Culture et communication en Provence

Vous êtes ici : Accueil du site > Edition, technique et informatique > Des spots à leds de 10 watts, 20 , 30 , 50 et 100 watts
Publié : 9 avril 2014

Des spots à leds de 10 watts, 20 , 30 , 50 et 100 watts

On trouve maintenant dans les bricailleries, chez Pearl et sur Ebay plusieurs spots à led jusqu’à des puissances très importantes, avec des résultats très inégaux. On voit que les puissances sont souvent largement en-dessous de ce qui est annoncé. Ces quelques essais permettent de voir quels modèles sont efficaces, et de quelle manière on peut soit les remettre à niveau, soit choisir en alternative de fabriquer son propre projecteur.

Des spots à leds de 10 watts, 20 , 30 , 50 et 100 watts

Differents_Spots_Leds10_100w

Les essais de spots. On découvre que la puissance réelle est parfois bien loin de la puissance annoncée. Plusieurs déceptions : le spot 30 watts chauffe excessivement (danger pour la durée de vie de la led) et le driver 30 watts a un transformateur trop petit qui chauffe ; la comparaison avec le driver 50 watts à côté de lui montre tout de suite son sous-dimensionnement. Attention le spot rond 10 w est à brancher sur du 12v !

Le spot 10 watts rond

Vendu environ 10 Euros sur Ebay. C’est un bon spot pour l’éclairage intérieur et pour les magasins. Comme le refroidisseur est moulé il a une bonne évacuation de chaleur. Je me suis procuré le modèle blanc chaud qui a une couleur de lumière beaucoup plus agréable.
Attention, d’origine il existe seulement en alimentation 12 volts, même si le câble est un câble secteur.
A l’intérieur il y a un convertisseur à découpage, il fonctionne depuis 12 jusqu’à 24 volts. Bien que donné pour 10 watts, le convertisseur est un 600 mA donc il donne une puissance de 6 watts environ et consomme 7,5 watts environ.
Si on désire faire fonctionner ce spot en 220 volts : le brancher sur un transformateur 12 volts. N’importe quel transformateur convient de 12 à 18 volts, même non régulé, même non redressé car le convertisseur possède un redresseur double alternance.
Si on veut bénéficier de la pleine puissance du spot, soit 9 watts, sous alimentation 220 volts, il faut enlever le driver et le remplacer par un driver pour Led 12 volts 10 watts.
La led d’origine donne un éclairage un peu jaunâtre, par contre elle a un très bon rendement. Le remplacement par une led 10w blanc chaud classique se traduit par une perte d’environ 10 pour cent de luminosité.
Température en fonctionnement à 10 watts : derrière la led 59 degrés.
Des possibilités pour augmenter la puissance

Si on veut utiliser ce spot à une puissance un peu supérieure (avec dans ce cas bien sûr une led plus puissante, par ex.une 20 watts, qui fonctionne à une puissance par exemple de 12 watts), il est préférable d’avoir une alimentation externe plutôt que de la mettre dans le boitier, pour éloigner les sources de chaleur.
Ensuite on peut dévisser l’arrière et rajouter un refroidisseur. On peut placer un refroidisseur rond jusqu’à un diamètre de 50 millimètres, ou un refroidisseur carré un peu plus petit. Le problème est que la surface arrière n’est pas très régulière et du coup le contact thermique du refroidisseur n’est pas parfait. Il faudrait pouvoir resurfacer l’arrière.

Le spot 10 watts rectangulaire

Vendu environ 10 Euros sur Ebay, 15 Euros en bricaillerie et sur Pearl.
Il est annoncé pour 10 watts ; J’ai passé 2 commandes sur Ebay ; dans les deux cas le driver était très sous-dimensionné, et donnait moins de 5 watts. Il faut absolument le changer si on veut avoir un éclairage conséquent. J’ignore si les modèles vendus dans le commerce en France ont le même problème.
Sur ma première commande la led était aussi de très mauvaise qualité avec un faible rendement. Sur la deuxième commande il est monté avec une Led de bonne qualité.
Température en fonctionnement à 10 watts mesurée derrière la Led : 60 degrés. Et encore c’est mesuré avec le boitier arrière enlevé, ce boitier gêne le refroidissement. La transmission de chaleur du boitier principal n’est pas bonne d’ailleurs, la chaleur décroit rapidement sur le pourtour. C’est dommage car avec le même boitier bien réalisé on pourrait dissiper jusqu’à 20 watts.
Ce boitier présenté comme étanche ne l’est pas forcément à l’usage, selon les montages il semble manquer des rondelles de joint entre le boitier principal et le boitier de l’alim.
Les modifications pour arriver à la puissance standard
Il faut quand même insister sur le fait que la faible dissipation du boitier ne permet pas de monter beaucoup en puissance, guère au-delà de 10 à 12 watts.
Changer le driver, le remplacer par un driver pour Led 12 volts 10 watts.(prix environ 4 Euros)
Si on veut encore améliorer les performances :
La led offrant une performance moyenne lorsqu’elle fonctionne à pleine puissance, si on veut un meilleur rendement de la Led il faut la remplacer par une led plus puissante. Plusieurs possibilités :

