais cela augmente trop le prix final est s'avère superflu. La fiabilité impose la simplicité du montage.

Les leds modernes étant beaucoup plus performantes, une nouvelle étude donne de meilleurs résultats avec des modules hexagonaux tenus par une seule vis centrale

 

Essais de quelques lampes à leds

J'ai testé (enre autres) trois modèles issus d’un site marchand offrant un bon choix.

La photo montre ces trois produits :

 Trois lampes

Inova Microlight

Cette lampe est vraiment minuscule. L’éclairage est étonnement puissant pour la taille ! La notice indique une autonomie de 14 h sur la pile bouton 2016 lithium remplaçable. Cette valeur (non vérifiée) est probablement très optimiste.
Ce joli gadget est très séduisant, et constitue un cadeau apprécié, c’est un accessoire utile pour le porte-clefs.

Personal Safety Survival

Cette lampe est curieuse et étonnante. Elle fonctionne sur une pile (ou NiMh) 6F22 de 9 V, ce qui n’est pas le meilleur choix en terme de rapport énergie/poids. Les piles classiques R6 sont plus performantes, mais il n’aurait pas été possible de faire aussi compact. La surprise vient du fait que cette lampe ne s’éteint jamais ! Elle a un mode « sommeil », à très faible énergie. Cela permet de la retrouver facilement la nuit en émettant une lumière assez faible pour fonctionner ainsi deux ans, mais suffisante pour lire sa montre ou un texte à quelques centimètres de distance.
Toutes ces valeurs d'autonomie sont données par la notice, elles sont très optimistes.
L’appui sur le poussoir fait passer en mode éclairage économique (200 h), puis « fort », ce qui est très relatif (40 h), puis clignotant (200 h). Elle s’éteint, ou plus exactement passe en mode sommeil, très faible, automatiquement après 25 minutes d’utilisation.
Les mesures suivantes montrent que ces chiffres d'autonomie annoncés sont très gonflés, ils ont été relevés avec pile lithium (très chère). La consommation décroît quand la pile s'use, la lumière aussi, ces durées ont eté extrapolées jusqu'à l'extinction totale. En pratique, le dixième des valeurs annoncées est raisonnable.

Pour information, ordre de grandeur des capacités et des prix des divers modèles :

Technologie des 6F22 (9 V)
Capacité
Prix moyen
Lithium (jetable)
1200 mAh
15 €
NiMh dernière génération 
(rechargeable quelques centaines de fois )
200 mAh
10 €
Alcaline très haute capacité (jetable)
500 mAh
3 €

Plus habitué à des lampes à multi leds surpuissantes avec quelques piles R6, je trouve le mode « fort », un peu limité en champ, mais c’est la rançon du volume très compact avec led unique, privilégiant l’autonomie et le faisceau étroit pour une grande portée.
Malgré ces deux limitations, cette lampe est très séduisante et offre sous un petit volume, d'excellentes performances.

La coque est en caoutchouc, de réalisation soignée. Celle lampe plaira aussi aux petits qui ont peur du noir et auront cette étrange lueur sur leur table de nuit.

Consommations en fonction des tensions de pile

Tension
(volts)
5
6
7
8
9

"sommeil "
( µA )

17
23
29
35
41
Faible
( ma )
2.2
3
4
5
6
Fort
( mA )
25
37
53
65
80
Flash
( mA )
11
15
20
25
30

Mesures sur la Personal Safety Survival

Application amusante de ces mesures : Il est très facile de connaître avec une grande précision l'état de la pile, il suffit de se mettre en mode flash et de mesurer la période des éclairs.

Cela peut se faire au chronomètre en comptant quelques dizaines d'éclats, mais ces mesures ont été faites plus sérieusement et automatiquement avec un oscilloscope numérique, Tektronix TDS3012, aux bornes d'une photodiode étalonnée :
Photodiode Telefunken BPW21R

La mesure du courant en mode flash est délicate, il faut intégrer les pics.

L'oscillogramme suivant montre une période de 343 ms, rapport cyclique 20 %, correspondant à une pile neuve de 9 V.

