Alimenter LED en 700mA sur pin I/O Arduino

Avec un transistor ?

L'auteur de ce sujet a trouvé une solution à son problème.
Auteur du sujet

Bonjour à tous,

Je souhaiterai alimenter une LED 3W (de ce type) à l'aide d'une platine Arduino et être capable de commander son allumage/extinction de manière logicielle avec l'Arduino.

Je dispose d'une platine Arduino Due capable de délivrer 130mA sur les pins I/O et 800mA sur le port d'alim 3.3V. La LED peut-donc être alimentée et commandée sur les pins I/O mais pas à pleine puissance alors que sur le port 3.3V on est capable de l'alimenter à pleine puissance mais pas de la commander… Plutôt facheux vous en conviendrez :-p

Nous avons donc réfléchi à l'utilisation d'un transistor (NPN) pour solutionner notre problème afin d'utiliser le circuit d'alimentation en 3.3V sur les pattes "collecteur" et "émetteur" pour alimenter la LED et la contrôler avec la sortie pin I/O sur la patte "base" du transistor.

Pour vous donner une idée, ça donnerait ça :

Schéma électrique

Dans un premier temps ma question est donc, est-ce que cette solution serait fonctionelle ?

Ensuite, il s'agit de dimensionner le transistor. Pour ça on s'est documenté, on a lu des trucs, on a pas tout compris, on a noté les formules et tenté des trucs.

On a fait des mesures avec la LED, on a $Ic=235mA$. Pas 700mA comme indiqué dans sa "doc". Pourquoi ? Je sais pas. C'est comme ça. Toujours est-il que ça semble suffire par rapport à nos besoins vu l'éclairage qu'elle donne.

On sait que $Ie=Ib+Ic$.

On a Ib qui est donc égal à $Ib=130mA$ (intensité de sortie de l'arduino).

Soit $Ic=hFE.Ib$ ; on a donc $hFE=1.8$

Is that correct ? Il nous faut maintenant déterminer les informations concernant la saturation du transistor (qu'on puisse soit fermer soit ouvrir le circuit de la LED), mais là on sèche un peu … :/

En vous remerciant d'avance :-)

Édité par Polo

The difference between stupidity and genius is that genius has its limits.

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  1. on commande une led en courant. pas en tension. idem pour un transistor.
  2. tu dois limiter le courant qui traverse la diode et le transistor avec une résistance qui "encaisse le surplus de tension" en gros.
  3. pourquoi ce symbole pour entre le transistor et la masse?
  4. moi j'aurais plutôt fait ça(clique c'est un lien)

Édité par remace

Oui. Non. Attends, je regarde mieux et je te dis.

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Salut :)

Il me semble que ça n'est pas une très bonne idée d'alimenter directement ta LED avec la carte Arduino. Quand tu regardes la doc de ta LED, la chute de tension directe est de l'ordre de 3.3V, soit ta tension d'alimentation. Si tu ajoutes celle du transistor, tu te retrouves potentiellement avec une chute de tension supérieur à ta tension d'alimentation. En plus, ces données sont aux tolérances près. Si ça fonctionne, je pense que c'est un coup de bol, et que ça risque de ne pas fonctionner longtemps.

Il y a une explication de tout ça sur le site sonelec (regarde vers la fin, il y a une partie sur les LED de puissance). Je suis sûr que tu devrais trouver sur le site un montage pour une alimentation à courant constant et l'Arduino sert uniquement de commande.

Pour ma part, j'utilise ce genre de LED pour un éclairage d'aquarium. Il existe des composants tout fait pour alimenter ces LED haute puissance, ce qui simplifie grandement le montage. Il faut également veiller à leur refroidissement (utilisation d'un dissipateur thermique indispensable).

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pourquoi en PWM? une led c'est "allumé" ou "éteint", non?

remace

Ben non, tu peux en faire varier la luminosité grâce au PWM. Ceci-dit je soupçonne Nexyll de se moquer gentiment de nous PWM (on dirait analogique en automatisme) et TOR (Tout ou Rien) étant antinomique :lol:

A mon sens, le problème n'est de toute façon pas là. Ca revient à se demander si il faut utiliser la commande pour alimenter la puissance. Pour ma part, je n'utiliserais pas l'alimentation de la carte pour alimenter une LED de puissance.

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Auteur du sujet

Merci à tous pour vos réponses :-)

Après quelques expérimentations, nous avons finalement trouvé une "solution".Entre guillemets parce-que à la place de nos 2 resistances 10ohms 1/4 de watts il faudrait des résistances de puissance. Pour le moment ça tient car nous n'éméttons que de brefs signaux, mais c'est pas le top quoi…

C'est ce qui est illustré dans le lien donné par Nexyll juste au dessus.

On arrive à retrouver sensiblement la puissance lumineuse maxi de la LED avec ce montage tout en étant capable de la commander avec le pin10.

Nous avons actuellement un transistor NPN BDX33.

Ci dessous l'image de notre montage actuel :

Schema

Édité par Polo

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Cette réponse a aidé l'auteur du sujet

@Nexyll : on devrait t’appeler le dictionnaire des acronymes :lol: MLI (Modulation de largeur d'impulsion) = PWM (Pulse Width Modulation) c'est toujours antinomique avec TOR (Tout ou rien).

