Culture et communication en Provence

Le projecteur PAR56 est un assez bon compromis entre la puissance et la facilité de transport pour les petites scènes. D’origine il est équipé d’une ampoule de 300 watts ; dans le montage que je décris ici on arrive très facilement à remplacer l’ampoule par une led de 100 watts et on a alors la possibilité de changer de couleur à volonté, par exemple avec une télécommande.

La télécommande
Nous avons choisi un montage piloté par télécommande infrarouge RGB. ( l’appellation internationale répandue pour la led couleur est RGB mais néanmoins l’abbréviation française est RVB : rouge-vert-bleu.) Elle est très simple et maniable et convient bien pour de petites installations dans lesquelles il y a peu de changements de couleur.
Si on ne veut pas télécommander la led on peut remplacer le module de télécommande par 3 potentiomètres de 1 kilo ohm et on règlera les niveaux en manuel.
Si on a des besoins plus importants, dès que l’on veut programmer et prérégler des effets le meilleur choix est le DMX. On trouve des cartes DMX toutes prêtes qui se branchent directement sur les led (moins d’une dizaine d’Euros). Certaines ont des « jumpers » pour sélectionner l’adresse, d’autre n’en ont pas et dans ce cas c’est la première sur la série qui prend l’adresse 1. On peut aussi modifier leur EEProm avec une carte « DMX editor » comme la DM103. Le préréglage des effets peut se faire alors par une table spéciale DMX ou un ordinateur avec un logiciel et une interface de sortie DMX.

Luminosité, la led n’est pas à la hauteur par rapport à l’original...
Attention cependant avec la led 100w utilisée la luminosité n’est pas comparable, on obtient environ 600 lumen dans un premier temps sans avoir mis de réflecteur sur la led. Autrement dit dans de meilleures conditions on peut monter à 800 lumen, et si on pousse l’intensité un peu plus (notre prototype était réglé à 3 x 700mA et on peut monter sans problème chaque réseau de couleur à 900mA) on obtiendra 1000 lumen, c’est l’éclairage donné par une ampoule de 100 watts classique. Si on bouscule une idée reçue, tant pis ! La led de couleur a rendement tout juste meilleur qu’une l’ampoule à incandescence classique : disons maxi 20 lumen par watt pour la led tricolore contre 12 lumen par watt pour l’ampoule blanche incandescence 300 watts en 220 volts. Par contre bien sûr si on passe à la led blanche, le rendement s’améliore, 50 lumen par watt pour les led 100w « premier prix » sur Ebay et environ 70 lumen par watt pour les led blanches 100w Cree.
Si on veut un meilleur rendement il y a deux possibilités :

 Choisir donc une led RGB de marque (on risque de gagner je pense environ 30 à 40 pour cent) avec la led Cree XPE RGB 50 leds. Le prix n’est pas le même car cette dernière coûte environ 50 Euros contre 13 Euros pour le modèle que nous avons utilisé.

 Ou : mettre deux leds 100w côte à côte, (choisir la vraie led 100watts avec un réseau de 3x11) c’est possible sur le refroidisseur de Pentium 4 que nous utilisons.
Dans ce deuxième cas on arrivera à une luminosité de 2200 lumen, soit un équivalent 220 watts incandescence. On rentre dans la course (on sera à un peu plus de la moitié) par rapport à la puissance du « vrai projecteur PAR56 » qui donne une luminosité de 3750 lumen.
Malgré sa luminosité somme toute modeste ce projecteur est loin d’être ridicule, quand on pense qu’on trouve dans le commerce une led RVB compatible avec l’ampoule PAR56 et qui est vendue environ 150 Euros pour une luminosité de 40 lumen, ici on arrive facilement au double de lumière pour un prix du matériel de la moitié environ !
On trouve aussi des modèle tout montés appelé COB RGB 100w mais qui atteignent tout de même de 370 Euros à 430 Euros !

Le choix de la led
Les meilleures leds 100 watts possèdent pour chaque couleur 3 rangées de 11 leds à 1 watt.
Cela se constate sur les photos, bien vérifier avant l’achat si les rangées possèdent 10 ou 11 leds.
A l’époque où j’ai acheté la led je n’avais pas vu ce modèle et j’ai acheté une led avec des rangées de 10. C’est en fait une led 3 x 30 (par couleur) soit officiellement une 90 watts.
Il existe aussi de vraies 100w avec

 3x10 rouge 4x10 vert 3x10 bleu, intéressant aussi car pour un vrai rendu de blanc il faut un proportion assez importante de vert.

