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PWM, analogique, combinaison

Variation des sources lumineuses LED

Le flux lumineux d'une LED dépend du courant direct. Une réduction du courant par rapport au courant nominal maximum provoque une réduction du flux lumineux. Cela fait que la température de la couche de barrière diminue de même que la densité du courant dans le semi-conducteur, ce qui aboutit généralement à une efficience améliorée de la LED par rapport au courant nominal maximum.

La réduction de courant peut se faire de deux manières: analogique par réduction de l'amplitude
ou par modulation par largeur d'impulsions.

 

Variation par la méthode analogique

Le flux lumineux est atténué par réduction de l'amplitude du courant direct. Dès qu'un certain niveau souhaité de lumière ou de courant est atteint, celui-ci reste constant dans le temps.

 

Fig. 1: Variation analogique de courant des LED 

AnalogesStromdimmenLED

 

Limitations de la variation analogique

La plage de variation vers des positions analogiques trop réduites peut être limitée par différents effets ou facteurs d'influence:

  • Pour les courants ou positions de variation très faibles, il est possible que le rendement lumineux de diverses LED diffère de manière sensible par exemple dans un module LED. Dans
    le cas extrême, quelques LED sont déjà sombres tandis que d'autres émettent encore de la lumière. Cet effet peut aboutir par exemple à une limite inférieure de variation de 5 pourcent du courant nominal maximum.
  • Avec les LED blanches à variation analogique, il se peut que le point de chromaticité soit nettement décalé, en particulier pour les positions basses de variation. Dans les applications délicates du point de vue des couleurs, cela peut entraîner une limitation de la plage de variation analogique par exemple à 30 pourcent du courant nominal maximum.
  • Les appareils d'alimentation électroniques variables pour LED ont, suivant le concept spécifique du circuit, une plage limitée de variation du courant qui peut en outre dépendre d'autres facteurs (par ex. tension de service du module LED raccordé).

 

Modulation par largeur d'impulsions

Une autre méthode de réduction de la valeur moyenne du courant direct est la modulation par largeur d'impulsions (Pulse Width Modulation, PWM). Le passage du courant à travers la LED est interrompu cycliquement au rythme d'une certaine fréquence PWM. Plus les coupures de courant entre les phases restantes à amplitude constante sont longues, plus le courant efficace ou moyen à travers la LED diminue et, partant, la luminosité perçue. La fréquence PWM est de l'ordre de 100 Hz à 1 kHz et dimensionnée de sorte à ne pas provoquer de vacillement perceptible à l'œil humain, bien qu'il en résulte une modulation de lumière.

 

Fig. 2: Variation des LED par PWM

 

3 PWM-DimmenLED

 

Avantages de la variation à modulation par largeur d'impulsions

Les avantages de la variation PWM par rapport à la variation analogique sont particulièrement sensibles pour les faibles valeurs de luminosité:

  • Pour les valeurs de variation très basses, il n'y a guère de différences visibles de luminosité
    entre les différentes LED et les décalages de couleur ne sont guère perceptibles.
  • Le réglage des valeurs de luminosité est plus précis.

Des limitations peuvent être dues à des oscillations mécaniques et acoustiques, à la résonance de la fréquence de modulation de la largeur d'impulsions et à des propriétés d'oscillation du luminaire.

 

Commande combinée analogique et par largeur d'impulsions

La combinaison des deux méthodes de variation permet de profiter des avantages des deux systèmes. On peut par exemple appliquer la variation analogique de courant dans la gamme de 100 pourcent à 30 pourcent et passer ensuite directement à une variation PWM jusqu'à de très petites valeurs de variation. Cela permet non seulement d'éviter les problèmes susmentionnés de la variation analogique mais encore de minimiser la modulation résiduelle de lumière de la variation par PWM ainsi que d'éviter les oscillations audibles.

 

Commande des appareils d'alimentation pour LED

La manière dont l'information d'un niveau de luminosité voulu passe de l'unité de commande vers un appareil d'alimentation LED et enfin à la LED peut être très variable.

Pour les applications surtout professionnelles, l'industrie de l'éclairage propose des protocoles de commande identiques par exemple à ceux des appareils d'alimentation pour lampes à fluorescence. Entre autres DALI, 1 – 10 V, variation à touches, etc., qui nécessitent des lignes de commande supplémentaires à côté de la pure alimentation en tension.

Dans les applications ne permettant pas le raccordement de lignes de commande séparées (par ex. lampe LED à appareil d'alimentation intégré), la variation peut se faire par phase, DLT (signaux numériques de commande sur la ligne réseau) ou par radiocommande.

 

Fig. 3: Combinaison de variation analogique et PWM

 

4 KombAnalog PWMDimmen

Avec tous les systèmes, un signal de commande de l'appareil d'alimentation est converti en commande analogique par courant ou modulation par largeur d'impulsions.

 

Les appareils d'alimentation modernes pour LED à interface DALI sont souvent non seulement conformes à la toute dernière norme mais offrent en outre de multiples possibilités de programmation spécifique au client ou mettent à disposition d'importantes informations d'alimentation (par ex. consommation actuelle).

 

Commande de lampes LED (à appareil d'alimentation électronique intégré)

D'une manière générale: la possibilité de commander les lampes LED à embase bipolaire (la plupart du temps E27, E14 ou GU10) est limitée aux systèmes de commande permettant une transmission de signal par la ligne réseau ou par radio. Etant donné que ces lampes sont utilisées dans la plupart des cas en remplacement de lampes à incandescence, on souhaiterait pouvoir les utiliser avec des variateurs de phase déjà existants ou par simple remplacement par des variateurs appropriés.

