Comment choisir un driver de lampe LED : types, fonction + particularités de connexion

Les luminaires LED se sont largement répandus, ce qui a entraîné une production active de sources d'alimentation secondaires. Le driver d'une lampe LED est capable de maintenir stablement les valeurs de courant spécifiées à la sortie de l'appareil, en stabilisant la tension traversant la chaîne de diodes.

Nous vous dirons tout sur les types et principes de fonctionnement du dispositif de conversion de courant pour le fonctionnement d'une ampoule LED. Dans notre article, nous fournissons des repères pour le choix du driver et des recommandations utiles. Les électriciens amateurs trouveront chez nous des schémas de raccordement éprouvés.

Fonction et domaine d'utilisation

Les cristaux de diodes sont constitués de deux semi-conducteurs – l'anode (plus) et la cathode (moins), qui sont responsables de la transformation des signaux électriques. Une région a une conductivité de type P, l'autre de type N. Lors de la connexion d'une source d'alimentation, le courant traversera ces éléments.

Grâce à cette polarité, les électrons de la zone de type P se dirigent vers la zone de type N, et inversement, les charges du point N se dirigent vers P. Cependant, chaque section de la région a ses propres limites, appelées jonctions P-N. Dans ces zones, les particules se rencontrent et se mutuellement absorbées ou recombinées.

La diode est un élément semi-conducteur et ne possède qu'une seule jonction p-n. Pour cette raison, la principale caractéristique déterminant le degré de luminosité de leur éclat n'est pas la tension mais le courant.

Lors des jonctions P-N, la tension diminue d'un certain nombre de volts, toujours le même pour chaque élément du circuit. En tenant compte de ces valeurs, le driver stabilise les paramètres du courant d'entrée et produit une valeur constante en sortie.

Quelle puissance est requise et quelles sont les valeurs de pertes lors du passage P-N indiquées dans le passeport du dispositif LED. Par conséquent, lors du choix d'une ampoule à diode, il est nécessaire de prendre en compte les paramètres de l'alimentation, dont la plage doit être suffisante pour compenser l'énergie perdue.

Pour que les LED puissantes fonctionnent pendant la durée indiquée dans les spécifications, un dispositif de stabilisation est nécessaire : un driver. Le boîtier du mécanisme électronique indique toujours sa tension de sortie.

Les blocs d'alimentation avec une tension de 10 à 36 V sont utilisés pour équiper les appareils d'éclairage.

Les équipements peuvent être de divers types :

• les phares de voitures, vélos, motos, etc. ;
• les petites lampes portables ou de rue ;
• réglettes LED, rubans, ampoules de plafond et modules.

Cependant, pour les LED de faible puissance, ainsi qu'en cas d'utilisation d'une tension constante, il est permis de ne pas utiliser de drivers. À la place, une résistance est introduite dans le circuit, également alimentée par le réseau 220 V.

Principe de fonctionnement du bloc d'alimentation

Examinons les différences entre une source de tension et un bloc d'alimentation. Prenons comme exemple le schéma ci-dessous.

En connectant une résistance de 40 Ω à une source d'alimentation de 12 V, un courant de 300 mA la traversera (figure A). En connectant une deuxième résistance en parallèle, le courant sera de 600 mA (B). Cependant, la tension restera inchangée.

Malgré la connexion de deux résistances à la source d'alimentation, celle-ci produira une tension constante en sortie, car dans des conditions idéales, elle n'est pas soumise à la charge.

Examinons maintenant comment les valeurs changent si des résistances sont connectées à un bloc d'alimentation. De la même manière, nous introduisons un rhéostat de 40 Ω avec un driver de 300 mA. Ce dernier crée une tension de 12 V à ses bornes (schéma C).

Si le circuit est composé de deux résistances, l'intensité du courant reste inchangée, et la tension sera de 6 V (D).

Contrairement à une source de tension, le driver maintient les paramètres de courant spécifiés en sortie, mais la puissance de la tension peut varier.

