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4. Electronique : Alimentation d'une Led

Il existe plusieurs solutions pour alimenter une led. En voici l’énumération : Branchement direct sur une pile, résistances limitant le courant, régulateur de courant, alimentation à découpage.

Le branchement direct d’une led sur une pile n’est possible que dans un petit nombre de cas. Cette méthode est très sensible aux caractéristiques de la pile et des leds.

De ce fait, le courant passant à travers chaque led n’est pas vraiment contrôlé. Par conséquent une led peut recevoir trop de courant et se détruire plus ou moins rapidement. Cette solution est adoptée pour les lampes bon marché qui ont souvent 3 leds afin d’être adaptée aux caractéristiques des piles micros, comme pour la lampe Tikka de Petzl©.

Une solution pour limiter le courant consiste à mettre en série avec la diode une résistance limitant le courant dans la led. Cette méthode est la plus simple et fonctionne avec une tension d’alimentation supérieure à la tension de seuil de la led blanche de 3,6 Volts. Le choix de la valeur de la résistance dépend de la tension d’alimentation. Vous trouverez la valeur adaptée sur le tableau ci-dessous.

Alimentation	Résistance
4 piles 1,5 volts Mignon (6 volts)	100 ohms
4 accus 1,2 volts (4,8 volts)	56 ohms
3 piles 1,5 volts Mignon (4,5 volts)	22 ohms
3 piles 1,5 volts Micro (4,5 volts)	0 ohms Branchement direct de la led
12 Volts	Le montage est différent: 3 leds en série et une résistance de 56 ohms

Tableau 1 : Résistances utilisées pour limiter le courant.

Une solution plus efficace consiste à utiliser une source de courant. Elle permet d’avoir un courant constant et donc une lumière constante quelle que soit la tension de la pile. Cet élément nécessite peu de composant. Il est à noter que le rendement est approximativement le même que celui d’une résistance. En fait, un transistor de puissance joue un peu le rôle d’une sorte de résistance variable. Pour la réalisation, la solution la plus simple ne nécessite que 2 transistors.

Un convertisseur DC/DC permet de réguler la tension ou le courant avec une grande efficacité. Il est notamment possible d’augmenter la tension, comme par exemple obtenir 12 volts à partir d’une pile 1,5 volts. Il existe deux types de convertisseurs :

L’alimentation à pompe de charges. Cette solution n’est conseillée que jusqu’à 5 leds [LT231].
L’alimentation à découpage. Cette solution est la mieux adaptée pour l’éclairage avec un grand nombre de leds. Elle se reconnaît par la présence d’une bobine. Elle comporte aussi un circuit électronique spécialisé, une diode un transistor pour le découpage et des capacités de stockage (Figure 5).

Figure 5 : Alimentation à découpage. C’est la méthode la plus efficace pour alimenter des leds. Elle permet d’atteindre des rendements de plus de 80%. Elles permettent aussi de contrôler le courant et aussi d’alimenter des leds à partir de tensions de moins de 3,6 volts, comme par exemple une seule pile. Sources : Datasheets linear Technology [LT1932] et MAXIM [MAX1698].

Nous allons étudier un peu plus en détail l’alimentation à découpage. Il existe de nombreux composants spécialisés dédiés au contrôle en courant de la charge. Il faut surtout noter deux nouveaux composants de Linear Technology [LT1932] et de Maxim [MAX1698] spécialement développés pour l’alimentation des leds blanches.

Un design soigné des alimentations à découpage permet d’atteindre des rendements de 80%. Si cette alimentation est comparée à un régulateur linéaire, il est constaté que la durée de l’éclairage à intensité constante est augmentée.

Il est aussi possible d’utiliser, comme base pour l’électronique un microcontrôleur à la place du composant spécialisé. Il permettra d’ajouter quelques gadgets souvent inutiles mais parfois drôles comme un message morse SOS automatique... Pour ces applications, des microcontrôleur PIC de Arizona Microchips [GIB] sont souvent utilisés.

La dernière solution consiste à utiliser de fortes impulsions de courant pour alimenter la led. Dans le cas de la led blanche, cette solution est sans intérêt pour l’éclairage, car l’efficacité d’une led diminue avec l’augmentation de courant.

Pour résumé, le tabeau 2 donne un récapitulatif de ces solutions :

Type	Avantages	Inconvénients
Direct	- Pas de composant. - Rendement maximum 100%.	- Utilisable seulement avec 3,6 Volts - Courant dépendant très fortement de la tension (et donc de la pile).
Résistance	- Simplicité. - Robustesse. - La lumière diminue lorsque la tension diminue.	- Rendement moyen typ. 60%. - Au moins 3 piles 1,5 volts en série. - Courant dépendant de la tension de la pile.
Source de courant	- Lumière constante.	- Rendement moyen. - Au moins 3 piles 1,5 volts en série.
Convertisseur DC/DC	- Le meilleur rendement >80%. - Lumière constante. - Une ou plusieurs piles 1,5 volts.	- Prix. - Complexité et volume de l’électronique. - Baisse de la fiabilité. - Gestion de la fin des piles délicate.
Microcontrôleur	- Gadgets supplémentaires : message morse, arrêt automatique de la lampe, ...	- Prix. - Complexité. - Baisse de la fiabilité.
Impulsions de courant	- Aucun !	- Diminution de l’efficacité.

Tableau 2 : Solutions utilisables pour alimenter une led blanche.

Le courant traversant chaque led doit être contrôlé indépendamment, car les leds ont toutes des caractéristiques légèrement différentes. Pour une même tension, le courant traversant la led est différent (Figure 6).

Figure 6 : Caractéristique tension courant de leds blanches InGaN choisie au hasard. Les variations des caractéristiques des leds provoquent la dispertion observée. Avec une tension de 3,3V, le courant peut varier de 2mA à 5mA. et pour 2,95V de 0.1mA à 1mA. Source : OSRAM Opto Semiconductors [OSRAM].

De ce fait, Il faut éviter de connecter plusieurs leds en parallèle (à moins de les trier pour qu’elles aient la même caractéristique), car chaque led est un peu différente, ce qui provoquerait des luminosités différentes d’une led à l’autre. Une technique pour résoudre ce problème consiste à ajouter en série avec la led une résistance de faible valeur.

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