Tension
Pile (V)

Période
flash (sec)
3
1.50
2.5
1.20
4
0.95
4.5
0.75
5
0.70
5.5
0.60
6
0.55
6.5
0.50
7
0.46
7.5
0.42
8
0.39
8.5
0.37
9
0.34

Mesures du flash à la photodiode

 

 

Nightstar

Lampe à induction magnétique, dite , elle ne nécessite aucune pile. Il suffit de l’agiter violement 30 secondes pour bénéficier de 10 minutes de lumière (décroissance lente). 
Cette lampe éternelle sans déchet est écologique et sera très appréciée de ceux qui culpabilisent en jetant de vieilles piles au recyclage (approximatif). Elle est techniquement intéressante car sans aucun accumulateur qui se dégrade à vide. Le système utilise une super capacité qui accepte sans problème d’être totalement déchargée. En l’agitant, l’aimant mobile se déplace devant une bobine et la variation de champ magnétique produit le champ électrique redressé fournissant l’énergie au " réservoir ".
Cette lampe sera toujours disponible en dernier secours quand toutes les piles ont lâché, c’est un élément de sécurité parfait pour des conditions de survie. Vous pourrez l’oublier des années dans la boîte à gants de la voiture, elle sera toujours opérationnelle lors d’un incident nocturne.
La lumière n’est pas forte mais elle suffisante pour se sortir d’un mauvais pas. L’intensité décroît peu à peu, quand elle devient trop faible, il suffit de l’agiter à nouveau pour retrouver un niveau suffisant.
Ce coté " éternel " est séduisant. Elle présente toutefois un inconvénient majeur à prendre en compte. L’aimant mobile est extrêmement puissant ! 
Cela un coté très amusant, car suspendue par un fil elle s’oriente pour éclairer vers le nord…
Le défaut du champ intense est qu’il faut absolument l’éloigner de tout le matériel sensible, les compas magnétiques du bord, évidement, mais aussi les matériels informatiques, disques durs, disquettes, moniteurs crt… Il faudra être très sensibilisé par ce problème, mais cela ne fera pas hésiter, c’est un matériel indispensable en particulier pour les urgences et la survie. Elle et robuste et totalement étanche, flottante, rien n’est démontable. Certaines résistent aux hydrocarbures.

D'autres systèmes sont plus pratiques que " la branlette ", ils utilisent une petite dynamo activée par des contractions de la main ou par une manivelle ce qui permet un éclairage plus continu sans susciter des commentaires grivois.

Claquage de led

Ma led dite éternelle est morte après quelques heures ! Elle était pourtant alimentée et refroidie correctement, comme le préconise le constructeur.

On est bien peu de chose en ce bas monde… Tout le monde vante les durées de vies énormes de ces bijoux, mais problème, les bacs de recyclages en sont pleins de cadavres.

Pour comprendre ce problème, il faut s'intéresser à la technologie de fabrication.
Les premiers modèles claquaient suite à des dopages et des passivations mal maitrisés. Le claquage était au niveau de la puce. Ces modèles avaient une connexion par bonding, c'est-à-dire que la puce était reliée aux électrodes par un fin fil d'or thermosoudé, une vraie œuvre d'art très fiable !
Les prix s'étant écroulés, l'or était trop cher et la liaison a été remplacée par un minuscule point de colle avec des traces d'argent. Il y en a tellement peu que le pont conductif peut se limiter à quelques atomes, il chauffe et se rompt.
C'est pour cela que certaines leds l'allument bien à froid puis claquent après un petit temps de chauffe. Dans certains cas, le pont refroidit, se reconstitue et la led clignote erratiquement.

 

Liens leds

Quelques fournisseurs de leds blanches

Tous les revendeurs en ont au catalogue, mais tous les produite ne se valent pas, les bas de gamme chinois ne sont pas vraiment chères mais ne valent pas plus...

Leds blanches 2.2 W, parfaits remplacements des 10 W halogènes, à ne pas confondre avec les bas de gamme chinois : marineled.fr/produit_G4.php

Les leds Mantagua : mantagua.fr
ampoule-leds.fr
Forum leds : led-fr.net

Remplacer les ampoules par des leds (voir les courbes comparatives) : techt.ch/leds/LedLight

Cherchez sur Google les nouvelles leds blanches puissantes, les liens changent très vite :" Luxeon ", " Rebel led ", " Cree led ", ... et plus généralement " white led " et "ultrabright led " 
Les platines spécialisées à pompe de charge (12 V vers 3 ou 4 V) se trouvent pour quelques dollars.

 

Torches et frontales

Il y a maintenant beaucoup de torches et frontales en monoleds surpuissantes Cree, Luxeon, Seoul, ..., de 1 à 3 W et plus, fouillez par exemple : dealextreme
Ce site sympathique m’a fourni des échantillons, dont trois sont testés au dessus, il offre un choix de modèles très intéressants, allant jusqu’au puissants projecteurs de plongée : lampesdepoche.com

 

Pompes de charges et circuits découpeurs

Circuits spécifiquement adaptés pour alimenter des leds blanches avec une tension quelconque et très peu de composants annexes. Il n'est pas possible d'obtenir de si bons rendements en composants discrets.
National Semiconductor pour 1 à 4 leds individuelles, LM279x : national.com/pf/LM et le LM2675 : national.com/pf/LM/LM2675
Ckez Maxim entre autres, MAX1848 : maxim-ic.com

 

 

Dernière modification le mercredi, 21 janvier 2015 07:45
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