 3x10 rouge 3x10 vert 4x10 bleu, intéressant pour ceux qui veulent des effets de couleurs saturées car le bleu est moins visible par l’oeil, donc il devient un peu plus présent.

Le fonctionnement de la télécommande
Sur mes précédents montages (projecteur 50w) j’ai branché la led de puissance directement sur les sorties du récepteur de télécommande. En effet ce récepteur est prévu pour alimenter des barres de leds flexibles (led strip) qui fonctionnent le plus souvent en 12 volts mais parfois en 24 volts. Il est prévu d’ailleurs pour fonctionner jusqu’à 24 volts.
Ici ça devient difficile pour plusieurs raisons :
La led 100 watts a besoin pour débiter au moins 700 mA sur chaque couleur d’une alimentation en 30 volts pour le bleu, 27,5 volts pour le vert et 21,5 volts pour le rouge. Si on a une alimentation commune il faudra pour le rouge une résistance tampon qui fasse redescendre la tension de 30 à 21,5 volts pour le rouge soit une dissipation de 6 watts à 0,7 ampère ce qui est un peu important.

 Le récepteur n’est prévu pour fonctionner que jusqu’à 24 volts. On ne sait pas si les transistors de sortie tiennent à 30 volts ou alors il faudrait les remplacer, ce qui serait facile il est vrai.

 La sortie fonctionne en découpage. Ce n’est pas très agréable pour l’oeil, lorsqu’on balaie la scène du regard, de voir un effet de stroboscope. En rajoutant une interface de commande on va employer un circuit qui transforme la tension de commande en courant continu filtré par un condensateur de sortie.

 L’utilisation d’un circuit de limitation d’intensité par led va permettre de régler exactement l’intensité et elle ne sera pas dépendante de la température, cela évitera toute dérive ou emballement de l’intensité.
La solution retenue consiste donc à