En conclusion, on peut dire qu'un convertisseur de qualité fournit un courant nominal à la charge même en cas de chute de tension. Par conséquent, les cristaux de diodes de 2 V ou 3 V avec un courant de 300 mA brilleront avec la même intensité malgré une tension réduite.

Caractéristiques distinctives du convertisseur

L'un des indicateurs les plus importants est la puissance transmise sous charge. L'appareil ne doit pas être surchargé ni poussé à obtenir des résultats maximums.

Une utilisation incorrecte conduit à une panne rapide non seulement du dispositif en question, mais aussi des puces LED.

Les principaux facteurs influençant le fonctionnement sont :

• les composants utilisés lors de l'assemblage ;
• le degré de protection (IP) ;
• les valeurs minimales et maximales d'entrée et de sortie ;
• le fabricant.

Les modèles modernes de convertisseurs sont fabriqués à base de circuits intégrés et utilisent la technologie de modulation de largeur d'impulsion (MLI).

Dans le fonctionnement de l'alimentation électrique, une méthode de modulation de largeur d'impulsion est utilisée pour réguler la tension de sortie, tout en conservant le même type de courant en sortie qu'en entrée.

Ces dispositifs offrent un haut niveau de protection contre les courts-circuits et les surcharges du réseau, et bénéficient également d'un rendement élevé.

Règles de sélection du convertisseur de courant

Pour l'achat d'un convertisseur de lampe LED, il convient d'étudier les principales caractéristiques de l'appareil. Il faut se baser sur la tension de sortie, le courant nominal et la puissance délivrée.

Puissance des diodes électroluminescentes

Examinons d'abord la tension de sortie, qui dépend de plusieurs facteurs :

• la valeur des pertes de tension aux jonctions P-N des cristaux ;
• le nombre de diodes dans la chaîne ;
• le schéma de connexion.

Les paramètres du courant nominal peuvent être déterminés en fonction des caractéristiques de la charge, à savoir la puissance des éléments LED et leur degré de luminosité.

Cet indicateur influencera le courant consommé par les cristaux, dont la plage varie en fonction de la luminosité requise. La tâche du convertisseur est de fournir à ces éléments la quantité d'énergie nécessaire.

La valeur de la tension de sortie doit être supérieure ou égale à la somme totale de l'énergie consommée dans chaque bloc du circuit électrique.

La puissance du dispositif dépend de l'intensité de chaque élément LED, de leur couleur et de leur nombre.

Pour calculer l'énergie consommée, on utilise la formule suivante :

P_H = P_LED * N,

Où

• P_LED – la charge électrique créée par une diode,
• N – le nombre de cristaux dans le circuit.

Les valeurs obtenues ne doivent pas être inférieures à la puissance du driver. Il faut maintenant déterminer la valeur nominale requise.

Puissance maximale de l'appareil

Il faut également tenir compte du fait que pour garantir un fonctionnement stable du convertisseur, ses valeurs nominales doivent dépasser de 20 à 30 % la valeur calculée de P_H.

Ainsi, la formule prend la forme suivante :

P_max ≥ (1,2..1,3) * P_H,

où P_max est la puissance nominale de l'alimentation.

Outre la puissance et le nombre de charges sur le circuit, l'intensité de la charge dépend également des facteurs de couleur de la charge. À courant égal, selon la teinte, ils présentent différentes valeurs de chute de tension.

Le driver pour lampe LED doit fournir la quantité de courant nécessaire pour assurer une luminosité maximale. Lors du choix de l'appareil, l'acheteur doit se rappeler que la puissance doit être supérieure à celle utilisée par toutes les LED.

Prenons par exemple les LED de la société américaine Cree de la gamme XP-E en couleur rouge.

Leurs caractéristiques sont les suivantes :

• chute de tension 1,9-2,4 V ;
• courant 350 mA ;
• consommation électrique moyenne de 750 mW.

L'analogue de couleur verte, avec le même courant, aura des caractéristiques complètement différentes : des pertes aux jonctions P-N de 3,3-3,9 V, et une puissance de 1,25 W.

