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Conseils et bases pour la fabrication d'une lampe à LEDs. (ou DEL, Diode Electro Luminescente)


LEDS de 50 mW en haut, 1 W au milieu, 5 W en bas.
Remarquez la surface émettrice jaune qui augmente. 		Beaucoup aimerait se procurer une lampe à LED, mais beaucoup aussi recule devant le prix élevé de ces lampes, surtout en plongée.
J'ai personnellemnt réalisé plusieurs lampes à leds. Les premières étaient équipées de petites leds de 5 mm de quelques dizaines de milliwatts.
Puis la technique évoluant, j'ai progressivement réalisé des lampes avec des leds de puissance plus élevée. 1 Watt, 3 Watts, 5 Watts,...
En groupant plusieurs LEDs dans une même lampe, il est possible d'obtenir des puissances de 10, 20, 50 Watts....
La question m'a été souvent posé par des bricoleurs avertis, de savoir comment l'ont pouvez réaliser de telle lampe.

Je vais tacher sur cette page, de vous donner les bases nécessaires pour réaliser ce type de lampe.


Tout d'abord il faut savoir que la LED est un composant électronique robuste, mais, fragile si on ne prends pas quelques précautions élémentaires.
  • La LED est sensible aux surtensions. Attention donc à l'électricité statique. Se décharger sur une surface conductrice mise à la terre avant de manipuler la LED.


  • Le courant traversant la LED doit être limité. Ne jamais brancher une LED directement sur une pile sans une résistance en série ou un circuit limiteur de courant


  • La LED a une polarité. Cela signifie que le plus (+) de la pile doit être au plus (+) de la LED. Idem pour le moins (-). Si c'est l'inverse, vous avez de grande chance de "tuer" la LED.


  • La LED craint la chaleur. Pour cela la LED doit être monté sur un dissipateur thermique de façon à évacuer les calories.
    		•
    LED de 1 W monté avec son optique
    tel que l'on peut l'acheter dans le commerce.
    Remarquez les deux points d'alimentations.


    Comment limiter le courant dans une LED. (nous allons étudier uniquement ici la limitation par résistance)*

    Contrairement à une lampe à incandescence qui est caractérisée principalement par sa tension d'alimentation, la LED est caractérisée principalement par son courant d'alimentation. Pour chaque modèle de LED vendu dans le commerce, un courant maximum à ne pas dépasser, est indiqué. Pour obtenir ce courant un minimum de tension est requis, elle est aussi indiqué.

    Prenons un exemple :
    Soit une LED de 1 W avec un courant maxi de 0,35 A et une tension directe de 3,4 V.
    Pour obtenir ce courant il nous faut donc une tension supérieure à 3,4 V et une résistance de limitation en série. Trois piles de 1,5 V devrait suffire soit 4,5 V, mais nous allons prendre 4 piles de 1,5 V, soit 6 V au total. Nous allons voir pourquoi plus tard.
    Calcul de la résistance
    La loi d'Ohm (U = R x I) va nous permettre de résoudre ce problème.
    Il nous faut faire chuter la tension de 6 - 3,4 = 2,6 Volts.
    Cette chute de 2,3 Volts doit être fait pour un courant de 0,35 A.
    Trouvons la résistance à mettre en série.
    R = U / I ---> 2,6 / 0,35 = 7,43 ohms
    Cette valeur est théorique et ne tient pas compte de la résistance interne de la pile et de son usure. En effet la pile a une résistance interne qui fait chuter sa tension. Cette résistance doit être retranché à la résistance en série. De même la pile va s'user et perdre de la tension. Une pile alcaline neuve fait 1,57 V, et est considéré comme usé à 0,9 V. Un accumulateur NiMh fait 1,35 V chargé et 0,9 V déchargé.
    C'est bien pour cela qu'il faut 4 piles, pour qu'à 0,9 Volts par pile, la LED fonctionne encore un peu. 0,9 x 4 = 3,6 V. Cela permet aussi d'utiliser toute la capacité de la pile ou de l'accu.
    Il nous faut donc trouver un compromis.

