Culture et communication en Provence

Un transformateur pour une led RGB (RVB) 20 watts
Ce transformateur pour led est très utile pour monter un projecteur dont la couleur sera choisie par télécommande ; on pourra aussi s’en servir pour modifier un projecteur classique de scène.
Avec la puissance de 20 watts on a un équivalent de 100 watts halogène environ.

Il existe des transformateurs tout faits pour les led RGB (RVB en français ) mais ils sont moulés et on ne sait pas ce qu’ils contiennent. D’autre part on ne peut pas ajuster exactement la puissance ; j’ai été très souvent déçu car la puissance n’est pas celle annoncée sur le boitier ! D’autre part leur prix de revient est assez élevé, et enfin les modèles bon marché fonctionnent avec des télécommandes simples à 24 touches (24 keys) et il était beaucoup plus intéressant pour une utilisation en théâtre d’avoir une télécommande à 44 touches (44 keys) en effet la télécommande 44 touches permet de créer et d’enregistrer 6 couleurs personnalisées.
La télécommande et son récepteur
Pour cela je n’ai trouvé qu’une seule possibilité simple, employer une télécommande avec son récepteur prévue pour les bandeaux ou rampes de led 12v couleur. Cette commande fonctionne entre 12 et 24 volts avec une puissance de 2 ampères par canal soit jusqu’à 6 ampères entre 12 et 24 volts, soit au maxi elle peut commander 6 a x 24 v = 144 watts ! C’est une limite extrême et par sécurité il faut bien sûr toujours se tenir en-dessous des limites. Elle coûte de deux à trois Euros seulement par contre elle doit être branchée à une alimentation.

Le montage complet branché de la led 20 watts alimentée par un bloc alim 12 volts que l’on a ouvert pour le modifier en 18 volts (Si on ne veut pas faire de transformation on trouvera facilement des transfos 19v qui sont prévus d’origine pour alimenter des ordis portables) : on a aussi rajouté un condensateur de découplage dans le récepteur (boitier blanc)

NB : On trouve couramment sur Ebay (ou chez son concurrent Alibaba) des blocs secteur pour portables en 19 volts et une puissance jusqu’à 90 watts pour une dizaine d’Euros environ, ces transformateurs conviennent en augmentant très légèrement les résistances de protection des entrées bleu, vert et rouge.