Par conséquent, on peut tirer des conclusions : un driver conçu pour 10 W est utilisé pour alimenter douze cristaux rouges ou huit verts.

Schéma de raccordement des LED

Le choix du driver doit être effectué après avoir déterminé le schéma de connexion des consommateurs LED. Si vous achetez d'abord les diodes électroluminescentes, puis choisissez le convertisseur qui leur correspond, ce processus s'accompagnera d'une multitude de difficultés.

Pour trouver un appareil qui assure le fonctionnement exact de ce nombre de consommateurs avec le schéma de connexion donné, vous devrez passer beaucoup de temps.

Prenons l'exemple de six consommateurs. Leurs pertes de tension sont de 3 V, le courant consommé est de 300 mA. Pour les connecter, vous pouvez utiliser l'une des méthodes, et dans chaque cas, les paramètres requis de l'alimentation électrique seront différents.

L'inconvénient de la disposition successive des diodes est la nécessité d'une alimentation avec une tension plus élevée si le circuit contient de nombreux cristaux.

Dans notre cas, avec une connexion en série, une alimentation de 18 V avec un courant de 300 mA est nécessaire. Le principal avantage de cette méthode est qu'un même courant traverse toute la ligne, donc toutes les diodes brillent avec une luminosité identique.

L'inconvénient de la disposition parallèle des consommateurs est la différence de luminosité de chaque chaîne. Ce phénomène négatif se produit en raison de la dispersion des paramètres des diodes due aux différences entre les courants traversant chaque ligne.

Si une disposition parallèle est utilisée, il suffit d'utiliser un convertisseur de 9 V, mais la valeur du courant consommé sera doublée par rapport à la méthode précédente.

La méthode de disposition en série par deux diodes ne peut pas être appliquée en modifiant le nombre de cristaux dans le groupe – 3 ou plus. Ces limitations sont dues au fait qu'un courant trop important peut traverser un seul élément, ce qui crée un risque de défaillance de tout le circuit.

Si la méthode en série avec formation de paires de deux LED est utilisée, on utilise un driver avec des caractéristiques similaires au cas précédent. La luminosité de l'éclairage sera alors uniforme.

Cependant, il n'y a pas eu que des aspects positifs : lors de l'alimentation du groupe, en raison de la dispersion des caractéristiques, une des LED peut s'ouvrir plus rapidement que l'autre, et donc le courant qui la traverse sera deux fois supérieur à la valeur nominale.

De nombreux types de LED pour l'éclairage domestique sont conçus pour de telles pointes à court terme, mais cette méthode est moins demandée.

Types de drivers selon le type d'appareil

Les dispositifs qui convertissent l'alimentation 220 V en paramètres nécessaires pour les LED sont classés en trois catégories : électroniques, à base de condensateurs, dimmables.

Le marché des accessoires d'éclairage propose une grande variété de modèles de drivers, principalement de fabricants chinois. Et malgré la faible gamme de prix, il est possible de choisir une option tout à fait acceptable parmi ces appareils. Cependant, il faut prêter attention au certificat de garantie, car tous les produits présentés n'ont pas une qualité acceptable.

Type électronique d'appareil

Dans l'idéal, le convertisseur électronique doit être équipé d'un transistor. Son rôle est de décharger le circuit intégré de régulation. Pour éliminer ou lisser au maximum les ondulations, un condensateur est monté en sortie.

Ce type d'appareil appartient à la catégorie coûteuse, mais il est capable de stabiliser le courant jusqu'à 750 mA, ce que les mécanismes à ballast ne peuvent pas faire.

Les drivers les plus récents sont principalement installés sur les ampoules à culot E27. L'exception à la règle concerne les produits Gauss GU5,3. Ils sont équipés d'un convertisseur sans transformateur. Cependant, le taux d'ondulation y atteint plusieurs centaines de Hz.

