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Les Alimentations LED pour l’éclairage

Les différents types d'Alimentations LED ou driver LED

Cet article vous présente les différents types d’alimentations LED (driver LED) utilisées pour piloter un luminaire:

  • Les deux types d’alimentation soit à courant constant (CC) ou tension constante (CV) 
  • Les méthodes de gradation (dimming) et leurs variateurs associés.

Le rôle de l'alimentation LED

L’alimentation LED délivre la puissance électrique (Watt) nécessaire au luminaire pour être convertie en puissance lumineuse souhaitée (nombre de lumen). L’alimentation sélectionnée par le fabricant fournit le couple courant/tension requis selon l’intégration du(es) module(s) LED présent(s) dans le luminaire. Les puces LED unitaires sont assemblées sur la carte électronique en série et/ou parallèle selon le montage du fabricant. Elles requièrent une polarisation directe pour injecter un courant continu dans la LED, courant qui est converti en lumière. Par exemple pour chaque LED unitaire une polarisation de l’ordre de 3,0 V et un courant de l’ordre de 50-60 mA (dépendants des puces LED intégrées par le fabricant). Une alimentation branchée sur le secteur 230V doit par conséquent transformer le courant alternatif à l’entrée en un couple tension/courant continu à la sortie. L’alimentation contient un ensemble de composants électroniques (bobines, capacités, résistances, transistors) pour réaliser cette conversion. On parle ainsi de design de circuits d’électronique de puissance. Un système de conversion entrée/sortie implique toujours un rendement de conversion qui définit l’efficacité de l’alimentation: Rendement = Puissance sortie (W) / Puissance entrée (W) Une bonne alimentation LED affiche une efficacité supérieure ou égale à 90% à pleine charge (load). Cette efficacité peut diminuer en cas de diminution de la charge par exemple pour la gradation de lumière.
Schéma alimentation d'un module LED
Schéma d'alimentation d'un module LED avec une alimenation LED branchée sur le secteur
Luminaire Lumeninside

Les différents types d'alimentations

On distingue 2 types d’alimentations LED pilotées par:

  • Courant constant plus stable en luminosité (car l’intensité lumineuse de la puce LED est proportionnelle au courant injecté dans cette puce). En anglais Constant Current (CC).
  • Tension constante plus adaptée pour utiliser des arrivées électriques avec des tensions standardisées (12V, 24V). En anglais Constant Voltage (CV).

 

Lumeninside a choisi d’utiliser uniquement des alimentations à courant constant pour ses applications d’éclairage qui se branche sur le secteur. Elles garantissent une plus grande stabilité de la lumière et un meilleur contrôle de l’efficacité selon les variations de l’environnement (température, réseau électrique…).

Le schéma ci-dessous montre les caractéristiques courant-tension d’une puce LED unitaire en production (SMD 4014). Il permet de comprendre la plus grande stabilité de la régulation en courant constant. L’intensité lumineuse émise par une LED est directement proportionnelle au courant circulant dans la LED.

Comme on peut le voir sur le diagramme, la résultante d’une variation de +5% du réglage nominal causée par une fluctuation de l’environnement est beaucoup plus impactante si la variation intervient sur la tension. Cette variation de tension (par exemple une tension nominale de 3,0V variant de +5% soit 3,15V) entraine une plus grande variation de courant (+25mA) et donc au final d’intensité lumineuse.

Diagramme courant-tension d'une puce LED et variation de +5% autour du réglage nominal

Il existe par ailleurs pour ces 2 types d’alimentation des options de gradation. La gradation de la lumière (dimming en anglais) est le fait de faire varier l’intensité lumineuse avec un pas quasi-continue.

Plusieurs méthodes de dimming sont utilisées en faisant varier le signal (courant/tension) situé en:

  • Entrée de l’alimentation
  • Sortie de l’alimentation

 

En conséquence, l’alimentation est spécifiquement désignée avec les composants électroniques requis pour réaliser la variation du signal. Le signal de commande de gradation est envoyée par l’utilisateur grâce à un variateur associée à l’alimentation.

Luminaire Lumeninside

La gradation par phase cut ou TRIAC

La gradation par phase-cut ou TRIAC est une gradation réalisée par la variation du signal d’entrée de l’alimentation; c’est à dire une variation du signal sinusoïdal du réseau électrique. Le variateur associé est de fait un variateur spécifique au phase-cut.

Avec cette méthode le signal sinusoidal du réseau électrique est coupé (par l’intermédiaire du variateur phase-cut) à intervalles réguliers. La fréquence de coupure est ajustée par l’utilisateur avec le variateur et donc au final la lumière émise par le module LED du luminaire.

