Je comprends que je ne peux pas connecter une LED directement à une batterie car elle consommerait trop de courant. Ainsi, il doit y avoir quelque chose d'autre dans le circuit pour limiter le courant. Quelles sont les options? Certaines méthodes sont-elles plus efficaces que d'autres?

Une LED nécessite une tension minimale avant de s'allumer du tout. Cette tension varie avec le type de LED, mais se situe généralement entre 1,5V et 4,4V. Une fois cette tension atteinte, le courant augmente très rapidement avec la tension, limitée uniquement par la faible résistance de la LED. Par conséquent, toute tension très supérieure à celle-ci entraînera un courant très important traversant la LED, jusqu'à ce que l'alimentation soit incapable de fournir suffisamment de courant et que sa tension s'affaisse ou que la LED soit détruite.

Vous trouverez ci-dessus un exemple de relation courant-tension pour une LED. Etant donné que le courant augmente si rapidement avec la tension, nous pouvons généralement simplifier notre analyse en supposant que la tension aux bornes d'une LED est une valeur constante, quel que soit le courant. Dans ce cas, 2V semble à peu près correct.

Droit sur la batterie

Aucune batterie n'est une source de tension parfaite. Lorsque la résistance entre ses bornes diminue et que la consommation de courant augmente, la tension aux bornes de la batterie diminue. Par conséquent, le courant que la batterie peut fournir est limité. Si la batterie ne peut pas fournir trop de courant pour détruire votre LED, et que la batterie elle-même ne sera pas détruite en fournissant autant de courant, placer la LED directement sur la batterie est le moyen le plus simple et le plus efficace de le faire.

La plupart des batteries ne répondent pas à ces exigences, à la différence de certaines piles bouton. Vous les connaissez peut-être des dragées à DEL .

Résistance série

La méthode la plus simple pour limiter le courant de la LED consiste à placer une résistance en série. La loi d'Ohm nous a appris que le courant traversant une résistance est égal à la tension qui la traverse divisée par la résistance. Il existe donc une relation linéaire entre tension et courant pour une résistance. Le fait de placer une résistance en série avec la LED a pour effet d’aplanir la courbe tension-courant ci-dessus, de sorte que de faibles variations de la tension d’alimentation ne provoquent pas une forte augmentation du courant. Le courant augmentera toujours, mais pas radicalement.

La valeur de la résistance est simple à calculer: soustrayez la tension directe de la DEL de votre tension d'alimentation. Cette tension doit être égale à celle de la résistance. Ensuite, utilisez la loi d'Ohm pour trouver la résistance nécessaire pour obtenir le courant souhaité dans la LED.

Le gros inconvénient est qu’une résistance réduit la tension en convertissant l’énergie électrique en chaleur. Nous pouvons calculer la puissance dans la résistance avec n'importe lequel de ces facteurs:

$P = IE$
$P = I^2 R$
$P = E^2/R$

Toute puissance dans la résistance n'est pas utilisée pour produire de la lumière. Alors, pourquoi ne faisons-nous pas de la tension d'alimentation très proche de la tension de la LED, nous n'avons donc pas besoin d'une très grande résistance, réduisant ainsi nos pertes de puissance? Parce que si la résistance est trop petite, elle ne régulera pas bien le courant et notre circuit sera soumis à de grandes variations de courant avec la température, la variation de fabrication et la tension d'alimentation, comme si nous n'avions aucune résistance. En règle générale, au moins 25% de la tension doit tomber sur la résistance. Ainsi, on ne peut jamais atteindre un rendement supérieur à 75% avec une résistance en série.

Vous vous demandez peut-être si plusieurs DEL peuvent être mises en parallèle, partageant une seule résistance de limitation de courant. Vous pouvez le faire, mais le résultat ne sera pas stable. Une LED peut absorber tout le courant et être endommagée. Voir Pourquoi au juste une même résistance ne peut-elle pas être utilisée pour plusieurs LED parallèles? .

Source de courant linéaire

Si l'objectif est de fournir un courant constant aux LED, pourquoi ne pas créer un circuit qui régule activement le courant des LED? C'est ce qu'on appelle une source de courant , et voici un exemple de celui que vous pouvez construire avec des pièces ordinaires:

Voici comment cela fonctionne: le courant de base de Q2 passe par R1. Lorsque Q2 est activé, un courant important traverse D1, Q2 et R2. Comme ce courant traverse R2, la tension à travers R2 doit augmenter (loi d'Ohm). Si la tension aux bornes de R2 augmente à 0,6 V, Q1 commencera à s’activer, dérobant le courant de base de Q2, limitant le courant dans D1, Q2 et R2.

