Driver led & alimentation secteur

 Driver led & alimentation secteur

 

Sortie Mosfet pour LedStip ou Rigid-Bar

Étant donné que les sorties de microcontrôleur ne peuvent fournir assez de puissance (typique 3.3v ou 5v en tension et rarement plus de 20mA) pour alimenter des projecteurs à leds, on va avoir besoin d'amplifier tout ça et pour cela le transistor est tout indiqué.
  Il existe plusieurs familles de transistors (bipolaire, npn ou pnp, darlington, mosfet canal n ou p et plein d'autre ( voir Sonelec ) ) 
Comprendre les Mosfets et leurs calculs.  Gammon forum
 celle qui nous intéresse, c'est  " mosfets canal n "  

Montage pour strip-led ou eagle eye

Si vous devez alimenter des " strip-leds " ou des leds ayant une résistance de limitation de courant style " eagle eye " la solution la plus simple est d'utiliser des transistors mosfet qui sature dés 5v sur l'entrée gate.

Habituellement les mosfets ont plutôt une tension de gate d'environ 10v, trop pour un arduino
les références sont nombreuses et les mosfets sont dit " mosfet logic level " souvent ils contiennent un " L " dans leurs noms, ex : irfz44n (non logic level ) irlz44n (logic level), irf520 et irl520.

le montage est un des plus simples

R1 sert de protection pour la sortie de l'arduino (Si on prend comme valeur max une sortie arduino de 20mA sous 5v cela nous donne minimum 500 ohms comme le mosfet travaille en tension et non en courant une valeur haute de plusieurs kilo-ohms est envisageable) à noter que j'ai des montages qui fonctionnent depuis longtemps sans résistances
R2 sert à vider la capacité du mosfet (Là le calcul est un peu plus compliqué, il faut tenir compte de la capacité du mosfet et de la fréquence du pwm, comme les fréquences pwm de l'arduino ne sont pas très élevées les valeurs couramment utilisées sont comprises entre 10k à 100k) 


à noter que pour des courants pas trop important ( un irfz44n est donné pour plus de 40 Ampères si vous avez besoin de moins de 3,4 ampères cela fonctionne) un mosfet non logic level peut faire l'affaire.


Pour ne pas être obligé de prendre un Mosfet Logic Level (mosfet travaillant en 5v sur la Gate) on place avant un adaptateur de tension avec un transistor NPN ( j'utilise des 2n2222a en to92 ), inconvénient le NPN inverse le signal d’où un 2ᵉ NPN monté en inverseur (vous pouvez utiliser des portes logiques " 7404 =6 inverseurs en boitier dil 14 broches " pour inverser le signal). 

 

Le CI est conçu pour être utilisé avec des plaques à trous.

 Montage à courant constant 

Si vous utilisez des leds de puissance, il faut limiter le courant (donné par le constructeur, typique 350mA, 700mA, 900mA....) et non la tension.

 la solution un montage en régulateur de courant, pour les explications  voir Sonelec

 si vous êtes allergique au fer à souder et que vous voulez utiliser des leds nécessitant 700mA c'est le montage idéal car en regardant de plus près, il est vendu pour 3w mais la limite supérieure en sortie est de 28v sous 700mA, en cherchant dans le datasheet le module est donné pour un maximum de 5 leds de 3w en série sous 24v d'alimentation !  

pour les plus courageux, on continue avec

Schéma sortie Mosfet Courant constant 

Bonne nouvelle, le montage ressemble au montage précédent. Les 2 premiers transistors ont exactement la même utilité (adapté la tension sur la broche gate et inversé le signal) le reste est un " classique générateur de courant constant " voir Sonelec

Valeur utilisée :

R1 = 470 ohms

R3, R5 = 68 kohms

R2 = 10 kohms

R4 = valeur à calculer   R4 = 0.6 / Intensité led

explication rapide :

R1 ne sert que de protection pour la sortie du microcontrôleur (Arduino, pic...) j'utilise une valeur entre 220 ohms à 1 kohms (suivant dispo..) sonelec utilise une valeur de 2k2.

R3 et R5 limite le courant dans les 2n2222 J’utilise une valeur de 68 kohms

R2 sert à vider la capacité résiduelle du mosfet donc dépend aussi  de la fréquence.  j'utilise une valeur de 10 kohms, sonelec une valeur de 22 kohms

j'ai vu des schémas avec une valeur de 100 kohms (donc valeur non critique vu que le pwm de l'arduino n'est pas très rapide )

R4 est La seule résistance dont la valeur est cruciale. C'est cette résistance qui défini le courant dans la led en suivant la formule R = U/I

U = 0.6v (valeur minimum à appliquer sur la base d'un transistor bipolaire pour le rendre conducteur) et I = l'intensité demander pour la led ( valeur donnée par le fabricant)

Arrondir le résultat à la valeur supérieure dans la série E12 (ex : pour un courant de 350mA, le résultat est de 1,714 ohms arrondir à 1,8 ohms.

 

 

Ci sortie Mosfet Courant constant 

 

Ci sortie Mosfet Courant Constant fort courant 

Même version que ci-dessus, mais pour fort ampérage

Si vous avez besoin de faire des tests avec différentes leds, il suffit de souder la résistance Rx sur un petit pcb ce qui permet d'adapter l’ampérage de la led très facilement.