 utiliser la télécommande 44 touches avec son récepteur de télécommande. Nous prenons toujours le modèle à 44 touches qui permet de fabriquer des couleurs sur mesure, très intéressant pour les spectacles.
La sortie RVB va commander les modules limiteurs d’intensité à LM2596. Ce sont des modules bon marché commandés sur Ebay, ils conviennent ici pour de petites intensités et de faibles décalages de tension mais ne conviendraient pas pour de fortes puissances car les circuits intégrés ne sont pas en réalité des LM2596 de Texas Instruments mais des imitations bien inférieures.
On trouve actuellement beaucoup de modules de ce genre qui ont une entrée « pwm » qui permet de les moduler, ici il n’y en a pas mais nous avons utilisé une autre astuce.
La sortie du récepteur de télécommande est branchée au diviseur de tension sur le module LM2596 qui permet de régler la tension de sortie, c’est un pont diviseur qui alimente la broche 4, néanmoins sur ce modèle il ne faut pas se brancher directement sur la broche 4 car le limiteur d’intensité commande également cette broche et on risque en envoyant la modulation directement sur cette broche de désactiver la limitation d’intensité. Je la branche sur la soudure de l’ajustable de tension de sortie.
Réglage du LM 2596 : niveau mini et niveau maxi de l’intensité
On règle chaque canal pour que la lumière de chaque couleur soit au minimum (pratiquement nulle) , c’est à dire environ 15v pour le rouge, 20v pour le vert et 23v pour le bleu.
Maintenant on branche les sorties pwm du récepteur vers le module LM2596 par l’intermédiaire de la résistance 820 ohms, cette résistance est calculée pour modifier le facteur de division du pont et faire passer la tension de sortie à 30 volts. On appuie sur la télécommande pour lancer un « plein feux » et on procède sur une couleur après l’autre, on place un ampèremètre en série et on règle l’ajustable de limitation pour régler l’intensité à 700 mA. C’est une valeur qui donne une très bonne sécurité car les valeurs limites pour les leds de 1 ampères sont des valeurs maximales et il est préférable de rester suffisamment en dessous. Comme je le disais on peut éventuellement aller jusqu’à 850 mA, ceci dit le rendement a tendance à baisser quand on demande beaucoup de puissance à la led.
Je n’ai pas encore publie le schéma de l’ensemble mais c’est une simple application du LM2596 répliqué 3 fois et modulé dans chaque cas par le signal de sortie de la télécommande.
Le montage de la led dans le projecteur
La led est vissée sur un refroidisseur de processeur et le processeur est maintenu sur l’arrière du projecteur par ses propres vis qui traversent l’arrière.
Un trou a été percé sur le fond du projecteur avec une scie en cloche pour permettre l’entrée d’air.
On réutilise une ampoule PAR 56 dont on n’a gardé que l’avant.
L’alimentation : On a réutilisé une alimentation d’ordinateur vendue bon marché sur Ebay, à l’origine un 19v - 4A dont on a modifié la tension de sortie à 32v. Cela permet une marge pour le fonctionnement du convertisseur qui nécessite plus de 30v compte tenu des pertes de conversion de tension.
Les branchements
La barrette de branchement côté positif a été coupée pour avoir accès à chaque sortie + distincte pour chaque led.
D’origine la led 100w est prévu avec un positif commun, l’alimentation distincte de chaque led se faisant par le moins. Avec le LM2596 en version courant constant c’est encore différent, il faut brancher les 2 poles de chaque led à la sortie du circuit. La sortie négative du circuit n’est pas directement reliée à la masse mais passe à travers une résistance qui détecte l’intensité. Si on mettait la sortie à la masse on n’aurait plus la limitation d’intensité.
C’est le problème aussi avec un autre circuit dédié aux leds qui est le PT4115 mais pour une raison différente, la led s’intercale entre la sortie du découpage et le positif mais là encore le positif n’est pas relié à l’entré et passe aussi par une résistance de détection d’intensité.
Si on veut utiliser le PT4115 il n’y aura aucun réglage à faire car la limitation à 700mA est prévue d’origine par la valeur de la résistance soudée sur le module. On pourra le moduler par l’entrée PWM mais pour ce faire il faudra prévoir sur chaque canal un transistor qui inverse la phase de sortie du signal. (ou se brancher sur la gate des transistors de sortie du récepteur) Attention, le PT4115 ne doit pas recevoir une modulation de plus de 5 volts.
Il existe un circuit qui permet d’utiliser la Led avec le moins commun à la masse, c’est entre autres le MC34063, il existe en module tout prêt. Il a l’inconvénient d’une conception ancienne et il chauffe assez fortement. Un modèle plus récent le remplace mais un peu cher, le NCP3063.
Le ventilateur du refroidisseur
d’origine c’est un 12 volts, il est branché sur le 32 v par l’intermédiaire d’une résistance de 360 ohms 1 watt ; nous n’avons pa prévu de transformateur car les pertes dans la résistance sont faibles. Selon la puissance du ventilateur on peut avoir besoin d’une résistance différente.
Le récepteur de télécommande
Il est prévu pour fonctionner jusqu’à 24v. L’électronique fonctionne en fait en 5 volts et l’adaptation se fait à l’intérieur par une résistance et une zener. On a rajouté une deuxième résistance de 5,6K en série avec la première pour faire chuter la tension et on a rajouté un condensateur céramique de 1 uF sur la zener pour filtrer le bruit. On peut aussi bien remplacer l’ensemble zener-résistance par un régulateur 7805, toutefois dans ce cas il ne faudra pas dépasser 35v en entrée.
Autres améliorations, le passage à 2 leds 100w ?
Dans ce cas on montera les leds en parallèle pour garder le même tension d’alimentation.
En effet je ne connais pas de régulateur bon marché pour plus de 60 volts, le LM2596HV ne dépasse pas 60v en entrée, et encore ce n’est pas une dénomination officielle de circuit et cette référence ne possède aucune documentation. Voir peut être le LM2591HV (63v) ou le LTC3891/LT8620 qui peut aller jusqu’à 65v ?
si on garde le principe de faire fonctionner chaque led à 65 watts maxi, on pourra tenter de prendre une alimentation 24v 200w de préférence, et de la faire fonctionner à 35 volts. On trouve plus facilement des alimentations 24 volts ou 48v que des alimentations 36v.
Pour les régulateurs d’intensité on choisira plutôt des modèles PWM 5A step down à XL4015 /ICSA001A par exemple car ils devront passer environ 1500mA à 1800mA chacun et les modèles dits 3Ampères sont trop justes. Le module à XL4015 existe aussi en version courant constant.
Améliorations optiques :
Il existe des lentilles de Fresnel pour les PAR56, par exemple ici :
http://www.bax-shop.fr/eurolite-fresnel-lentille-pour-par-56-cob-led-argent.html
On trouve aussi des réflecteurs dans le cas du montage d’une seule led, ils sont conçus à l’origine pour placer des ampoules à culot GY 9,5 dans des PAR56. Voir ici par exemple :
https://www.musicstore.de/fr_FR/EUR/Eurolite-PAR-56-Raylight-R-flecteur-NSP-socle-GY-9-5/art-LIG0007693-000

