Couverture ElectroniqueS n°127

Fiat lux ! Au crépuscule des lampes à incandescence et autres néons, les Del de puissance s'approprient le marché de l'éclairage au fil de leur maturation technologique. Mais de mises en &oelig;uvre délicates, elles dépendent autant des circuits de pilotage que du choix judicieux des composants passifs associés. Pour se positionner sur le marché de l'éclairage, les diodes électroluminescentes doivent désormais répondre à une double demande. Mettre à disposition des produits aptes à fournir des effets de lumière dynamiques et vivants à bas coût et avec une fiabilité accrue, tout en apportant une réponse compatible avec les impératifs environnementaux de réduction de la consommation d'énergie. Pour obtenir le plein potentiel des luminaires à Del, la gestion précise du courant d'alimentation est une nécessité. De nombreux composants dédiés de pilotage, selon de multiples procédés de mise en &oelig;uvre, offrent un large éventail de solutions matérielles, mais le choix des composants passifs optimaux demeure un élément fondamental du design de tout contrôleur de Del d'éclairage.Les diodes peuvent être intelligemment pilotées à partir de circuits fonctionnant à basses tensions. Grâce à l'amélioration des matériaux et des processus de fabrication, il est également possible de dimensionner des Del de puissance délivrant des flux lumineux suffisants pour l'illumination des bâtiments ou des salles de spectacle aussi bien que pour les applications d'éclairage public ou de signalisation routière. De plus, l'arrivée sur le marché de Del blanches haute puissance a largement étendu les performances de ce type d'éclairage ainsi que le champ d'utilisation de ces composants. Ces diodes électroluminescentes sont déjà utilisées pour l'éclairage frontal de certains véhicules haut de gamme, alors que dans d'autres plages de couleurs leur usage se démocratise, comme pour les feux arrière de signalisation, les indicateurs de direction ou bien l'éclairage dans l'habitacle. Cependant, le plus gros secteur potentiel à conquérir pour les Del haute puissance n'est autre que le marché des applications d'éclairage général, en remplacement de l'ancestrale lampe à incandescence.Et les composants passifs ?En dehors de toute considération de principe de contrôle choisi, deux points clés du développement vont orienter le choix du circuit de contrôle de Del : limiter le nombre des composants de l'étage de commande et faciliter sa mise en &oelig;uvre autant que possible. Généralement, les éléments principaux annexes au circuit intégré sont une résistance de mesure, connectée en série avec la chaîne de diodes électroluminescentes pour produire une tension image du courant, exploitée par le circuit de contrôle, une inductance pour limiter l'ondulation du courant traversant les Del, et des condensateurs de filtrage au niveau de l'entrée d'alimentation et/ou de la tension de sortie de pilotage des diodes d'éclairage.Le dimensionnement de ces éléments réactifs aura un impact direct sur le rendement du système et sur la durée de vie de l'ensemble luminescent. Fixer une haute fréquence de découpage, par exemple, permettra d'utiliser des condensateurs et inductances de faibles valeurs, ce qui se traduira également par une diminution de surface cuivre occupée, en terme d'implantation. D'un autre côté, les valeurs sélectionnées ont aussi une influence sur l'ondulation du courant de Del. La manifestation de fortes oscillations se traduira par une dégradation du rendement énergétique et exposera les diodes à des pics d'intensité élevés, et donc à une usure prématurée. De plus, l'inductance doit être dimensionnée pour supporter ces pics de courant, ce qui se traduit généralement par un composant de grandes dimensions. Un autre facteur à prendre en considération est l'aspect perturbations électromagnétiques. Celui-ci doit être suffisamment faible pour ne pas affecter le reste du système. Des inductances CMS blindées comme celles de la série NIPS de NIC Components peuvent contribuer à réduire ces IEM.En ce qui concerne le dimensionnement des condensateurs, s'orienter vers des technologies à électrolyte standard introduit des résistances équivalentes série (ESR) élevées, avec pour conséquence une forte dissipation de puissance du fait de l'ondulation du courant. Des condensateurs caractérisés par des ESR faibles sont dès lors préconisés, telles les séries aluminium de chez NIC Components, dénommées NACZ, NACZF ou NACX, à électrolyte liquide, ou bien encore la gamme NSPE, en technologie aluminium à électrolyte hybride. Leur choix va également prendre en compte la durée de vie du système, notamment en se basant sur celle des Del haute puissance pour lesquelles les longévités annoncées peuvent atteindre près de 50 000 h. Un condensateur céramique multicouche peut-être associé en parallèle à celui à électrolyte, pour absorber une partie de l'ondulation du courant. La valeur de capacité requise dépend du courant continu maximal de Del et de la fréquence de découpage du convertisseur.Avec nombre de contrôleurs pour les applications d'éclairage à diodes de puissance, la valeur de la résistance de mesure est fixée selon la valeur du courant nominal devant traverser la chaîne de Del. Ceci parce que le contrôleur compare classiquement la tension aux bornes de cette résistance, image du courant traversant les diodes, à une référence de tension interne, afin de déterminer si l'alimentation des éléments d'éclairage doit être maintenue ou non. Une fois la valeur résistive trouvée, il reste à faire un compromis entre puissance dissipée et considération d'immunité au bruit. Dans un étage de pilotage de diodes d'éclairage constitué autour d'un contrôleur à hystérésis, par exemple, le courant des Del passe par une seule résistance. Pour un courant de 1,5 A – une valeur classique pour les applications d'éclairage architectural – une résistance de 0,1 O dissipera 225 mW. NIC Components dispose de résistances CMS adaptées à ce type d'utilisation, pouvant dissiper jusqu'à 3 W.Toutefois, même avec une architecture de l'étage de contrôle des diodes électroluminescentes optimisée, ces dernières restituent une grande partie de l'énergie consommée sous forme de chaleur. Afin de prévenir la surchauffe et la destruction conséquente du composant, des dissipateurs correctement dimensionnés peuvent être employés. Les technologies de Del à substrat métallique isolé (IMS) permettent également de dissiper davantage d'énergie. Bien entendu, les condensateurs et autres composants connexes doivent être capables de supporter le contexte thermique de fonctionnement des systèmes à diodes d'éclairage, où les températures peuvent monter jusqu'à 125°C en régime permanent.

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