 

Fichier kicad : Driver CC forte puissance

 

 

 Ci sortie Mosfet Courant Constant Isolé

Le montage est en phase de test, mais fonctionne bien avec une différence, n'ayant pas de Zener ni de led au-dessus de 12v le montage de test fonctionne avec un Vpower de12v et sans la Zener

et j'ai utilisé les résistances que j'avais sous la main et cela fonctionne très bien.

R1 = 470 ohms (220), R2 = 68k (100k), R3 = 10k (2k2)

 Pour la partie électronique limitation de courant voir le début de page, la différence se situe sur l'entrée du module avec le rajout d'un optocoupleur 4N25. Le premier avantage, c'est une isolation totale entre la led de puissance et la commande (Arduino)

 

En attaquant la led de l'optocoupleur avec le Vcc ( je parle de la tension du microcontrôleur ( 3v3 ou 5v) ) et en reliant la cathode aux sorties pwm du microcontrôleur, on supprime un transistor inverseur.

 

La Zener permet de réguler (limiter ?) la tension sur la gate Quelle que soit la tension de la led (limite… ?)

 

La résistance Rx peut évidemment être soudé directement sur le Pcb.

Les connecteurs sont optionnels (on peut câbler directement le pcb)

J'ai prévu la possibilité de rajouter un radiateur

 

version 4n25 schéma

 

 version 4n25 implantation

 

 

version 4n25 Cuivre

 

 

version 4n25 vue complète + vue 3d

 

 

 version pc817 schéma 

 

Aucune difficulté par rapport au schéma avec 4n25 la seule différence réside dans le changement de l'optocoupleur, un pc817.

il y'a quelque modif mineure entre les 2 pcb qui ne changent rien

le test avec pc817 a été fait lui aussi sans la diode Zener et j'ai utilisé les résistances que j'avais sous la main et cela fonctionne très bien.

R1 = 470 ohms (220), R2 = 68kohms (100k), R3 = 10kohms (2k2)

 

 

 

L'alimentation (Power supply)

Dans tous les cas le but de l'alimentation est de transformer la tension secteur beaucoup trop élever pour les leds, Arduino et esp en une tension adapter à l'utilisation de notre montage.

Le voltage de l'alimentation sera choisi suivant la tension des leds. (5v, 12, 24, 36v) et l’ampérage suivant la puissance du montage.(1, 2, 3, 5, 6, 8, 10A)

Ex : 1 led de 10w en 12v / 0.7A sur les 6 sorties pwm

Tension de l'alimentation = 12v

Ampérage de l'alimentation 0.7 x 6 = 4.2A

une alimentation de 12v / 5A convient parfaitement

Le choix primordial est Alimentation externe ou interne. Cela dépends du budget et de l'utilisation du projecteur.

Pour un projecteur au sol ou à hauteur faible, les alimentations externes ont des avantages, projecteur plus petit, si vous avez plusieurs machines avec alimentation identique en tension et puissance, vous pouvez en cas de problème la changer très facilement.
Pour des projecteurs sur pont, je pense que l'alimentation interne est plus adapté, sinon il faut prévoir une sécurité sur l'alimentation externe ( pas de nœuds avec les câbles d'alimentation… !)

par contre, si vous utilisez la tension secteur directement sur votre projecteur, pensé à respecter les règles de sécurité, une décharge de 230v en haut de l'échelle n'est pas recommandé, donc mise à la terre, câblage propre, isolé et attaché.........

Alimentation interne :
Je vous conseille d'utiliser des modules secteur du style en dessous,
Une embase secteur, un interrupteur et un porte-fusible, un seul trou, câblage plus simple

 

 

Une alimentation a découpage ( pas cher, léger, protection intégrée )

 

 Je conseille les alimentations en boitier métal, plus pratique en cas de changement et je pense mieux isoler contre les rayonnements. 

 

Alimentation externe :

Vous aurez besoin d'une tension de 5v pour alimenter l'électronique ( Nano, Tm1637, Dmx_In )
Donc d'une petite alimentation de 5v à base de 7805 (tension fixe) ou LM317 (tension variable) (rechercher sur Google pour le schéma)

 
Vous trouverez aussi sur le net des petits modules " dc-dc " j'utilise surtout des modules " Mini360 " mais n'importe module Dc-Dc d'environ 1A peut faire l'affaire.

power supply module Mini360 DC DC adjustable

 
Pensez à toujours régler la tension de sortie avant de brancher le montage !

(Sinon adieu Arduino, écran, et circuit Dmx et je parle en connaissance de cause)

 

Nom du modèle : Mini-360 (module de buck redresseur synchrone DC-DC de petite taille ultra)  rectification buck non isolée : rectification synchrone

Tension d'entrée : 4.75V - 23V

Tension de sortie : 1.0V - 17V 

Courant de sortie : abaissement de la valeur de 3A, long 1.8A

 Fréquence de commutation : 340KHz 

Ondulation de sortie : 30mV (à vide) 

Régulation de charge : ± 0.5% Régulation de tension : ± 2.5%