    C'est bien compliqué tout cela, me direz vous ....je vais jamais y arrivé !...


    En faites c'est très simple car je vais vous donner les résultats !
    Les valeurs de résistances ci dessous sont indicatives et peuvent varier un peu suivant le fabricant de LED et le type de pile ou d'accumulateur.

    Dans ce cas, elles ont été calculé en prenant :
    - une tension moyenne de 1,2 V pour un accu et 1,3 V pour une pile alcaline.
    - un courant nominal comme indiqué dans le tableau.
    - une valeur de résistance normalisée la plus proche.

    Courant Nom.Nb de piles ou accusR pour piles AlcalineR pour accus NiMhPuissance
    1 W0,35 A45,6 ohms4,7 ohms2 W
    3 W0,7 A42,7 ohms1,8 ohms3 W
    5 W0,7 A84,7 ohms3,3 ohms3 W

    On peut accepter une légère surcharge de la LED avec des piles neuves ou des accus chargés au début de la décharge. Rapidement, avec l'usure, le courant revient à une valeur plus normale.
    Il est tout de même conseiller de contrôler le courant circulant circulant dans la LED et de modifier éventuellement un peu la valeur. Faire ces essais avec une pile neuve ou un accu chargé. ATTENTION de ne pas faire trop chauffer la led. Si elle n'est pas encore monté dans son boitier final, la poser sur une surface métallique froide.
    En aucun cas il ne faut dépasser la valeur maxi autorisée soit :
  • 0,5 A pour la LED 1 W de chez LUXEON Réf :LXHL-NWG8

  • 1 A pour la LED 3 W de chez LUXEON Réf :LXHL-LW3C

  • 1 A pour la LED 5 W de chez LUXEON Réf :LXHL-LW6C

    • C'est valeur sont données pour des leds LUXEON mais peuvent être différentes sur d'autres marques ou modéles.
    Je ne suis pas responsable des dégats que vous pourriez commettre sur ces LEDs. Consultez les caractéristiques !
    Ce circuit doit être isolé de la base en aluminium de la LED.


    LED sans son optique adaptative.

    Optique adaptative.
    		L'optique
    Toutes les LEDs vendues dans le commerce comportent une optique. Cela va du simple bombement, formant lentille, de la led, à une lentille devant la LED.
    Le bombement forme une lentille primaire. Son rôle est la protection du composant et la préparation à l'adaptation d'une optique supplémentaire. Cette lentille primaire produit un éclairage large mais de courte portée.
    L'optique supplémentaire est, soit posée directement sur la LED, soit à petite distance devant la LED. Son rôle est le resserrement du faisceau lumineux, et de ce faites une plus grande portée. Il permets aussi d'étaler le point lumineux de la LED sur une plus grande surface. Ceci diminue les effets d'éblouissements susceptible d'endommager la rétine de celui qui vous regarde.
    Mécaniquement il faudra donc positionner cette lentille devant la LED par un support adéquat.


    La chaleur
    Le rendement d'une LED est bien meilleure qu'une lampe à incandescence, mais il ne sera jamais de 100%.
    Une partie de l'énergie est dissipée sous forme de chaleur. Cette chaleur est un ennemi pour la LED. Elle fait chuter son rendement et sa durée de vie. Pour cette raison il est nécessaire d'évacuer cette chaleur.
    L'élément qui va nous permettre cela est un dissipateur thermique. Il est en général en aluminium. Il est bien entendu pas question d'installer sur notre casque un dissipateur thermique de grande dimension.
    Là aussi il va falloir trouver un compromis de taille et d'efficacité.
    L'efficacité est directement proportionnelle à la surface en contact avec l'air ambiant ou l'eau (pour les plongeurs).
    Une seule LED de 1 W n'a pas besoin d'avoir un gros dissipateur. Une dizaine de centimètres carrés en contact avec l'air ambiant suffiront. Encore bien moins s'il s'agit d'eau.
    Par contre une lampe équipée de plusieurs LEDs de 5 W devra avoir un bon dissipateur.
    Les plongeurs ont un nette avantage pour cela. Mais attention à la sortie du siphon !