Alimentation phase-cut et variateur phase-cut
Alimentation LED et variateur phase-cut

Cette méthode fait partie des gradations “anciennes générations”. En effet, elle était utilisée pour la gradation des ampoules à incandescence et halogène. Elle ne nécessite pas de recâblage et peut convenir pour la gradation de luminaire LED. Cependant les gradations de nouvelles générations éffectuées sur le signal de sortie de l’alimentation sont plus adaptées pour la technologie LED. Le scintillement (flickering) est plus fréquent avec la gradation en phase-cut en particulier à faible luminosité.

Luminaire Lumeninside

La gradation du signal de sortie de l'alimentation

Les gradations 0-10V, DALI, PWM

Les nouvelles générations d’alimentation avec option de gradation permettent à l’utilisateur d’agir directement sur le signal de sortie:

  • 0-10V: Le variateur commandé par l’utilisateur – en général en bouton rotatif – envoie un signal analogique entre 0 et 10V à l’alimentation (0V = 0% lumière 10V=100% de lumière)

 

  • DALI (Digital Addressable Lighting Interface): Le variateur envoie une commande par signaux numériques à l’alimentation avec un protocole dédié. Ce protocole a été développé spécifiquement pour l’éclairage. Il convient bien pour les grands bâtiments avec un adressage de chaque points lumineux. Une interface reliée à un PC de commande peut remplacer le variateur pour piloter tous les points lumineux grâce à un logiciel.

 

  • PWM (Pulse Width Modulation): Le variateur envoie un signal numérique modulé en fréquence pour couper le signal de sortie continu vers le module LED. La moyenne du signal ainsi obtenue correspond à la gradation souhaitée.
Alimentation 0-10V, DALI, PVM
Alimentation LED et variateur 0-10V, DALI et PWM

Ces méthodes 0-10V, DALI ou PWM sont indépendantes. C’est à dire qu’il faut vérifier à la fois que l’alimentation LED et le variateur sont compatibles avec la méthode employée. Cependant certaines alimentations supportent plusieurs méthodes (par exemple le 0-10V et le PWM).

Ces différentes méthodes nécessitent un câblage avec 2 fils supplémentaires en sortie de l’alimentation pour une connexion au variateur. Afin d’éviter ce câblage supplémentaire, des solutions de gradation avec des signaux de commande sans fil se sont développées.

Les gradations par signal Wireless (WiFi, Bluetooth, EnOcean).

Les méthodes les plus modernes utilisées pour la gradation du signal en sortie d’alimentation et qui ne nécessitent pas de câblage additionnel se font avec des protocoles de communication sans fil (wireless).

Les protocoles sans fil de type WiFi ou Bluetooth sont généralement utilisés sans variateur. En effet la commande se fait au travers d’une App du téléphone mobile ou d”une tablette connectés à l’alimentation par le réseau WiFi ou Bluetooth.

Lumeninside a choisi pour ses plafonniers et appliques de ne pas utiliser cette solution qui suppose la consommation d’électricité supplémentaire. Nous utilisons le protocole sans fil basse consommation EnOcean. Le variateur EnOcean (interrupteur mural-variateur) fonctionne grâce à l’énergie générée et récupérée lorsque l’utilisateur appuie sur l’interrupteur. Le signal de commande est alors envoyé avec ce protocole  jusqu’à l’alimentation. 

Alimentation et variateur EnOcean
Alimentation et variateur EnOcean

Concernant la gradation de nos lampes qui font aussi veilleuse, nous proposons une gradation avec un signal sans fil RF 2,4 GHz et un variateur sous forme de télécommande. La télécommande s’avère plus pratique (mobile) pour l’utilisateur. La télécommande est alimentée avec 2 piles. Nous attendons avec impatience la version EnOcean avec récupération d’énergie.

Luminaire Lumeninside

Conclusion

L’alimentation LED transforme le courant alternatif du réseau en un couple tension-courant dimensionné pour le luminaire. Elle fournit l’énergie électrique qui est transformé en énergie lumineuse par chaque puce LED unitaire.

Il existe deux types d’alimentation et plusieurs méthodes de gradation. Lumeninside a opté pour des alimentations en courant continu plus stables en luminosité. De plus nous avons sélectionné une méthode de gradation avec un protocole de communication sans fil pour éviter le recâblage et le coût engendré sur des installations déjà existantes. Le protocole basse consommation EnOcean avec récupération d’énergie s’accorde pleinement à notre démarche écoresponsable.

Alimentation LED

Les différentes alimentations LED pour luminaire | Lumeninside

Présentation des différents types d'alimentation LED pour luminaires, des méthodes de gradation de lumière (dimming) et leurs variateurs associés.

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