Retour sur les projecteurs à led blanches 100 watts et 200 watts

Bien sûr le montage mécanique est le même si on désire réaliser des projecteurs à leds blanches. Voici quelques exemples.

Un projecteur 2x100w

Voici un montage réalisé en 2 fois 100w (du moins en théorie) avec 2 leds blanches sur le même refroidisseur. Comme je le disais on ne pousse pas la puissance à fond car le refroidisseur est un peu limité et il faut garder une marge de sécurité pour la led donc on reste à 100-120 watts en pratique, du moins je n’ai pas essayé au-delà. L’intérêt est que chaque led fonctionne seulement à la moitié environ de sa puissance maxi donc son rendement est bien meilleur.
Ici on a utilisé une alim 24 volts avec au-dessus de la led un convertisseur acheté sur Ebay sous le nom " Step Up booster 8A ". Ce convertisseur fait passer la tension de la led de 24 à 32 volts. On trouve aussi comme caractéristiques données 6-32v to 6-45v. Je n’arrive pas à voir quel est le circuit intégré utilisé, je vois seulement que la diode de sortie est une SBL10450 autrement dit une 10 ampères 45 volts, donc je déconseille d’uitiliser ce montage à plus de 35 volts en sortie compte tenu de la faible marge ! A l’usage il dhauffe assez fortement mais a l’air de tenir le coup, il faudra prévoir d’améliorer l’aération du boitier en rajoutant des fentes sur le côté.
On a prévu un potentiomètre pour pouvoir régler la luminosité de la led. C’est un potentiomètre de 5 kilo ohms placé entre le potentiomètre de réglage de tension et la masse, en série avec une résistance de 2,2 kilo ohms.
Réglage : Placer le potentiomètre de 5 K au minimum de résistance, maximum d’éclairement, puis régler l’ajustable multitours du module sur une intensité de sortie de 4 ampères dans la double led (2 leds en parallèle). On commande ici la led en tension mais il y a peu de dérive d’intensité avec la température.

Un montage avec une led Cree 100 watts
SI on veut augmenter la luminosité on peut tout simplement passer à des leds à haut rendement, les meilleures actuellement sont les leds Cree. Sur mon essai au luxmètre la led Cree XPG-2 donne 25 pour cent de luminosité en plus par rapport à la led standard. Cette led est vendue environ 22 Euros contre 7 Euros pour la led standard.
Les 2 drivers sont des 50 watts, le premier est plus rudimentaire avec absence de condensateur primaire de filtrage, néanmoins il fonctionne quand même et produit bien 1,5 ampères en 32 volts comme l’autre, je n’ai pas testé sa fiabilité.

Les leds Cree 100 watts existent en de nombreux modèles : xp-g ; xpg-2 ; xp-e ; xt-e moins cher mais rendement inférieur ; XML-2.
On voit bien sur la photo que la led 100w est un assemblage de 20 leds de 5 watts chacune. D’autres modèles Cree 100 watts sont des assemblages de 10 leds 10 watts. Dans tous les cas il faut éviter de pousser la puissance au maxi car même chez Cree, le rendement diminue significativement à plein régime.
Il y a énormémént de modèles, le vendeur qui est spécialisé dans tous ces modèles est sur ce lien, cliquer sur "objets en vente" et lancer une recherche avec "led 100w" : http://www.ebay.fr/usr/top-ledlight
On trouve également des led 200 watts et 300 watts.

Pour me contacter : Cliquer en haut de l’article dans la boite bleue sur mon nom Jean-Louis Ramel, une boite s’ouvrira pour rédiger un message.

led 100w