L'ondulation n'est pas le seul inconvénient des convertisseurs. Le second est les interférences électromagnétiques de haute fréquence (HF). Ainsi, si d'autres appareils électriques, comme une radio, sont branchés sur la prise liée au luminaire, on peut s'attendre à des interférences lors de la réception des fréquences FM numériques, de la télévision, du routeur, etc.

Un appareil de qualité doit comporter deux condensateurs : un électrolytique pour lisser les ondulations, et un céramique pour réduire les HF. Cependant, cette combinaison est rare, surtout pour les produits chinois.

Ceux qui ont des notions de base dans ce type de circuits électriques peuvent sélectionner eux-mêmes les paramètres de sortie du convertisseur électronique en modifiant la valeur des résistances.

Grâce à un rendement élevé (jusqu'à 95 %), ces mécanismes conviennent aux appareils puissants utilisés dans divers domaines, par exemple pour le tuning automobile, dans l'éclairage public, ainsi que pour les sources LED domestiques.

Bloc d'alimentation à base de condensateurs

Passons maintenant à des appareils moins populaires – basés sur des condensateurs. Pratiquement tous les circuits de lampes LED bon marché utilisant ce type de drivers ont des caractéristiques similaires.

Cependant, en raison des modifications apportées par le fabricant, ils subissent des changements, par exemple la suppression d'un élément du circuit. Très souvent, ce composant est l'un des condensateurs – le condensateur de lissage.

En raison du remplissage incontrôlé du marché par des produits bon marché et de mauvaise qualité, les utilisateurs peuvent « ressentir » une ondulation à 100 % dans les lampes. Sans même approfondir leur structure, on peut affirmer la suppression de l'élément de lissage du circuit.

Ces mécanismes n'ont que deux avantages : ils sont accessibles pour un montage soi-même, et leur rendement est proche de 100 %, car les pertes se situent uniquement au niveau des jonctions p-n et des résistances.

Il y a autant d'inconvénients : une faible sécurité électrique et un degré élevé d'ondulation. Le deuxième défaut est d'environ 100 Hz et résulte du redressement de la tension alternative. La norme GOST spécifie un taux d'ondulation admissible de 10 à 20 %, selon la destination de la pièce où l'appareil d'éclairage est installé.

Le seul moyen d'atténuer ce défaut est de choisir un condensateur avec la bonne valeur nominale. Cependant, il ne faut pas s'attendre à une élimination complète du problème – une telle solution ne peut qu'atténuer l'intensité des pics.

Convertisseurs de courant à gradation

Les drivers gradateurs pour ampoules LED dimmables permettent de modifier les valeurs de courant d'entrée et de sortie, ce qui réduit ou augmente le degré de luminosité de la lumière émise par les diodes.

Il existe deux méthodes de connexion :

• la première suppose un démarrage progressif ;
• la seconde – un démarrage par impulsions.

Examinons le principe de fonctionnement des drivers dimmables basés sur la puce CPC9909, utilisée comme dispositif de régulation pour les circuits LED, y compris ceux à haute luminosité.

Schéma de connexion standard du CPC9909 avec alimentation 220 V. Selon les indications schématiques, il est possible de commander un ou plusieurs consommateurs puissants.

Lors d'un démarrage progressif, la puce avec le driver assure l'allumage progressif des diodes avec une luminosité croissante. Pour ce processus, deux résistances sont utilisées, connectées à la broche LD, conçue pour effectuer la fonction de gradation progressive. Ainsi, une tâche importante est réalisée – prolonger la durée de vie des éléments LED.

Cette même broche assure également une régulation analogique – la résistance de 2,2 kΩ est remplacée par un équivalent variable plus puissant – 5,1 kΩ. Ainsi, une variation progressive du potentiel en sortie est obtenue.

L'utilisation de la deuxième méthode implique l'envoi d'impulsions de type rectangulaire sur la sortie basse fréquence PWMD. On utilise soit un microcontrôleur, soit un générateur d'impulsions, qui sont obligatoirement séparés par un optocoupleur.

Avec ou sans boîtier ?

