Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

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Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 25 Nov 2008 01:52

Bonjour à tous,

J'ai bricolé ces jours mon montage Luxeon 5W sur Ortholux I.
Le but était d'améliorer fortement le système de refroidissement, ceci pour passer prochainement à des Leds encore plus puissantes et finalement à des flashs puissants et de très courtes durées (en cours).
Pour le rendement et la durée de vie de ces leds, j'ai donc fabriqué un thermostat + gestion d'un ventilo.

Le radiateur/ventilo provient d'un vieux PC obsolète, ici un Celeron des années 98 (plus petit que les radiateurs actuels)
La sonde utilisée est une thermistance miniature de très bonne qualité (CTN 10k, très rapide en montée).
http://chdist35.distrelec.com/distrelec ... tno=730740

Les CTN ont deux gros avantages: Elles se logent partout et coûtent 3 fois rien ! (2 euros pour la mienne, c'est en fait cher car elle est d'excellente qualité mais on en trouve à moins de 50 ct.)
Seuls "inconvénients", leurs courbes de réponse ne sont pas linéaires et elles redescendent lentement en température. Mais vous verrez que pour cette application cela n'est pas du tout un problème.
Le but était aussi de placer la sonde de température au plus proche du point de jonction de la LED, soit juste au-dessous et en plein milieux de la plaquette. Vu la très petite taille de ces composants, elles sont idéales.

Avant toutes transformations mécaniques de mon éclairage, j'ai commencé par mettre au point la partie thermistance et le pilotage du moteur ventilo.
Voici un petit schéma de principe.
La résistance 10k en parallèle de la CTN (10k aussi) permet de mieux linéariser cette dernière et évacue une partie de l'auto échauffement de la ctn.
La résistance 4.7K crée un pont diviseur qui permettra de relever des tensions, tensions qui correspondront à des températures.
L'alimentation doit être précise et stable (Vcc = 4.95v pour ce montage).
Côté gestion moteur, c'est un montage classique à transistor, ici de petite puissance car mon ventilo tire au max 60mA.
On notera aussi les deux capacités: Elles servent à filtrer ou "lisser" (mais pas encore complètement) le signal PWM provenant du Pic. En effet à basse vitesse et sans ce filtre, le moteur siffle, c'est très désagréable !
Aux vitesses rapides le problème disparaît (tension proche des 12V)

schema_thermostat.jpg
Exif et Meta MicroCartouche schema_thermostat.jpg (40.34 Kio) Vu 11786 fois


Une fois la CTN câblée (avec le câble définitif) il faut tout d'abord l'étalonner.
Ici avec un réchaud à fondue ;) + un (deux) thermomètre(s) de référence.
On note la montée en température; pour mes tests ce sera de 23 à 95°
Tous les x degrés, 5 pour les graph ci-dessous, on note soit la tension pour un montage analogique, soit directement les valeurs du Pic à travers une entrée CAN (10 bits ici).

calibration_sonde_ctn.jpg
Exif et Meta MicroCartouche calibration_sonde_ctn.jpg (155.99 Kio) Vu 11786 fois
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 25 Nov 2008 02:05

Ensuite vient le point délicat, la linéarisation.
En observant le graphique ci-dessous (de 23 à 95°), on remarquera que la courbe n'est pas linéaire du tout.
Excel ou tout autre bon tableur va faire des merveilles !!
Il suffit d'entrer les valeurs récupérées, de tracer un graphique et d'ajouter une courbe de tendance de type polynomial.
Une jolie formule va s'afficher, elle contient l'équation pour travailler avec notre CTN, magique non ?!
Sur ce graph, c'est une courbe d'ordre 2.
Avec un ordre 3, l'équation passe par tous les points relevés !!
Problème en ordre 3, les nombres manipulés sont énormes et pas gérables directement sur un microprocesseur type Picbasic (ou alors avec des astuces).

graph2.jpg
Exif et Meta MicroCartouche graph2.jpg (84.05 Kio) Vu 8296 fois

R2= coefficient de régression (ou précision de l'équation: Plus on approche de 1 plus le calcul est précis)


Beaucoup plus simple:
En réalité nous n'avons absolument pas besoin d'une plage étendue de température.
Un ou deux seuils fixes sont largement suffisants pour fabriquer un thermostat !
Et on les connait après un étalonnage ;)

Mais pour diverses raisons, je préférais avoir une mesure continue: Si on se limite à une plage restreinte, par exemple de 25 à 65°, on remarque que la courbe devient quasiment linéaire !
Au delà de 65°, on commence à prendre de gros risques pour la led, surtout que la température réelle du point de jonction doit être supérieure à nos relevés sous la plaquette de support ! [*]
Et en dessous de 25°, les informations nous sont inutiles...
(en réalité, mon thermostat coupe l'alim si plus de 45°, température que je n'atteins jamais avec le ventilo, même à 1000mA !)