- Mettre 2 leds de 10 wattts en parallèle. Cela aura l’avantage de mieux dissiper la chaleur car il y aura 2 sources espacées. D’autre part si on reste sur une puissance d’alimentation de 10 watts, chaque led ne dissipant plus de 5 watts, son rendement sera de 20 pour cent supérieur. Mais dans ce cas on ne pourra plus utiliser le réflecteur d’origine.

- Remplacer par une led de 20 ou 30 watts qu’on fera fonctionner en sous-régime. Il suffira d’élargir légèrement la base du réflecteur et de modifier les trous pour placer la led. Pour l’alimenter il faut utiliser le driver approprié au niveau tension avec la Led. Actuellement les led carrées de 20 à 100 watts sont des 32 volts. On ne trouve plus guère de leds 20 watts en 18 volts.
On peut utiliser une alimentation 32 volts 20 watts qu’on fera fonctionner en sous régime en modifiant la limitation d’intensité. Cette limitation est en général une résistance assez grosse placée entre la source du mosfet de puissance et le - du condensateur électrochimique 400v.
Si on prend une alimentation +12 volts on peut rajouter un redressement de la deuxième alternance pour avoir une deuxième sortie de polarité opposée en - 12 volts (diode schottky 3 A en série avec un condensateur 16 v électrochimique ; ensuite modifier la référence de tension pour sortie du 16 volts (en fait 13 à 15 v devraient suffire car une led 32v en sous régime se contente de 25 à 28 v environ.) En prenant d’une part la sortie - 15 volts et d’autre part la sortie + 15 volts on obtient 30 v.
Pour mieux comprendre le fonctionnement de ce type d’alimentation un des schémas les plus efficaces tout en restant simple à comprendre, et pas très éloigné des réalisations « grand public » est le suivant.
http://www.datasheetdir.com/Hv9910b-Isolated-Led-Driver+Application-Notes
On voit que le détecteur de seuil LMV431 est commandé à la fois par la sortie d’une zéner -au cas où la tension qui la traverse dépasse sa valeur- et par R13 qui transmet la valeur de la tension en sortie d’un shunt des résistances R et R2. Si la tension dans les résistances shunt dépasse la valeur de seuil du LMV431, le courant passe dans l’optocoupleur qui la transmet à l’entrée de régulation du circuit intégré, et fait baisser la puissance qui se stabilise à cette valeur.
Voir détails de fonctionnement ici.
http://blog.fairchildsemi.com/2012/which-power-switching-topology-is-right-for-you-balancing-efficiency-and-thermal-design-in-led-lighting/
Le schéma classique d’une alim de Led est ici :
http://blog.fairchildsemi.com/2012/quasi-resonant-switching-in-a-30w-power-supply/
Un test d’alim 5 volts bon marché à transistor avec son schéma, adaptable en 12 volts.
http://www.youtube.com/watch ?v=wi-b9k-0KfE
http://www.youtube.com/user/eevblog

Spot 20 watts

Ce spot existe en réalisation commerciale ; ceci dit il est facile d’en réaliser un avec un boitier de spot 230 watts halogène, voir photographie. On a mis à l’intérieur 2 leds 9 volts et on l’alimente par une alimentation externe de 12 volts, 2 ampères.
Bien que le spot fonctionne à 20 watts, comme le dissipateur est un peu juste on le fait fonctionner à 15 watts. Si on voulait faire un 20 watts avec un bon rendement sur le même modèle, il vaudrait mieux mettre 3 leds de 10 watts en parallèle car elles ne fonctionneraient alors qu’à 7 watts chacune ; d’où rendement et durée de vie supérieurs.
On peut encore mieux réaliser ce projecteur avec un boitier de spot halogène 500 watts qui est plus spacieux.

