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Dernière mise à jour : 18/04/2010
Présentation
Les lignes qui suivent décrivent comment utiliser un ensemble de
leds haute luminosité (10000 mcd ou plus) directement
alimentées sur le secteur 230V, et ce sans transformateur.
Pour
plus de
renseignements concernant la led, merci de vous reporter à
la page Théorie -
Led.
D'autres exemples d'alimentation d'une led sont donnés à
la page Alimentation
d'une led.
Avertissement - A lire impérativement !
A lire impérativement
avant de continuer. Tout montage alimenté par le secteur
présente des
risques mortels, si un minimum de bon sens n'est pas respecté.
Les
montages décrits ici ne possèdent pas de transformateurs
d'isolement,
et présentent donc un danger supérieur. Si
ce montage vous interresse mais que la technique employée pour
l'alimentation des leds vous fait peur, merci d'utiliser un
transformateur d'alimentation (tension de sortie adaptée au
nombre et
type de leds employées, courant de sortie 100 mA ou plus),
associé à un
pont de diode (constitué de 1N4007) et à un petit
condensateur de
filtrage (100 uF à 220 uF / 25V ou 40V).
Le schéma
Il existe plusieurs façons de brancher un groupe de leds sur le
secteur 230V, dont la plus sécurisée est sans aucun doute
celle faisant appel à un transformateur.
Mais il
est possible aussi de se passer de transformateur, lorsque le courant
demandé n'est pas trop important. On utilise alors la
capacitance d'un condensateur,
qui correspond à la résistance qu'il oppose au passage du
courant en fonction de la fréquence. Le schéma qui suit
repose sur cette particularité. Il est possible d'utiliser un
seul
condensateur, ou plusieurs (de valeurs plus faibles) montés en
parallèle.
Pour plus de détails, merci de vous reporter à la page Alimentations
secteur sans transformateur.
Regroupement des leds
Dans ce schéma, il est fait appel à 16 leds de même
type (elles doivent de préférence provenir d'un
même lot), mais il est possible d'en utiliser moins (par exemple
8 ou 12). J'ai choisi un regroupement de 4 x 4, car cela amène
à une chute de tension qui n'est pas très
élevée pour chaque branche. De plus, si une led est
défaillante, les autres groupes continuent de fonctionner
normalement. Les résistances R1 à R4 de 10 ohms
contribuent à équilibrer les courants dans chaque groupe
de leds. Sans ces résistances, ou avec une seule
résistances, le courant dépendrait plus des leds et
certaines risqueraient de s'allumer plus que d'autres.
Protection des leds
La diode zener D17 de 15V permet de limiter à 0,6V la valeur de
la tension inverse appliquée aux leds lors des alternances
négatives, et permet de limiter à 15V la valeur de la
tension directe appliquée aux leds lors des alternances
positives. Cette diode zener est indispensable, je vous conseille un
modèle 1,3W de la série BZX85C. Vérifiez qu'elle
n'est pas branchée à l'envers avant la première
mise sous tension !
Détermination du courant
dans
les leds
Nous ne pourrions cloturer le descriptif de ce montage sans parler du
condensateur C1, que l'on peut considérer comme le coeur du
montage. C'est ce dernier qui joue le rôle de "résistance
de limitation de courant". Le condensateur présente en effet une
caractéristique appelée "capacitance" ou
"réactance capacitive" qui
correspond à la résistance (impédance pour
être plus précis) qu'il
présente à une fréquence donnée et pour une
valeur capacitive donnée. La valeur de la capacitance
décroit au
fur et à mesure que la fréquence du signal qui le
traverse est elevée,
et dépend aussi de la valeur même du condensateur. La
formule qui
permet de déterminer la capacitance d'un condensateur en
fonction de sa
valeur capacitive et de la fréquence, est la suivante :
Xc = 1 / (wc)
où Xc est la capacitance en ohms,
w est la pulsation (lire oméga, égale à 2 * Pi *
Freq, Freq en Hertz)
et C est la valeur du condensateur en Farad.
A la fréquence de 50 Hz, qui est
celle
du réseau EDF, le condensateur permet de laisser passer un
courant de quelques mA par "paquet" de 100 nF :
Par exemple, à 50 Hz, et avec un condensateur de 470 nF :
Xc = 1 / (2 * 3.14 * 50 * 0.00000047) = 6776 ohms
Considérant
d'une
part que les leds haute luminosité se contentent d'un courant de
10 mA à 20 mA, et d'autre part que nous avons ici 4 branches, il
nous faut un courant total compris entre 40 mA et 80 mA. Nous fixons
ici la valeur du courant total à 40 mA, pour deux raisons : la
première
raison est qu'un courant de 80 mA commence à
faire beaucoup pour un montage de ce type, et la deuxième raison
est
que les leds que l'on trouve aujourd'hui peuvent être très
lumineuses
même avec un courant de 10 mA. Sans demander
de
grands efforts de calculs, on en déduit qu'il nous faut un
condensateur de valeur comprise entre 1 uF et 2,2 uF. Le choix du
condensateur doit se
porter exclusivement sur un modèle papier
métallisé de classe X2,
conçu pour un fonctionnement continu sur le réseau 230V
alternatif. Sa tension de service devra être de 250 Veff au minimum,
ou de 630 Vdc
au
minimum.
