Comment alimenter une LED de puissance ?

Comme vous le savez surement si vous tombez sur cet article , il existe ce que l’on appelle des LED de puissance. Jusqu’à maintenant je vous ai uniquement parlé des LED de faible puissance servant essentiellement a la signalisation. Il existe également des LED servant a l’éclairage qui elles, sont des LED de puissance. Ces dernières requièrent beaucoup plus de puissance électrique pour les alimenter comparé a de simples LED de signalisation ce qui pose quelques problèmes que je vais vous dévoiler ici.

Présentation d’une LED de puissance

Voici une LED de puissance prise au hasard chez un de mes fournisseurs de composants électroniques. Il s »agit d’une CMT1412 fabriqué par CREE dont voici la documentation.

Tout d’abord les caractéristiques typique et maximum

Le constructeur nous donne un courant sens passant max de 750 mA et une tension de seuil ( d’alimentation en sens passant ) de 38 Volts.Vous remarquez que c’est beaucoup plus que l’exemple que j’ai prit dans l’article  « Comment calculer la résistance qui alimentera votre LED« .

Pourquoi on ne peut pas alimenter une LED de puissance avec une simple résistance  ?

C’est vrai qu’a priori il serait tentant de procéder comme pour une LED classique et de simplement alimenter notre LED avec une résistance . Le premier problème que ça pose c’est la taille de la résistance que vous devrez mettre pour alimenter votre LED. Celle-ci devra dissiper une forte puissance pour pouvoir alimenter notre composant et par conséquent sera plus volumineuse.

Exemple :

Alimentons notre LED avec 50v pour être au dessus de la tension requise par le constructeur et nous utilisons le même montage que dans l’article « Comment calculer la résistance qui alimentera votre LED« .

La tension au borne de la résistance sera donc : VR = 50Volts – 34Volts = 16 Volts.

Calculons sa résistance : R = U/I = 16V/0.750 = 21 ohm.

Calculons maintenant la puissance que devra dissiper la résistance: PR =16V x 0,750A = 12 Watts.

Voici a quoi ca ressemble :

Si vous vouliez faire quelque chose de compacte c’est perdu , elle mesure prés de 4 cm de long par 3 de large si vous êtes curieux la documentation est ici .

Avec un composant de ce type vous aller devoir également dissiper la température qu’il va dégager , c’est d’ailleurs pour ça que le composant a 2 trous , il est fait pour être monté sur un dissipateur.

Comme vous le voyez avec cette solution vous aurez rapidement une fournaise encombrante.

Un autre « petit » problème:

Vous aurez en effet un autre problème avec votre LED si vous tentez un montage avec une résistance . il est visible sur ce tableau :

Si on regarde bien ce tableau le constructeur nous montre ici l’évolution de la courbe tension / courant en fonction de la température de la LED. Comme vous le savez un LED n’est pas parfaite et lorsque vous la mettrez sous tension elle va se mettre a chauffer inévitablement .

Si vous conservez une tension fixe , avec une résistance ou sans ( en alimentant la LED avec 34 Volts directement le courant va se mettre a « glisser » de la courbe 25 C a la courbe 105 C e donc il augmentera . Le courant augmentant la LED va chauffer d’avantage et votre résistance aussi , c’est un cercle vicieux qui mènera a la destruction inévitable de la LED si vous ne coupez pas l’alimentation.

Sur ce dernier graphique vous voyez la luminosité de la LED en fonction du courant . Ce que je veux vous faire comprendre ici c’est qu’en plus des déboires thermique que va vous causer l’augmentation du courant , vous aurez en plus une forte variation de luminosité !

 

Ce n’est donc pas la bonne solution pour alimenter une LED de puissance !

Les pompes de charge.

Pour alimenter notre LED il va nous falloir réguler le courant qui circule dans celle-ci ce qui permettra également de stabiliser la luminosité. C’est la qu’interviennent les Pompes de charge , ces composants on pour rôle de stabiliser le courant et donc d’ajuster la tension au moment ou elle va se mettre a chauffer .

Je vous présente une pompe de charge de chez ON semiconductor ,la  NCL30160, ce composant va nous permettre de réguler un courant au travers d’une LED .Ce courant sera prédéterminé par une résistance de « SENSE » qui se calcule avec une petite formule donnée par le constructeur.

Les caractéristiques

intéressante pour nos montage :

• Elle est capable de piloter un courant de sortie allant jusqu’à 1A grâce a son transistor MOS intégré donc pas de composants de puissance externe requit pour alimenter la LED.
• La tension d’alimentation peut aller de 6.3V a 40V. La plage d’alimentation est large et permet d’alimenter la plupart des LED.
• Le courant est ajustable via une résistance de « SENSE » comme je vous le disais au dessus.
• Control de la luminosité allumage / extinction sur la même patte.
• protection thermique et de sortie en cas de défaut sur la LED.

Le montage

Comme vous le voyez , le montage typique donnée par le constructeur contient assez peu de composants.

CS : La patte de mesure du courant ou « SENSE » qui permet d’ajuster le courant de sortie elle se calcule de la façon suivante

Rien de compliqué , il faudra tout de même se méfier de la puissance car comme on le voit dans le schéma interne ci-dessous ,  le courant qui traverse la LED traversera également la résistance .

vérifiez que la puissance est suffisante en faisant un P= RxI² .

Comme vous l’avez vu sur le schéma typique donné par le constructeur la patte LX est la liaison vers la LED ,c’est pourquoi il vous faudra une résistance dont la puissance est ajustée en conséquence.

La résistance ROT

C’est la partie la plus compliqué , cette résistance permet d’ajuster le temps de coupure du transistor de sortie elle se calcul assez difficilement mais par chance le constructeur nous donne un tableau contenant les valeurs des composants sur sa carte d’évaluation . Ça va nous éviter ce calcul et les risques d’erreurs qui vont avec .Si toute fois vous voulez quand même y jeter un œil les formules sont disponible page 7 et 8 de la documentation .

Ci dessous le schéma de la carte d’évaluation

 

L’avantage d’utiliser un circuit comme celui-ci est que vous pourrez piloter votre LED avec une luminosité constante avec peu d’échauffements comme le montre les courbes d’essai faite par le constructeur.

On remarque que plus la tension d’entrée est haute plus le rendement chute , ce qui va se traduire par un échauffement du circuit.

J’espère que cet article vous aura apprit des choses , n’hésitez pas a laisser un commentaire et a vous inscrire !

Sylvain Altmayer