On aurait aimé pour un emploi en spectacle éviter les changement abrupts de couleur mais cela supposerait un montage différent : rajouter un condensateur entre chaque connexion couleur de la led et la masse, et alimenter chaque connexion non plus par une résistance mais par une source de courant calée sur 300 mA. Ce n’est pas impossible mais un peu complexe. Voir exemple ici sur l’interface avec source de courant.
http://picprojects.org.uk/projects/hbld/v3/hbldv3.htm
http://picprojects.org.uk/projects/hbld/v3/zxldR3schematic.pdf
D’autres télécommandes le font peut être notamment celles qui fonctionnent avec Arduino, j’ai vu aussi un « smartphone and tablet wifi compatible led controller. », et « bluetooth rgb led board. »
Les système professionnels peuvent fonctionner avec un programme sur PC (par ex sunlite suite 2) relié à une interface « USB to DMX. » On peut faire aussi une programmation par pic.
La tension et la limitation d’intensité
Pour connaître la tension d’alimentation nous avons mesuré de quelle tension la led 20 watts avait besoin pour s’éclairer entièrement. C’est une led avec le + en commun et une entrée rouge, une entrée vert et une entrée bleue. Nous avons trouvé :
Led rouge :13 volts
Led verte :17 volts
Led bleue : 18 volts
Comme les 3 leds seront alimentées par la même tension, car il faut prendre la plus grande, soit 18 volts, il faut calculer la valeur de la résistance en série.
Voici ce que nous avons trouvé :
Led rouge : 20 ohms, 1 à 2 watts (par exemple 3 résistances 64 ohms 1/2watt en parallèle)
Led verte : 4,7 ohms 1/2 watt
Led rouge : 1 ohm 1/4 watt présente uniquement par sécurité pour éviter une emballement car la tension directe de la led peut baisser légèrement à chaud.
Dans ces cas-là on a une consommation de 300 mA pour chaque couleur sous 18 volts. D’après les caractéristiques on pourrait pousser jusqu’à 350 mA mais il vaut mieux se garder une marge.
L’alimentation
On a utilisé une alimentation 12 volts 2 A que l’on a « poussée » en 18 volts. En effet c’est une alim avezc une entrée secteur qui fonctionne depuis 80 jusqu’à 220 volts. Utilisée chez nous en 220 volts elle garde une possibilité importante d’augmentation de la tension.
Pour augmenter la tension de l’alim : Changer les condensateurs de sortie qui sont des 16 volts, les remplacer par un 25v au moins 220 microfarads.
Sur la sortie il y a un pont diviseur de 2 résistances qui alimente un optocoupleur. Il suffit de diminuer la résistance côté masse de ce pont diviseur. Dans notre cas la résistance R2 qui va vers la masse était de 9100 ohms. Nous avons mis en parallèle una autre résistance de 15Kohms.
Dans cette alimentation il manquait une self de filtrage entre les 2 condensateurs de sortie, nous en avons rajouté une prise sur un tore de lampe fluocompacte CFL. Et voilà le transfo 12 volts 2 ampères est devenu un 18 volts !
Les essais
Au premier essai la guirlande clignotait sans raison, probablement à cause d’une tension résiduelle de découpage qui perturbait la commande des couleurs. Nous avons rajouté un condensateur de découplage de 220 microfarads à l’intérieur du boitier récepteur.
On peut aussi bien acheter un transfo 24 volts et abaisser la tension mais dans ce cas on aurait des pertes de puissance plus importantes dans les résistances et cela risque de le faire « décrocher » car il devra réduire la largeur des impulsions pour diminuer la tension et fonctionnera dans une zone moins confortable pour les composants : bobine, redresseur, condensateur...
Autre alimentation cette fois sur batterie
On a possibilité si on le désire d’alimenter la led sur batterie 12 volts, à la place de l’alim 220/12 volts on mettra un convertisseur « Step-up » 3/32v vers 5/35v ajustable, on commencera par ajuster la tension de sortie à 18 volts par la petite vis pous on connectera l’ensemble. Les convertisseurs les plus performants sont à base de circuit XL6009 et ont une capacité maxi de 4 ampères. (Prix inférieur à 2 Euros)

Un transformateur pour une led RGB (RVB) 50 watts/ 100 watts
Sur le même principe on peut réaliser une alim pour une led RVB 50 watts, par contre il y a plusieurs types de led 50 watts, certaines fonctionent en 32 volts et ne conviendraient pas avec le montage tel quel, il vaut mieux utiliser une led 50 watts qui fonctionne en 18 volts.
Par contre il faudra faire des tests pour voir quelle est la valeur des résistances à employer car elles seront différentes, chaque couleur consommant cette fois environ 800 mA.
Comment faire si on a une led 32 volts ou bien une led plus puissante ?
Il faut à ce moment là changer les 3 transistors mosfets qui sont à l’intérieur, ils se repèrent facilement, et souder des modèles 50 ou 60 volts. Continuer quand même à alimenter le boitier sur une tension comprise entre 12 et 24 volts car la stabilisation interne du récepteur se fait pas une simple zener 9 volts et si on dépassait 24 volts on aurait risque de griller la zener ou la résistance tampon.
La tension 32 volts sera à appliquer seulement sur le côté + de la led de puissance RVB.
Alimenter avec un transfo 32 volts au moins 2 A (jusqu’à 72w) ou supérieur en cas de puissance plus élevée.