[*] Lumiled dans sa documentation indique une différence de +20°C entre le support et le point de jonction (Tj)

J'ai donc refait un graph avec une plage plus petite et ajouté une courbe de tendance mais cette fois linéaire. Encore une fois, on récupère l'équation donnée par le tableur et le tour est joué.

graph1.jpg
Exif et Meta MicroCartouche graph1.jpg (58.81 Kio) Vu 8300 fois



En basique (picbasic), deux lignes de codes suffisent à réaliser ce travail !
On aura ainsi une gamme de température à la décimale près, sur toute notre plage.
Dim VarCtn as Integer 'déclaration de variable
Dim VarTemp as Single 'déclaration de variable

VarCtn = ADIN(no. de broche pour la ctn) 'on récupère la conversion analogique digitale (CAN) de la tension de la thermistance (CTN)
VarTemp = 0.157760138 * CSNG(VarCtn) - 54.33630033 'on applique l'équation donnée par Excel et la température est trouvée !
(CSNG est une conversion de variable integer en single)


Télécharger le fichier Excel:
calibration_ctn_led_ortholux.xls
(211.5 Kio) Téléchargé 30 fois
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 25 Nov 2008 02:33

Une fois la partie électronique au point, je me suis lancé dans les transformations mécaniques.
- On notera l'ajout de rainures (d'ailettes) dans l'ancien support en alu afin d'améliorer l'échange thermique.
- Le fraisage (un peu trop gros) pour le passage de la CTN: La tranchée est remplie de pâte thermique à l'argent et la ctn est positionnée sous la plaquette de la Led.
(un bouchon a été ajouté pour maintenir les câbles et empêcher la pâte de sortir du fraisage)
- L'ajout du radiateur + ventilo. Le radiateur est solidement vissé et de la pâte thermique est aussi utilisée ici.

usinage_radiateur_1.jpg



Sur cette image ce n'est pas la Luxeon 5W mais une Ostar 22W que je pense tester bientôt.
Les dimensions sont les mêmes.
Remarquez aussi le serrage en 3 points, mentionné comme le minimum dans les documentations. Les filetages libres pourraient être utilisés à d'autres fins.
A noter: l'Ostar comporte un emplacement en surface pour souder une thermistance, mais au format miniature (SMD) ce qui ne faciliterait pas l'amateur, surtout pour étalonner celle-ci ...
usinage_radiateur_1b.jpg


Ajout du couple radiateur + ventilo PC
usinage_radiateur_2.jpg


Le tout monté dans le collimateur de l'Ortholux I
usinage_radiateur_3.jpg
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 25 Nov 2008 02:42

Finalement, ajout de la température dans mon programme de gestion sur PC.
(avec un petit graph en temps réel pour tester tout ça :) )

Conclusion: Le simple fait d'avoir tourné des ailettes supplémentaires et ajouté un radiateur permet de ne jamais dépasser les 27-28° à une intensité intermédiaire !* (ce qui est déjà largement suffisant et permet d'utiliser la Luxeon 5W dans son meilleur rendement)
J'ai gagné environ 10° sur mon ancien montage et sans faire fonctionner le ventilo !

A plein pot (700mA) et sur plusieurs heures, le ventilo se met en route seulement après plusieurs minutes et permet de ne jamais dépasser les 29°
Il ne tourne pas continuellement et fait très vite redescendre la température au seuil indiqué (27° pour mon code)

Je me réjouis de tester ce montage avec des leds plus puissantes !!
Ce qui sera la suite de mon projet pour cet hiver ;)

* la température ambiante était d'env. 23°

Amitiés à tous

driver_led_-_interface_pc.jpg
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Bertrand » 25 Nov 2008 15:51

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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede jean593 » 19 Avr 2010 18:01

Bonjour;
C'est pour faire baver?!Le néophyte est interloqué:au moment où, après avoir longtemps embêté pour réunir les renseignements pour faire un choix,voilà que vous nous montrez une autre voie! Et quelle serait la led, Osram ou autre type ?
J'admire...
Jean 593
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede jean593 » 04 Mai 2010 09:42

Bonjour,Christian,et à tous.
Tout à fait admiratif devant cette expérimentation (je me sens tout petit!) je suis aussi très concerné par sa publication.Car sur mon NS 400,je prévoyais un équipement en Luxéon 5w, et un maintien parallèle de la possibilité d'utiliser les halogènes d'origine,pour la photo.
Mais, là, je me dis que l'emploi de leds plus puissantes (Ostar 22w, puisqu'elles ne chauffent pas plus, semble-t-il ) pourrait m'affranchir de cette nécessité,en utilisant un ventilateur que j'imagine permanent,car c'est déjà un challenge comme cela.Est-ce corresct?Merci.
Jean MARIE (593)
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 05 Mai 2010 21:38

