Réalisation d’une alimentation LED dimmable
Le remplacement de l’éclairage traditionnel d’un microscope par un éclairage à l’aide d’une LED de puissance (Light Emitting Diode) est de plus en plus souvent évoqué. Voici quelques unes des raisons qui poussent à faire ce choix.
• Les anciennes ampoules au tungstène sont souvent des modèles spécifiques de plus en plus difficiles à trouver, d’autant plus que ces ampoules ont une durée de vie limitée.
• Le filament de tungstène est loin d’être punctiforme, rendant plus difficile l’éclairage uniforme du champ microscopique.
• Ces ampoules chauffent beaucoup, allant même pour certains modèles jusqu’à rendre désagréable le positionnement des mains sur le socle du microscope.
• La lumière émise par ces ampoules est jaunâtre, nécessitant souvent l’utilisation d’un filtre bleu pour se rapprocher de l’éclairage du type lumière du jour
Au contraire des ampoules au tungstène, les LED de puissance sont des sources de lumière puissantes, presque punctiformes, ne consommant que quelques Watts, chauffant peu, d’une température de couleur proche de la lumière du jour (6000° K) et d’une durée de vie de 50.000 à 100.000 heures (24 à 48 ans à raison de 40 h/semaine).
Le revers de la médaille est que l’alimentation électrique des LED est plus délicate que celle des ampoules ordinaire. Les LED nécessitent un courant continu dont l’intensité est contrôlée. De plus, l’utilisation d’une LED dans un microscope oblige à prévoir un dispositif de réglage de l’intensité lumineuse.
La « solution du pauvre » consiste à alimenter la LED avec l’une de ces petites alimentations « régulées » du commerce, en limitant le courant à l’aide d’une simple résistance montée en série avec la LED et en limitant l’intensité lumineuse à l’aide du croisement de deux verres polarisés. La solution fonctionne à condition de s’assurer que l’alimentation délivre bien un courant continu et que le courant soit effectivement suffisant pour la LED choisie. La résistance de limitation du courant sera calculée grâce à la loi d’Ohm ( U = I x R ou R = U / I , U étant le voltage fourni par l’alimentation, I étant l’intensité maximale de courant de la LED et R la valeur de la résistance en Ohm). Ce type d’alimentation ne prévoit cependant aucune protection contre de petites variations du voltage résultant souvent d’un filtrage peu rigoureux de la tension de sortie. Or une petite variation de tension entraîne une forte variation de courant à travers la LED, ce qui peut réduire considérablement sa durée de vie. D’autre part, réduire la luminosité avec des verres polarisants est moins élégant que tourner le potentiomètre du bloc d’alimentation.
La « solution du pro » est de disposer d’une alimentation de laboratoire suivie d’un driver dimmable pour LED de puissance.
J’ai opté pour une troisième solution permettant d’allier la qualité « pro », le plaisir de bricoler et le coût très réduit de la réalisation.
Comme source de courant continu filtré, tout le monde ne dispose pas d’une alimentation de laboratoire. Il est très facile de trouver sur internet des schémas d’alimentation faisant appel à un transformateur suivi d’un pont de redressement, d’une filtration à l’aide de condensateurs électrochimiques et éventuellement d’un régulateur de tension. Cependant, je disposais d’une vieille alimentation ATX de PC, théoriquement capable de fournir 28 Ampères en 3,3 Volts, 30 A en 5 V et 15 A en 12 V. En somme, une puissance trop faible pour les PC actuels mais suffisante pour alimenter au moins 80 LED de 3 W !
L’idée est d’utiliser le 5 ou le 12 V et de limiter le courant à 1 Ampère, correspondant à ma LED Velleman (L-HP3PW). Le circuit intégré LM317 est un régulateur très répandu et bon marché (1,43 €) permettant de réguler un courant jusqu’à 1,5 A. La limitation à 1 A sert uniquement à préserver la LED. Le contrôle de la luminosité nécessite un module PWM (Pulse Width Modulation). Le nom est compliqué mais le principe de fonctionnement est simple. Il s’agit d’un générateur d’impulsion carrée dont on peut faire varier la durée du temps « ON » et du temps « OFF » et dont la fréquence dépasse ce que l’œil peut percevoir. Un tel générateur est facilement réalisable à l’aide d’un autre circuit intégré très répandu : le NE555.
Voici le schéma de principe de l’ensemble.
Transformation de l’alimentation PC ATX
Une alimentation de PC est facile à se procurer. Il suffit souvent d’aller faire un tour du côté des parcs à recyclage. L’informatique se démode tellement vite qu’il est fréquent d’y trouver des PC n’ayant que quelques années et dont il y a beaucoup de chances que l’alimentation soit intacte.
Vous savez probablement qu’une alimentation retirée de l’ordinateur ne fonctionne pas si on la branche simplement dans le courant. Il faut cependant très peu de choses pour la faire fonctionner.
De l’alimentation sort une série de câbles pour alimenter la carte-mère, les disques durs ainsi que les autres périphériques.
Voici l'étiquette de l'alimentation dont je dispose:
La plus grosse des prises comporte en général 20 connexions et est destinée à l’alimentation de la carte-mère:
Si l’alimentation respecte le code des couleurs, la broche 14 comporte un fil vert et correspond au signal PS-ON. Celui-ci est à raccorder à l’un des fils noirs. C’est de cette manière que la carte-mère signale à l’alimentation qu’elle est branchée. Dans ce cas, il suffit de mettre l’alimentation sous tension pour qu’elle démarre. Cela peut être vérifié par la mise en route du ventilateur. Certaines alimentations exigent également qu’il y ait une certaine charge sur le 5 V pour démarrer. Si c’est le cas de la vôtre, vous pouvez brancher entre un fil rouge (5 V) et un fil noir (Ground ou 0 V) une ampoule de voiture de 12 V d’une puissance de 5 ou 10 W pour tester votre alimentation. Plus tard, il est probable que l’allumage de la LED soit suffisant pour maintenir l’alimentation en fonction, sinon il faudra ajouter une résistance en parallèle.
Comme l’alimentation dont je disposais ne comportait pas d’interrupteur mais une prise 220V pour l’écran, j’ai remplacé cette dernière par un interrupteur. J’ai également placé une prise pour le câble qui alimentera la LED. Attention de choisir une prise qui n’accepte qu’un seul sens de branchement puisque la LED est polarisée. A côté de cette prise, j’ai prévu une LED témoin de 5 mm branchée sur le 5V avec une résistance en série de 220 Ohm.
La suite dans mon prochain message.