Une alim pour led 100 watts
La led 100 watts fonctionne sous une tension d’environ 32 volts. On peut très bien la faire fonctionner avec un convertisseur 36 volts - 2 ampères qui fournit une puissance 72 watts, cela convient très bien pour une led 100 watts car il vaut mieux éviter de la faire fonctionner à puissance maxi sinon son rendement et sa durée de vie auront tendance à se dégrader.
Je conseillerais même de baisser un peu la tension de cette alim pour la faire fonctionner à 60 watts, en effet à cette puissance l’éclairage sera équivalent à celui d’une lampe flood halogène de 400/500 watts. (nous avons fait les tests avec un luxmètre).
Pour le refroidissement des led on peut utiliser un refroidisseur de processeur avec son ventilateur. Comme le tension de sortie du transfo est selon les cas de 18 ou 32 volts il faudra utiliser une résistance en série avec le ventilateur pour réduire la tension. En 32 volts nous avons utilisé une résistance de 470 ohms - 1 watt / ou 2 fois 270 ohms 1/2 watt en série.

La modification d’un bloc d’alimentation secteur de puissance - 60 watts

On trouve des blocs d’alimentation bon marché sur Ebay d’une puissance de 60 à 90 watts, pour moins de 10 Euros.

J’ai commandé ici un bloc de 12 volts, 5 A. Mon idée de départ était de m’en servir pour une rampe de 5 mètres à 300 led SMD5050 multicolores. La consommation mesurée est de 2,6 ampères donc on a de la marge.
Je constate que le bloc se démonte facilement. En effet il y a 2 ronds en caoutchouc, en les extrayant avec un petit tournevis on découvre dessous 2 vis, il suffit de les dévisser et le bloc s’ouvre sans problème. Je ne sais pas si tous les blocs s’ouvrent aussi facilement, ce n’est pas certain.

A l’intérieur on voit une plaque de refroidissement de chaque côté, l’une sert pour le transistor de découpage de puissance, l’autre pour la diode de redressement basse tension. D’après la grosseur du transformateur on peut en déduire que ce bloc doit pouvoir fonctionner correctement jusqu’à 3 ou 4 ampères sans trop chauffer. Le condensateur de filtrage HT du primaire est un 47 microfarads ce qui confirme un objectif de puissance de 50 watts.
Le circuit intégré est un CR6850, il contient les éléments principaux pour commander un transistor mosfet pour attaquer le primaire d’un transformateur. On peut même choisir la fréquence par la valeur d’une résistance.
En regardant la notice d’application on trouve un schéma qui semble être exactement celui de la réalisation, sauf que la notice d’application donne les valeurs pour une sortie en 30 watts sous 5 volts et ici on a 60 watts (en théorie) sous 12 volts. On voit qu’il s’agit d’une réalisation bon marché car il manque la double self de filtrage sur l’entrée secteur. La self de sortie est quelque peu simplifiée puisqu’elle est faite d’un simple fil qui passe dans une perle de ferrite. On doit être largement en dessous des 10 microhenrys préconisés.
Modification de la tension de sortie
Le schéma du contrôle de tension est identique à celui que l’on trouve sur la plupart des alimentations et donc on peut modifier sans problème la tension de sortie comme dans le cas précédent (dans l’autre alim la tension se sortie est déterminée par une simple diode zener classique.) I faut donc agir sur le pont diviseur qui pilote la zener programmable. Si on place une résistance en parallèle sur R11, la tension de sortie va augmenter. Si on place une résistance en parallèle sur R12 la tension de sortie va diminuer.
Le résultat est sensiblement proportionnel. Par exemple si R12 est de 3 K ohms si on place une autre résistance de 3,3 K ohms en parallèle sur R12, la tension va doubler (à condition que l’électronique suive et que les condensateurs de sortie soient prévus en conséquence.)
Si on a par exemple une valeur de 10 k ohms pour R11 (dans le cas d’une tension de sortie calée à 10v) le fait de mettre en parallèle un potentiomètre de 10 K ohms va faire varier la tension de 5 à 10 volts de façon continue et on aura un graduateur. (une led s’éteint complètement quand sa tension directe descend à 60 % de sa valeur, soit 6 v environ pour une led de 10 volts.
Si on augmente la tension au-delà de 16 volts il faut naturellement remplacer les condensateurs de sortie pour qu’ils supportent la nouvelle tension. Il se peut que l’on soit amené aussi à modifier la limitation d’intensité en conséquence lorsqu’on modifie la tension de sortie pour ne pas prendre de risque de dépasser la puissance maxi.
Attention les alimentations contiennent des tensions très hautes, ne manipuler qu’une fois déchargées, ces manipulations sont réservées à des électriciens avertis !