Spot 30 watts

Ce spot est sur la photo, il est de dimensions bien plus importantes que le spot 10 watts. Il contient une alimentation de 20 watts seulement. Par contre la Led est bien une 30 watts. L’intérieur du spot là où est fixée la Led est très rugueux, la surface est inégale et trop fine. La led a du coup un assez mauvais contact thermique, cette chaleur se transmet mal sur la plaque arrière et la led s’échauffe plus que nécessaire. Il serait souhaitable de refaire surfacer l’intérieur du boitier principal. D’autre part l’arrière du boitier est beaucoup trop fin pour transmettre la chaleur. Un bon dissipateur a un socle d’un centimètre d’épaisseur, ici l’épaisseur est d’un millimètre !
Le boitier arrière est disproportionné avec la grosseur nécessaire pour mettre une alimentation, il gêne comme dans tous ces modèles le bon refroidissement par les ailettes. Peut être récupérer un boitier arrière de projecteur 10 watts et le mettre à la place ? Le boitier de projecteur 10 w est par contre un peu petit pour cette alim.
Peut-on vraiment le faire fonctionner en 30 watts avec un bon rendement ? Pas tel qu’il est si on veut dissiper la puissance totale, il faut alors découper au moins la moitié centrale du radiateur arrière et le remplacer par un modèle épais à grandes ailettes (4 cm de longueur par exemple). Il faut donc bien sûr remplacer l’alimentation par une 30 watts ; attention certains drivers 30 watts sont trop petits ; il faut utiliser des modèles de drivers dont la largeur est de 35 mm ; les drivers 30 watts d’une largeur de 25 mm ont un transformateur trop petit ; nous avons testé le modèle sur la photo et la température monte à 95 degrés à l’air libre. Dans un boitier elle va monter davantage, or le condensateur ne tolère pas plus de 105 degrés, c’est la panne assurée à court terme !
Si on veut encore augmenter le rendement lumineux on peut remplacer la led 30 watts par une 50 watts au moins.
En somme beaucoup de transformations au bout du compte il ne reste pratiquement plus rien de l’original ! Preuve d’une erreur flagrante de conception, on se demande qui a imaginé un boitier d’aussi absurde !

Spots 50 et 100 watts

On trouve des ensembles led 50 et 100 watts avec leur driver.
On gagne là encore 20 pour cent de rendement si au lieu de brancher une led 50 w à un driver 50 w on lui branche une led 100 watts. La différence de prix est minime et on augmente la lumière sans augmenter la consommation.
Pour le refroidissement, il faut soit un gros refroidisseur passif, soit un refroidisseur de processeur avec son ventilateur. le problème est que l’alimentation fonctionne en 32 volts alors que le ventilateur a besoin de 12 volts. On trouve de petits circuits « step-down » très miniaturisés qui peuvent faire l’affaire.

Les spots RVB 20 watts

On peut très facilement monter un spot à led RVB de 20, 30 ou 50 watts dans le même type de boitier que ceux qu’on a vus précédemment. On trouve des drivers de led tout prêts. Ceci dit ces drivers possèdent une télécommande classique à 24 touches qui ne permet pas de programmer des couleurs en faisant son propre mélange de fondamentales. Les télécommandes à 44 touches qui sont plus complètes ne sont pas compatibles avec les 24 touches. Elles n’existent que pour piloter des rubans à led. Ceci dit comme les récepteurs de télécommandes 44 touches fonctionnent jusqu’à 24 volts et avec une sortie de 2 ampères , on peut s’en servir pour piloter au moins des led 20 watts (il faudra mettre en série avec les sorties des résistances adéquates, la résistance sur la led rouge sera plus importante car sa tension directe est plus faible. Les autres les plus puissantes doivent pouvoir s’y brancher aussi avec certaines adaptation.aussi avec certaines adaptations. Nous publierons bientôt les plans.
L’idéal est d’alimenter la led RVB 20 watts en 18 volts ; on pourra assurer ainsi un éclairage à une puissance d’environ 15 watts. Pour obtenir 18 volts on doit pouvoir modifier la référence de tension sur le bloc secteur 12 volts.

Les drivers

Alimentations12v_6w_10w_20w

On voit que la grosseur varie sensiblement en fonction de la puissance. Il s’agit de blocs bon marché et dont la conception -pour les 10 et 20 watts- est assez rudimentaire ; on voit que certains composants prévus sont manquants, ce qui est regrettable pour la qualité de la régulation ! Pour alimenter notre spot de 20 watts et notre spot de 10 watts nous avons utilisé des blocs secteur 12 volts, 1 ampère et 2 ampères que nous avons adaptés pour limiter davantage l’intensité.
Le bloc secteur 10 watts ne crée pas une coupure à 1 ampère, la coupure se situe plutôt à 1,5 ampère et fonctionne en séquentiel c’est à dire qu’il crée une tension hachée quand la consommation dépasse cette valeur ; nous avons modifié sa tension de sortie car c’était le plus simple ; nous avons rajouté une résistance de 120 kilo-ohms en parallèle avec la résistance de 39 kilo-ohms dans le pont diviseur qui commande la référence de tension. De ce fait le led est commandée en tension ce qui est plus critique mais ça fonctionne quand même.
Le bloc secteur 2 ampère possède une vraie limitation à 2 ampère qui se passe « en douceur » pour descendre un peu la limite nous avons agi sur la résistance de contrôle entre le Mosfet et la masse, elle était de 0,61 ohms et nous avons rajouté 0,1 ohm en série.

Documents joints