Remarque importante
Si vous comptez déplacer cette lampe (emploi
mobile), vous devrez ajouter une résistance de valeur
comprise entre 330 KO et 1 Mohms en
parallèle sur le condensateur C1, afin de le laisser se
décharger quand l'ensemble est débranché, et
d'éviter ainsi de désagréables secousses en cas de
contact accidentel avec les deux bornes 230V. Le plus prudent consiste
même à placer non pas une résistance mais deux
résistances en série, afin d'éviter toute
surcharge en tension qui fatigue doucement mais surement la
résistance, dont la tension nominale est
généralement de 300 V (on est limite de ce
côté). Donc deux résistances en série,
chacune de valeur comprise entre 180 KO et 470 KO, et le montage sera
un peu plus "sécurisé".
Améliorations possibles
Tel quel, le montage n'est pas ce qui se fait de mieux en la
matière. Comme les leds ne conduisent et ne s'allument que
durant une alternance sur deux (alternance positive), et qu'elles ne
possèdent pas l'inertie thermique que l'on connait aux lampes
à filament, on peut observer un leger scintillement. Ce
scintillement peut être réduit en ajoutant un condensateur
de quelques 100 uF à 470 uF (tension de service 25V ou 40V) en
parallèle avec les leds. Il est également possible de
monter les leds en tête-bêche, de sorte que certaines
conduisent lors des alternances positives et que les autres conduisent
lors des alternances négatives.
Un schéma plus sympa...
Une autre solution encore,
consiste à effectuer un redressement double alternance avec
quatre diodes (montage en pont classique), comme le propose le montage
amélioré qui
suit. Avec ce montage, on n'observe quasiment plus de
scintillement, puisque les leds sont cette fois alimentées avec
toutes
les alternances.
Dans ce deuxième montage, le condensateur C1 joue toujours le
rôle de "résistance à 50 Hz", grâce à
sa capacitance. Une valeur de 1 uF
convient pour alimenter quatre branches de leds dans lesquelles circule
un courant de 10 mA (40 mA au total). Vous pouvez opter pour un courant
légèrement supérieur, en prennant par exemple un
condensateur de 1.5 uF
ou de 2.2 uF (ou mieux en plaçant deux condensateurs de 1 uF en
parallèle). Cependant, la structure du "condensateur
abaisseur" est plutôt conseillé pour des courants
faibles et au
delà de 40 mA ou 50 mA, je vous conseille l'emploi d'un
petit transformateur
d'alimentation. Les deux
résistances R5 et R6 montées en parallèle servent
à limiter le courant lors de la mise sous tension du montage, et
contribuent à une plus grande fiabilité du montage (plus
grande durée de vie) en diminuant les chocs électriques
dans la diodes zener, dans le condensateur C2 et dans les leds (la mise
sous tension ne se fait malheureusement pas toujours au moment du
passage par zéro de l'onde secteur). Les quatres diodes D18
à D21 se chargent du redressement double alternance. Le
condensateur C2
effectue un lissage de la tension redressée, sa valeur n'a pas
une
importance cruciale car on ne cherche pas ici à avoir une
ondulation
résiduelle extrêmement faible. Une valeur de 100 uF
à 470 uF (25V ou
40V) convient très bien pour la consommation de 10 mA à
40 mA en jeu
ici. Pour finir, la diode zener D17 assure une régulation
grossière
mais
largement suffisante de la tension à la valeur de +15V. Chaque
branche
de
led comporte une résistance qui joue le double rôle de
limiter le courant dans les leds, et de répartir de façon
uniforme le courant dans chaque branche. On pourrait penser que la
limitation de courant est accessoire ici vu qu'elle est
déjà assurée de façon naturelle par le
condensateur C1. Mais si une led se coupe, les trois branches restantes
se partage le courant total, et il augmente donc dans les leds qui
restent allumées. Ce n'est donc pas une protection inutile.
Circuit imprimé
Réalisé en simple face.
Prototype
Réalisé selon circuit imprimé ci-avant.
Pas
beaucoup de place libre pour le gros condensateur C1 de 1 uF / 250 Vac,
qui chevauche un peu les deux résistances R5 et R6 ainsi que les quatre
diodes de redressement. Les photos n'arrivent pas à rendre ce que ça
donne d'un point de vue luminosité, mais je peux dire que ça éclaire
plutôt bien, et encore j'ai mis des leds vertes !
Corrections et remarques diverses
Erratum - 28/03/2007
Le second schéma publié avant le 28/03/2007 comportait
une erreur de cablage qui conduisait à un disfonctionnement
certain. Il a fallu que deux personnes ayant réalisé ce
montage me fasse part de leur mésaventure pour que je corrige le
défaut (une des diodes du pont de redressement était
court-circuitée). Je vous prie de m'excuser pour cette erreur.