Les alimentations puissantes, à partir de 60 watts, et les problèmes de chauffe

J’ai constaté que les alimentations en bloc moulé bon marché, de type ordinateur, si elles conviennent assez bien au niveau de la puissance, ont tendance à chauffer assez fortement, ce qui peut raccourcir la durée de vie car ce sont surtout les condensateurs électrochimiques qui supportent mal la température. Sur les alimentations d’origine chinoise il manque souvent le filtre d’entrée et la CTN, en son absence le pont de redressement va souffrir et sa durée sera raccourcie.
Les alimentations de type transformateurs pour halogène 12 volts
J’ai été intéressé par ces alimentations vendues sous le nom anglais de « Halogen Light Driver Power Supply Electronic Transformer » en effet elles sont vendues en puissances 60 watts, 105 watts, 160 watts, et 250 watts entre autres, sous les marques Ares, Jindel...
Voir un exemple sur ce lien, l’article n’est pas en français mais on a le schéma et la photo.
http://go-radio.ru/elektronniy-transformator.html

Voir ici aussi :
http://radioskot.ru/publ/bp/skhema_ehlektronnogo_transformatora_dlja_galogennykh_lamp/7-1-0-110

http://www.irf.com/technical-info/refdesigns/irplhalo1e.pdf

Ces transformateurs sont assez bon marché, moins de 10 Euros, par contre ils sont prévus d’origine uniquement pour des ampoules halogène, donc à filament. Ils ne peuvent pas servir pour des led car la sortie est à haute fréquence, quelques dizaines de kiloherz, et les leds basse tension 12 volts contiennent des redresseurs en pont prévus pour 50 herz du secteur uniquement, donc soumis à cette fréquence, les redresseurs vont griller.
Les avantages
Ces alimentations sont néanmoins intéressantes pour deux aspects :