    Chacun devra faire preuve d'imagination pour réaliser un dissipateur efficace et peu encombrant. Attention d'avoir un bon contact thermique entre la LED et son dissipateur. Utilisez de la graisse thermique.
    Pour vous donner une idée, il faut pouvoir tenir à la main le dissipateur sans vous bruler. Inférieure à 50°.
    Qui est-ce qui disait que la "calebombe" était bien pratique pour se chauffer les mains ?
    LED de 1 W installé dans son boitier formant un dissipateur thermique.


    Réalisation
    Il y a 1000 façons de réaliser ce type de lampe. Seul l'imagination pose des limites.
    Personnellement je m'oriente plutôt vers l'étude et la réalisation de lampe dans l'électronique de la LED est coulée dans de la résine. L'accumulateur est séparé car sa durée de vie est bien inférieure à la LED.
    Le gros avantage de cela est que la lampe est parfaitement étanche et insensible au choc. Pas de joint torique, pas de vissage, pas d'ajustage, pas de verre, pas de fuite, ....
    En plongée elle peut descendre à des profondeurs très importante sans risque.
    L'inconvénient est que si un problème survient dans l'électronique, direction poubelle !.
    Mais pourquoi tomberait-elle en panne ?
    Vous pouvez partir aussi de quelques choses d'existants. Frontale, phare,...


    Je veux mettre des LEDs dans mon vieux phare de plongée
    C'est le rêve de beaucoup de possesseur de vieux phares de plongée ....

    Plusieurs conditions :
    - Le boitier sera de préférence en aluminium. Plus facile pour dissiper la chaleur.
    - Le réflecteur doit pouvoir être supprimé sans influence sur l'étancheité. Il n'est pas nécessaire et prends une place précieuse.
    - De la place suffisament pour installer 1, 2, 5, 10,...LEDs et son refroidisseur commun.
    - L'alimentation doit être de 4 ou de 8 piles de 1,5 V ou accus. Pas 6 ni 10...
    Si non enlevez ou remplacez par un shunt les piles ou accus en trop.
    Pourquoi ?
    Parce que la tension en trop sera évacuée sous forme de chaleur dans les résistances. ---> Puissance perdue !
    Attention ! Certaines lampes comportent 2 jeux d'accus en parralléle.
    Une astuce ! Si vous avez 10 accus (ou 20) dans votre phare, c'est souvent le cas, profitez en pour n'en mettre que 8 et avec la place de gagné, essayer d'installer des accus plus gros et donc avec plus de capacité. Remplacez aussi les NiCd par des NiMh.
    - Attention ! aussi à l'interrupteur. Il sera peut être nécessaire de modifier son fonctionnement. En effet certaines lampes utilisent un interrupteur (ILS) actionné par un aimant nécessitant un circuit électronique pour fonctionner correctement.
    Veillez aussi à vérifier que votre chargeur est compatible avec les NiMh.

    Votre phare va ainsi retrouver une nouvelle jeunesse avec plus de lumière et plus d'autonomie !...

    Conseils et précisions:
    - (*) En spéléo, je préfère la limitation de courant par résistance. En effet il existe des circuits électroniques prévus pour l'alimentation à courant constant de LED. Le problème de ces circuits est qu'il ont la facheuse tendance à vous mettre brutalement dans le noir dès que l'alimentation devient trop faible. On contraire la résistance alimentera toujours la LED et ne vous mettra jamais dans le noir de façon brutale avant un bon moment.
    - Quand on parle de puissance de 1W, 3W, 5W...., on parle de la puissance consommée, mais non de la puissance restituée sous forme de lumière. Intervient ici la notion de rendement. Avec le progrés, ce rendement s'améliore de jour en jour.
    Les cotes

    Je suis à votre disposition pour des renseignements complémentaires. Email : j-louis.merelle(no spam)@wanadoo.fr
    Je ne peux fabriquer votre lampe. Désolé...

    Jean-Louis Mérelle - Commission matériel du CDS21

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