Bonjour Jean (Marie),
J'ai essayé de répondre plusieurs fois à tes courriels mais ton compte semble saturé (erreur "over quota") …
Je ne sais pas si ce fil est le meilleur pour reprendre une discussion commencée ailleurs > viewtopic.php?f=60&t=2269&p=25728#p25728
Néanmoins, je vais me répéter mais les Led très puissantes du genre Ostar 22W (en fait c'est 27W, mea culpa !) sont à mon avis utiles uniquement pour des éclairages bien particuliers ou des tests. (dans mon cas c'est les possibilités d'impulsions très courtes)
Une Led 5W est j'imagine suffisante pour la majorité des microscopes optiques classiques et les applications conventionnelles (Fond clair, fond noir, contraste de phase. Pour le DIC je n'y ai pas accès ... donc ?? )
Jean593" a écrit: ... puisqu'elles ne chauffent pas plus, semble-t-il ...

Attention : Cette Led ne chauffe pas plus qu'une 5W à une intensité lumineuse égale !
Bien évidemment si on dépasse ce point, l'Ostar chauffera plus, et même beaucoup plus si on la pousse au maximum ! *
Il faut donc soigner son refroidissement et adapter un radiateur bien conçu et bien dimensionné. Pour ma part je me contente de mes bricolages et travail de manière un peu empirique. En revanche j'effectue une vérification constante de la température.
C'était d'ailleurs le but de ce sujet ! ;)

* Pour rappel, plus une Led chauffe, plus elle perd de ses performances (donc éclaire moins et perd de sa longévité).
Arrivée à sa température critique, elle crame !
Une Ostar 27W coûte à l'heure actuelle au mieux une quarantaine d'euros mais je l'ai vu à 105 euros chez Farnell :loc:
Il est aussi fortement conseillé d'utiliser un driver dédié + une alimentation de 30 V / 1.5 A (si pas déjà inclue avec le driver)
Par ailleurs il faut vérifier et tenir compte de la surface émettrice selon son microscope (cf éclairage de Khöler)
Pour infos : Osram Ostar LE W E3B, voir http://catalog.osram-os.com/catalogue/c ... owBookmark (datasheet disponible depuis ce site)


Pour compléter les images déjà postées, voilà l'évolution du passage de la sonde.
(sur le premier proto, la tranchée n'était pas des plus heureuse … :? )
Il y aurait encore beaucoup de possibilités d'amélioration (évacuation au plus proche de la Led, noyaux de cuivre, etc …)

tournage-ortholux-1.jpg
Exif et Meta MicroCartouche tournage-ortholux-1.jpg (26.8 Kio) Vu 10081 fois


Un autre proto. Si besoin je peux fixer un ventilo sur ces deux modèles.

radiateur-a-ailette-1.jpg
Exif et Meta MicroCartouche radiateur-a-ailette-1.jpg (30.46 Kio) Vu 10077 fois


Pour finir, bien que cela n'amène pas grand chose de plus au sujet, ma dernière interface PC, toujours en phase de test, avec plein de câbles volants et du b...del partout sur mon bureau :D :D

interface_pc_3.jpg
Exif et Meta MicroCartouche interface_pc_3.jpg (103.83 Kio) Vu 10072 fois
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede Christian » 05 Mai 2010 23:49

Re,
J'oubliais quelque chose d'important :
C'est pour faire baver ?! Le néophyte est interloqué

Mon but est en aucun cas la frime.
J'aimerais pouvoir proposer (un jour) un typon abouti + une interface ordinateur-microscope téléchargeable.
Je pense depuis longtemps que les possibilités des logiciels de stacking ainsi que les performances des Led mériteraient des schémas de réalisation * et des montages (automatisation) comme on peut en voir chez les astronomes amateurs pour d'autres applications.
Mais je ne suis pas du tout du métier (des métiers) et tout ceci prend du temps ! Je laisse aussi tout en plan régulièrement pour me faire plaisir avec les observations et bien d'autres activités ;)
Un des avantages d'un forum, je pense ici particulièrement aux bricoleurs, est de pouvoir démontrer qu'il est possible avec peu de moyens d'atteindre des systèmes performants et s'entraider en cas de problèmes techniques.

* J'en ai publié quelques-uns, ainsi que Gérard W. et Jean-Marie (pardon si j'en oublie). Ces documents sont en principe sur le forum bricolage, mais peuvent-être aussi insérés dans d'autres sujets ...
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Re: Eclairage LED, amélioration d'un radiateur

Messagede pierre4fun » 06 Mai 2010 07:13

Bonjour Christian,


Merci pour tes réponses.

Connais tu les leds Luminus ?
http://www.luminus.com/content1504

Ton interface est superbe et ton système automatisé me semble particulièrement poussé.

Est ce que le programme calcule le pas en fonction de l'objectif, et le nombre de prises de vues en fonction de la valeur mesurée pour l'image nette haute et l'image nette basse?
Amicalement, Pierre
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