 leur taille très petite en rapport de la puissance

 leur très faible échauffement.
Sur une alim 160 watts je fais un test de fonctionnement en branchant sur des ampoules de phare 12 volts, l’alim débite effectivement 160 watts avec un faible échauffement du transformateur et des transistors. (pas plus de 45 degrés à l’air libre) C’est dû en grande partie au fonctionnement en double alternance qui diminue les pointes de courant.
Les inconvénients
- Il manque comme dans les alim d’ordi bon marché une self de filtrage en entrée de protection contre le renvoi d’ interférences vers le secteur 220v, ceci dit on peut la rajouter, c’est de préférence une double self. On peut en récupérer sur des alims d’ordinateur par exemple.
D’origine il n’y a pas non plus de condensateur électrochimique de filtrage en entrée pour « lisser » la tension donc l’alimentation est pulsée en 100 périodes. A priori ce n’est pas grave pour alimenter des halogènes car elles ont une très forte inertie thermique donc leur allumage restera constant.
Néanmoins je déconseillerais de s’en servir tel quel sans redresser et filtrer la sortie sinon on envoie sur les fils un rayonnement très puissant en plusieurs dizaines de kiloherz, c’est une pollution électromagnétique très importante.
La protection contre les court circuits.
Le principe de l’oscillateur est qu’il s’arrête et redémarre à chaque passage par zéro du courant, cent fois pas seconde. C’est un diac 32 v qui relance l’oscillation en envoyant une impulsion sur la base d’un transistor. Il existe une protection qui stoppe cette relance en cas de court-circuit, c’est un transistor qui détecte l’intensité de l’oscillateur et en cas de dépassement il bloque le réamorçage du diac.
Par contre si on filtre la tension d’entrée elle ne passe plus par zéro et la protection n’est plus active.
Améliorations possibles
Ces améliorations demandent beaucoup de modifications :
On peut rajouter un condensateur électrochimique de filtrage (en général on part sur une valeur d’un microfarad par watt), donc pour 100 watts on aura au moins 100 microfarads 400 volts, donc c’est déjà un gros condensateur. On peut aussi utiliser en série 2 condensateurs de filtrage récupérés dans une alim d’ordinateur. Si c’est le cas on pourra éventuellement éliminer les 2 condensateurs céramique (0,1 à 0,47 microfarads 400v ) qui servent à fournir un point milieu à la sortie du primaire du transformateur. Ceci dit ces condensateurs sont une sécurité car ils limitent l’intensité de sortie. On pourrait dans ce cas en garder un seul en série avec la sortie du primaire du transformateur.
Il serait utile de changer le pont redresseur qui est un peu limité en intensité, surtout du fait que la charge du condensateur va créer un appel de courant au démarrage, par exemple utiliser un pont 4 Ampères 400v.
La thermistance CTN
Elle est indispensable pour tous les montages, c’est une résistance tampon en entrée pour limiter l’appel de courant à la mise en service, au moment de la charge du condensateur électrochimique.
Pour les petites alimentations et les essais on peut la remplacer par une simple résistance, mais attention, par expérience les résistance à couche ne tiennent pas, choisir des résistances bobinées.

Pour un pont 4 Ampères la limite d’intensité courante est de 40 à 50 Ampères donc pour cela il faut une résistance CTN de 5 ohms (I=U/R soit 220v/5 ohms= 44 ampères.) Lorsque la résistance commence à chauffer sa résistance diminue à 0,2 ohms donc elle devient négligeable. Pour notre alimentation on peut choisir une thermistance CTN 5D-11 (soit 5 ohms, 11 millimètres de largeur) qui convient pour une intensité continue jusqu’à 4 ampères. Pour de plus petites alimentations, par exemple en cas d’emploi de diodes 1 Ampère (les 1N4007 par ex. ont une intensité limite de 4A) on peut prendre des thermistors 10D-11 (10 ohms, max 3A continus qui limitent l’intensité de démarrage à 22 ampères.)

Une fois le condensateur de filtrage installé, la tension de sortie va être augmentée et passer de 11 ou 12 volts à l’origine, vers 16 volts.
Je suis partisan d’augmenter un peu la taille des refroidisseurs des transistors qui sont vraiment petits, c’est surtout dans le cas où il y aurait une surcharge assez importante.
Redressement en sortie
Si on veut utiliser cette alimentation pour un montage électronique il faut redresser et filtrer la sortie. On peut fabriquer un pont redresseur avec des diodes schottky rapides, par exemple des 3 ampères, ceci dit comme le courant passe à travers 2 diodes successivement, on a une perte de tension et un échauffement assez important.
La meilleure solution pour limiter les pertes de redressement est de bobiner un double secondaire sur le transformateur (voir schéma), on peut utiliser ensuite une double diode de redressement, genre MBR 20100 (20 ampères 100 volts) montée sur un refroidisseur à ailettes d’au moins 4 x 4 cm.
En sortie on met un condensateur d’au moins 2200 microfarads, avec en parallèle un condensateur céramique de 0,47 à 1 microfarad pour limiter l’ESR (diminuer la résistance interne du condensateur). En effet le condensateur est soumis à rude épreuve car il va gérer le « lissage » d’une intensité de plusieurs ampères à une fréquence de plusieurs dizaines de kiloherz.
Attention dans l’essai que j’ai réalisé l’alimentation ne démarrait pas lorsque l’électrochimique de filtrage de sortie est branché, c’est dû je pense au système de protection anti-court-circuit qui bloque le démarrage dans le cas d’un appel de courant trop fort. Il faudrait peut être rajouter aussi une thermistance sur le primaire du transformateur torique.
Ou alors modifier le système de protection qui n’est plus opérationnel après le démarrage.
Il faudra absolument prévoir une protection par fusible ou disjoncteur sur l’entrée et la sortie, en effet sur mon premier essai le condensateur de sortie n’a pas supporté le régime et a éclaté, ce qui a grillé les transistors.
Le choix des transistors de puissance
Sur ce type d’alimentation on utilise des transistors bipolaires de type
MJE13009/FJP13009 pour les plus puissantes (12 A - VCE 400v)
ou sinon MJE13007 (Max 8A - VCE 400v) ou encore MJE 13005 (Max 4A - 400v), ce dernier étant utilisé aussi parfois sur les alimentations de lampes fluocompactes qui fonctionnent sur le même schéma.
Pour plus d’efficacité et une meilleure régulation d’intensité de sortie on peut aussi utiliser des Mosfet, comme les FQPF8N60C (8A- 600v) ; actuellement ces mosfet sont presque aussi bon marché que les transistors bipolaires pour les utilisations en haute tension.