 

Lampes LED variables par variateur de phase

Des lampes LED à appareil d'alimentation électronique intégré (souvent appelées LED Retrofit ou de substitution) sont également disponibles en différentes exécutions. Ceci est généralement indiqué clairement par la marque ‚dimmable'. Les lampes LED sans cette marque ne sont généralement pas dimmables. Mais tous les variateurs ne conviennent pas aux lampes LED. Les combinaisons admises et fonctionnant correctement de lampe LED et de type de variateurs peuvent être empruntées aux fiches des fabricants ou à des listes spéciales de combinaison des fournisseurs de lampes et de variateurs.

D'une manière générale, on ne peut se fier au fait qu'un soi-disant ‚variateur pour LED ' soit combinable avec n'importe quelle lampe LED ‚dimmable'.

 

Les raisons sont liées au fait que l'interface entre le variateur et la lampe LED n'est pas normalisée.

Contrairement aux lampes à incandescence, qui présentent une caractéristique électrique initiale très simple et facile à
manier, la situation est nettement plus complexe avec les lampes LED. Ici, l'électronique intégrée fournit un courant continu à partir de la tension alternative du réseau appliquée à la douille de la lampe, ceci à l'aide d'une petite alimentation à découpage. Afin de satisfaire aux prescriptions CEM applicables, des composants d'antiparasitage y sont en outre contenus. Lors de la conception des variateurs pour lampes LED, il faut donc tenir compte de nouvelles conditions.

Les variateurs de phase pour lampes LED doivent venir à bout de courants de charge relativement faibles et ne doivent pas être influencés par le comportement électrique en partie complexe des différents types de lampes LED.

 

Le concept du circuit de lampes LED variables est en revanche fait de manière à agir ‚vers l'extérieur', donc pour le variateur placé en amont, le plus possible comme une lampe à incandescence, et à traduire la tension de sortie d'un variateur de phase en un courant LED réduit en conséquence.

 

Etant donné que cette ‚interface de variateur ' entre le variateur de phase et la lampe LED n'est pas
encore standardisée, Les fabricants de lampes LED et de variateurs doivent également indiquer dans leurs informations des produits compatibles.

 

Actuellement, les services internationaux de normalisation se consultent sur une standardisation
de l'interface entre variateurs de phase et lampes LED.

 

Lampes LED, variables par signaux numériques superposés au réseau

En principe, il existe de nombreuses manières de superposer à la tension du réseau des signaux supplémentaires permettant de transmettre des informations d'un variateur à une lampe. Contrairement à la variation de phase, la forme sinusoïdale de la tension réseau est largement maintenue, à part les signaux de commande modulés sur elle. Un exemple en est la ‚Digital Load Transformation (DLT) ' désormais spécification CEI valable au niveau international.

 

Le principe de la DLT consiste à transmettre d'un appareil de commande à une lampe une information numérique de variation.

 

Un appareil de commande (Control Unit) injecte sur la ligne d'alimentation l'information à transmettre, par ex. une valeur de luminosité, L'information superposée à la tension d'alimentation est décodée dans la lampe et provoque une action correspondante (par ex. réglage de luminosité) (voir fig. 4).

 

Etant donné que la transmission numérique normalisée de l'information depuis un appareil de commande DLT vers une lampe LED qui comprend DLT est fixée de manière univoque, toutes les combinaisons de lampes et appareils de  commande fonctionnent ensemble indépendamment des fabricants. Il suffit de remplacer, dans l'installation existante, l'interrupteur de lumière ou le variateur de phase par un appareil de commande DLT.

 

Le protocole DLT permet même des fonctions de commande supplémentaires en utilisant des appareils de commande et lampes équipés en conséquence, comme l'attribution à des groupes ou le réglage de la température de couleur.

 

Fig. 4: Principe de fonctionnement d'un système de lampes à variation DLT avec transmission numérique d'information (source Osram)

  

5 FunktionsprinzipDLT 

 

Domaines d'utilisation typiques des techno­lo­gies de lampes

D'une manière générale, il est préférable d'utiliser pour toutes les applications, au sens d'une exploitation durable, les sources lumineuses offrant la plus haute efficience. Outre la caractéristique d'optimisation énergétique, il faut remplir les tâches primaires de la source lumineuse, et à côté du confort requis, la tâche visuelle surtout doit être remplie.

Lors de l'utilisation de sources lumineuses conventionnelles (lampes à incandescence à halogène haute tension, lampes à incandescence à halogène basse tension, lampes à fluorescence, lampes à décharge à haute pression), chaque technologie a son domaine d'application primaire. Les critères de décision sont l'efficience, la caractéristique de variation et la qualité de lumière. Grâce à l'efficience élevée des sources lumineuses LED, à leur excellente caractéristique de variation et à leur forme géométrique variable, il n'y a plus guère de limitations à leur utilisation.

 

Applications typiques de sources lumineuses:

  • Domaine domestique: lampes à incandescence à halogène haute tension, lampes à
    incandescence à halogène basse tension, lampes compactes à fluorescence, LED
  • Bureau: lampes à fluorescence, lampes à vapeur métallique, LED
  • Magasins: lampes à incandescence à halogène basse tension, lampes à fluorescence, lampes
    à vapeur métallique, LED
  • Industrie: lampes à fluorescence, lampes à vapeur métallique, lampes à vapeur de sodium à haute pression, LED
  • Eclairage extérieur: lampes à fluorescence, lampes à vapeur métallique, lampes à vapeur
    de sodium à haute pression, LED

 

 

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