Sinon, le problème ici, c'est qu'il s'agit d'une LED de puissance (3W) et pas d'une simple LED. Prenons l'exemple du montage que tu propose avec une alim de 5V

La LED à une tension directe de 3.3V et on veut une luminosité nominale obtenue à 700mA. On néglige la tension directe du transistor.

On à donc $VR_3=1.7V$ soit

$$R3=\frac{1.7}{0.7}=2.43 \Omega$$
On prend la résistance à la valeur normalisée la plus proche, soit $3.3\Omega$. Ça nous donne donc un courant de $\frac{1.7}{3.3}=520mA$, soit 3/4 du courant souhaité (donc LED moins lumineuse).

De plus, la puissance à dissiper par $R_3$ est alors de $0.880W$, et une simple résistance 1/4 de Watt est alors insuffisante.

Et tout cela est en prenant en compte uniquement des valeurs théoriques sans prendre en compte la précisions des caractéristiques des composants. Voilà ce que ça donne avec une précision de 5%.

Hypothèse défensive Théorique Hypothèse favorable
Tension Alim (V) 4,75 5 5,25
Tension LED(V) 4,5 3,3 3
Résistance ($\Omega$) 3,465 3,3 3,135
Tension Transistor (V) 0,1 0 0,01
Courant LED (mA) 43,29 520 714,51
Puissance résistance (W) 0,01 0,88 1,60

On voit que dans le meilleur des cas (Tension d'alim à +5%, tension directe de la LED faible et résistance de limitation de courant à -5%), on arrive au courant nominal (légèrement supérieur d'ailleurs).

Si on pars sur une résistance de $2.2\Omega$, ça donne ça

Hypothèse défensive Théorique Hypothèse LED grillée
Tension Alim (V) 4,75 5 5,25
Tension LED(V) 4,5 3,3 3
Résistance ($\Omega$) 2,31 2,2 2,09
Tension Transistor (V) 0,1 0 0,01
Courant LED (mA) 64,94 770 1071,77
Puissance résistance (W) 0,01 1,31 2,40

La, théoriquement, ça passe et si la tension d'alim est un peu élevée on crame la LED.

Bref, il faut impérativement une alimentation à courant constant, quelques soient les tensions des différents composants. Pour info, ça existe tout fait. Mais, ça nécessite une tension de quelques volts supérieur à la tension des LED. Donc, l'alim en 5V risque d'être courte.

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Auteur du sujet

Merci beaucoup pour cette réponse si complète @bendia, elle m'a beaucoup éclairé. Je ne te réponds que maintenant car j'avais besoin d'étudier ça l'esprit reposé… :)

Mais la question que je me pose c'est : si on alimente l'arduino de manière "stable", pourquoi le courant et la tension aux bornes de ses pins 5V/GND ne le seraient-ils pas ? Pourquoi faudrait-il une alim externe pour la LED ?

Ensuite histoire d'être sûr de pas griller la LED, il serait peut-etre mieux de mettre une résistance de 2.4 (ou même 2.7ohms) en 2W , comme celle-ci ; qu'en penses-tu ?

Édité par Polo

The difference between stupidity and genius is that genius has its limits.

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Salut :) A mon tour de laguer, désolé ;)

Précisons, je ne suis pas un pro, ce que je dis est donc uniquement issu de ce que j'ai lu sur le sujet et de ma petite expérience avec les rubans de LED, qui mettait moins de 3 mois à cramer dans mon aquarium. J'avais trouvé une explication et je m'étais dirigé ensuite vers les LED de puissance alimentées via des drivers. Je n'ai pas eu de soucis depuis.

Pourquoi faudrait-il une alim externe pour la LED ?

Parce que d'une part, c'est peut-être stable, mais pas nécessairement exactement 5V (voir datasheet du LM7805), et que d'autre part, il me semble que la somme des tensions de ta LED+transistor est super proche des 5V en question. Bref, tu ne te laisses que peu de marge, et notamment pas celle de la précision des composants.

Idem pour le 800mA, tu viens flirter avec les limites du matériel. Pour une petite expérience de très courte durée, ça fonctionne peut-être, mais si la LED doit être allumée longtemps, ça risque de fumer la carte. Pour exemple, je crois qu'on recommande de garder une marge de sécurité de l'ordre de 20% lorsqu'on dimensionne une alimentation. Là, tu t'en laisses plutôt 12 ou 13%.

Donc, je pense vraiment que ce n'est pas une bonne pratique d'alimenter des composants gourmands directement avec la carte.

Ensuite histoire d'être sûr de pas griller la LED, il serait peut-etre mieux de mettre une résistance de 2.4 (ou même 2.7ohms) en 2W , comme celle-ci ; qu'en penses-tu ?

Même réponse que plus haut. Il semble que la bonne pratique soit d'alimenter ce genre de LED via un driver, c'est à dire une alimentation à courant constant (c'est même ce qui est préconisé pour les rubans de LED quand tu lis dans le détails mon lien). Si c'est pour une courte expérimentation, ça doit pouvoir fonctionner, mais ça n'est pas l'idéal.

Autre truc, ces LED doivent êtres refroidies. Il faut y adjoindre un dissipateur thermique (cf datasheet de la LED, 5s max sans dissipateur).

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