Cependant je pense qu’il serait utile de passer à un circuit de qualité supérieure tout en étant aussi simple, c’est le circuit à IR2153 qui est un circuit intégré à 8 pattes seulement et très bon marché.
Il existe une version un peu améliorée, le IR21531D qui élimine le besoin d’une diode “bootstrap”.
On a ici le montage le plus simple :
http://www.pocketmagic.net/wp-content/uploads/2012/05/simple_smps_5.png
Voir un autre montage ici, cette fois on a ajouté une alimentation spéciale pour la basse tension du circuit :
http://320volt.com/wp-content/uploads/2010/08/ir2153-2x50v-atx-irf840-smps-devresi-v1.gif

Il existe un moyen pour bloquer le courant en cas de court-circuit - et qui cette fois marche même avec une alimentation filtrée ! - c’est de mettre la sortie de la broche 4 (Cx) à une valeur inférieure à VCC/6.
Le concepteur du circuit déclare même que ce circuit peut être régulé en faisant varier le rapport de phase, ce qui est intéressant car il permettrait un réglage précis de la tension de sortie, ou de la limitation d’intensité : “Then, because IR215xx is based on the 555, I can vary the duty cycle by varying the threshold on CX Pin. one BC337 and a few components involved in this function.”
Extrait du forum http://www.diyaudio.com/forums/power-supplies/186723-smps-ir2153-vs-atx-transformers-2.html

Ce circuit, du fait qu’il est prévu pour faire fonctionner une alimentation non régulée dans lequel la précision de la tension de sortie n’est pas critique, est utilisé dans les alimentations d’amplificateurs de puissance. Certains utilisateurs se plaignent de l’absence d’un “soft start” : La montée en puissance trop rapide au démarrage risque de griller les transistors de puissance.
Ils rajoutent une résistance en série avec le primaire du transformateur qui est mise hors circuit par un relais après le départ. On pourrait le remplacer par une autre CTN. Ceci dit l’indication donnée par le concepteur, si elle se vérifie, permet de réaliser un soft start en montant graduellement la tension sur la broche Cx.
A essayer. Un autre circuit réalisé ici avec un filtre de transitoires.
http://www.shelezyakin.ru/wp-content/gallery/ir2153/cxem_ir2153.gif
Si on veut un circuit un peu plus élaboré on peut passer au IR2161 qui possède un limiteur de tension et une protection plus élaborée contre les court-circuits.
http://m.elecfans.com/article/266363.html
On peut utiliser aussi le SG3525 qui est très classique.

Contact : jeanlouis.ramel (a) free.fr [remplacer (a) par arobase]