Donc, R2 contrôle le courant. Ce circuit fonctionne en limitant la tension sur R2 à pas plus de 0,6V. Donc, pour calculer la valeur nécessaire pour R2, nous pouvons simplement utiliser la loi d'Ohm pour trouver la résistance qui nous donne le courant souhaité à 0.6V.

Mais qu'avons-nous gagné? Maintenant, tout excès de tension est en train de tomber dans Q2 et R2 au lieu d'une résistance en série. Pas beaucoup plus efficace et beaucoup plus complexe. Pourquoi devrions-nous déranger?

$20V / 21.5V = 93 \%$

Sources de courant en mode commuté

Pour la solution ultime, il existe un moyen (en théorie au moins) d’allumer des LED avec une efficacité de 100%. C'est ce qu'on appelle une alimentation à découpage et utilise un inducteur pour convertir toute tension en valeur exacte de la tension nécessaire au pilotage des voyants. Ce n'est pas un circuit simple, et nous ne pouvons pas le rendre totalement efficace à 100% dans la pratique car aucun composant réel n'est idéal. Cependant, correctement conçu, cela peut être plus efficace que la source de courant linéaire ci-dessus et maintenir le courant souhaité sur une plage de tensions d'entrée plus étendue.

Voici un exemple simple qui peut être construit avec des pièces ordinaires:

Je ne prétends pas que cette conception est très efficace, mais elle sert à démontrer le principe de fonctionnement. Voilà comment cela fonctionne:

U1, R1 et C1 génèrent une onde carrée. Le réglage de R1 contrôle le cycle de travail et la fréquence, et par conséquent la luminosité de la LED.

Lorsque la sortie (broche 3) est faible, Q1 est activé. Le courant circule dans l'inductance, L1. Ce courant augmente à mesure que l'énergie est stockée dans l'inducteur.

Ensuite, le rendement devient élevé. Q1 s'éteint. Mais un inducteur agit comme un volant pour le courant. Le courant qui circulait dans la N1 doit continuer de circuler, et le seul moyen de le faire est par D1. L'énergie stockée dans L1 est transférée à D1.

La sortie redevient faible et le circuit alterne donc entre l’énergie stockée dans L1 et sa décharge dans D1. En fait, le voyant clignote rapidement, mais à environ 25 kHz, il n’est pas visible.

La chose intéressante à propos de cela est que peu importe notre tension d’alimentation ou la tension directe de D1. En fait, nous pouvons mettre en série de nombreuses LED avec D1 et elles resteront allumées, même si la tension directe totale des LED dépasse la tension d'alimentation.

Avec quelques circuits supplémentaires, nous pouvons créer une boucle de contre-réaction qui surveille le courant dans D1 et ajuste efficacement R1 pour nous, de sorte que la LED conserve la même luminosité sur une large plage de tensions d'alimentation. C'est pratique si vous voulez que le voyant reste allumé lorsque la batterie est faible. Remplacez U1 par un microcontrôleur et effectuez des ajustements ici et là pour le rendre plus efficace et vous avez vraiment quelque chose.

Il existe un autre moyen, beaucoup moins communément vu. Bon pour une LED, très simple, vous pouvez y jeter quelque chose d’environ 4v à 20v, et cela donne heureusement à la LED un courant assez constant.

Le bleu est la tension d'entrée, 20v à 4v. Le vert est le courant à la LED, environ 12mA. Le rouge est la puissance dissipée par le JFET, fiche technique ici .

Voici une collection d’options de pilotes DEL avec lesquelles vous pouvez jouer.

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

ce n'est pas tout à fait vrai, car cela dépend de nombreux facteurs.

Le problème avec les leds est que 1) une fois qu’ils commencent à fonctionner, une légère augmentation de la tension créera une augmentation considérable du courant. avec la bonne combinaison, cela peut entraîner des dommages; 2) au fur et à mesure que les leds chauffent, leur chute de tension directe diminue, ce qui fait monter le courant à travers les leds. à son tour, la dissipation de puissance sur les leds augmente et les leds chauffent. cela conduit à un cercle vicieux.

Donc, une façon d'éviter cela est d'introduire un retour négatif afin que, lorsque le courant dans les leds augmente, la tension entre les leds baisse.

de nombreuses façons de le faire. résistances, capteurs, commandes actives, etc.