Les drivers sont disponibles avec ou sans boîtier. La première option est la plus courante et la plus coûteuse. Ces appareils sont protégés contre l'humidité et les particules de poussière.

Les dispositifs du deuxième type sont utilisés pour une installation encastrée et sont donc moins chers.

L'alimentation de tous les appareils présentés peut être de 12 V ou 220 V. Bien que les modèles sans boîtier soient moins chers, ils sont nettement inférieurs en matière de sécurité et de fiabilité du mécanisme.

Chacun d'eux se distingue par sa température admissible en cours d'utilisation – il faut également y prêter attention lors du choix.

Schéma classique du driver

Pour l'assemblage maison d'un bloc d'alimentation LED, examinons le dispositif le plus simple de type à impulsions, sans isolation galvanique. Le principal avantage de ce type de schéma est la simplicité de connexion et un fonctionnement fiable.

Le schéma du convertisseur 220 V est présenté comme un bloc d'alimentation à découpage. Lors de l'assemblage, toutes les règles de sécurité électrique doivent être respectées, car il n'y a pas de limites de courant de sortie.

Le schéma d'un tel mécanisme est composé de trois étages principaux :

1. Diviseur de tension à résistance capacitive.
2. Redresseur.
3. Régulateurs de tension.

La première partie est la réaction au courant alternatif sur le condensateur C1 avec une résistance. Cette dernière n'est nécessaire que pour la charge automatique de l'élément inerte. Elle n'affecte pas le fonctionnement du circuit.

La valeur nominale de la résistance peut être comprise entre 100 kΩ et 1 MΩ, avec une puissance de 0,5 à 1 W. Le condensateur doit être électrolytique, et sa tension efficace crête doit être de 400 à 500 V.

Lorsque la demi-onde de tension formée traverse le condensateur, le courant circule jusqu'à ce que les armatures soient complètement chargées. Plus la capacité du mécanisme est faible, moins le temps nécessaire à sa charge complète sera long.

Par exemple, un appareil d'une capacité de 0,3 à 0,4 µF se charge en 1/10 de la période de la demi-onde, c'est-à-dire qu'un dixième seulement de la tension passante traverse cette partie.

Le processus de redressement dans cette partie est effectué selon le schéma de Graetz. Le pont de diodes est choisi en fonction du courant nominal et de la tension inverse. Cette dernière ne doit pas être inférieure à 600 V.

Le deuxième étage est un dispositif électrique qui convertit (redresse) le courant alternatif en courant pulsé. Ce processus est appelé double alternance. Comme une partie de la demi-onde a été lissée par un condensateur, la sortie de cette section aura un courant continu de 20-25 V.

Comme l'alimentation des LED ne doit pas dépasser 12 V, il est nécessaire d'utiliser un élément stabilisateur dans le circuit. Pour cela, un filtre capacitif est introduit. Par exemple, on peut utiliser le modèle L7812.

Le troisième étage fonctionne sur la base d'un filtre stabilisateur lissant – un condensateur électrolytique. Le choix de ses paramètres capacitifs dépend de l'intensité de la charge.

Comme le circuit assemblé commence à fonctionner immédiatement, il ne faut pas toucher les fils dénudés car le courant atteint des dizaines d'ampères – une isolation des lignes est effectuée au préalable.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Toutes les difficultés qu'un radioamateur peut rencontrer en choisissant un convertisseur pour lampes LED puissantes sont décrites en détail dans la vidéo :

Caractéristiques clés du branchement indépendant d'un dispositif convertisseur dans un circuit électrique :

Instructions étape par étape décrivant le processus de montage d'un driver LED fait maison à partir de moyens de récupération :

Malgré les dizaines de milliers d'heures de fonctionnement ininterrompu des lampes LED annoncées par le fabricant, il existe de nombreux facteurs qui réduisent considérablement ces performances.

Les drivers sont conçus pour lisser toutes les variations de courant dans le système électrique. Il faut aborder leur choix ou leur montage avec responsabilité après avoir calculé tous les paramètres nécessaires.

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