Alors que je travaillais sur un projet récemment, j'ai été confronté à un problème lié au simple fait que je n'avais pas les composants voulus à portée de main et que je souhaitais simplifier mon projet afin d'éviter l'installation de composants complexes.
Le projet en question est en fait relativement simple. Il s'agit d'une lampe USB 5 V, utilisable avec un bloc d'alimentation USB largement répandu de nos jours ou actionnée par une source d'alimentation USB comme l'Artesyn DCH5. Je sais qu'il est parfaitement possible d'alimenter facilement une DEL unique dans la mesure où la chute de tension directe se situe bien dans la plage de 5 V, mais j'ai voulu me lancer un défi supplémentaire. Par ailleurs, je souhaitais avoir suffisamment de lumière pour lire un livre ou pour me déplacer dans ma tente lorsque je fais du camping, par exemple. J'ai donc décidé d'opter pour quatre DEL.
En règle générale, lorsqu'on intègre plusieurs DEL à un système, c'est pour les alimenter en série. Les DEL sont ainsi traversées par un courant de même intensité et éclairent de façon plus uniforme. Si cette configuration permet d'éviter que le courant ne soit accaparé par une seule DEL et que celle-ci ne grille, elle entraîne aussi une augmentation de la chute de tension directe des DEL, qui dépasse rapidement la source 5 V disponible. Il est possible d'utiliser des DEL de VF inférieure (une VF de 1,2 ferait parfaitement l'affaire, par exemple), mais il s'avère très difficile de trouver une tension directe aussi faible dans une DEL à spectre visible, et encore moins dans une blanche. Les DEL dont je dispose affichent une VF de 3,2 environ, ce qui signifie qu'il ne me sera pas possible d'en utiliser quatre en série, comme je le prévoyais initialement.
Il est parfaitement envisageable d'utiliser une VF supérieure à celle acceptée par la source à condition de faire appel à un pilote accélérateur de DEL comme le Linear Tech LT3491. Il en existe un certain nombre capables de produire une tension de 20 V à partir d'une source de 5 V, mais j'espérais éviter l'ajout d'un CI à ce projet extrêmement simple. Les DEL que j'utilise sont très similaires à celles de la gamme CREE C513A, si ce n'est que je dispose d'une variante de 3 mm de diamètre.
Parallèle ou série ?
Ne souhaitant pas faire appel à un pilote accélérateur, je n'avais d'autre choix que d'alimenter les DEL en parallèle. L'alimentation des DEL en parallèle permet de maintenir une tension directe inférieure, puisque les tensions ne se cumulent pas en parallèle. Elle augmente cependant le tirage de courant source pour conserver une puissance globale similaire. Lors de l'alimentation des DEL en parallèle, il peut parfois arriver que les résistances internes des DEL ne concordent pas. En cas de discordance de la résistance interne, une DEL peut monopoliser le courant provenant de la source d'alimentation, dans la mesure où le courant emprunte toujours le chemin de la résistance la plus faible. La durée de vie d'une DEL qui monopolise le courant est beaucoup plus courte. La DEL est susceptible de griller très rapidement, voire immédiatement.
Pour lutter contre ce phénomène, il convient de vérifier vos DEL au préalable et les catégoriser en fonction de leurs valeurs internes. Pour catégoriser vos composants, ou les assortir aux composants les plus similaires, vous devez utiliser une source de courant constant et un multimètre adapté. Dans la mesure où j'avais prévu d'utiliser les DEL dont je disposais à leur intensité nominale de 20 mA, j'ai établi ma source de courant à cette valeur et défini une limite de surtension à 3,6 V, valeur que mes composants ne doivent pas dépasser. Le multimètre doit être raccordé aux mêmes points positifs et négatifs sur la DEL et sur la source d'alimentation afin de mesurer la tension réelle avec une précision et une résolution optimales. Lors de la mise en marche de l'alimentation en courant constant, la DEL doit s'allumer, tandis que le bloc d'alimentation procède à une répartition adéquate de la tension entre les DEL. La DEL est un dispositif à diode, ce qui signifie que ses caractéristiques se stabilisent légèrement lorsqu'elle se réchauffe. J'ai par conséquent attendu que la tension de sortie se stabilise autour d'une valeur constante. J'ai répertorié les composants testés sur une feuille de papier, sans omettre de préciser les valeurs résultantes. J'ai sélectionné les 4 DEL qui présentaient les tensions stables les plus proches à 20 mA. Pour simplifier cette procédure dans son ensemble, certains fournisseurs comme Cree proposent des composants déjà codés par tension directe et température de couleur pour vous permettre d'obtenir les résultats les plus homogènes possibles.
Test rapide.
Mes mesures m'ont permis de mettre au jour quelques détails intéressants. J'ai utilisé un lot de DEL du même fabricant et tirées de la même boîte. Elles provenaient peut-être de cycles de productions différents, mais c'est difficile à affirmer compte tenu des éléments dont je disposais. Après avoir mesuré les DEL spécifiant une chute de tension directe de 3,2 V, j'ai obtenu une plage comprise entre 2,991 V et 3,127 V à 20 mA, ce qui signifie qu'il existait plus d'un dixième de variation de tension entre mes composants et qu'aucun d'eux ne présentait la chute attendue de 3,2 V à 20 mA. En portant l'intensité à 30 mA, j'ai pu observer des chutes plus proches des caractéristiques annoncées, ce qui signifie que je peux sans doute exploiter ces composants à une intensité supérieure à celle que j'avais prévue, bien que ma conception ne l'exige pas pour l'instant. Avec cette plage de chutes de tension, les résistances internes varieraient entre 156 ohms et 149 ohms. Cette plage est relativement faible, mais avec l'augmentation du courant, les différences sont plus prononcées, ce qui risquerait d'engendrer des problèmes.
Une documentation hautement scientifique en action.
Lorsque vous utilisez des DEL dans vos projets et vos systèmes, veillez à les caractériser le plus précisément possible, surtout lorsque vous les installez en parallèle sans aucun type de CI de pilote intelligent. La catégorisation de vos pièces vous permet de concevoir des systèmes de qualité supérieure, plus durables et plus stables.