Formation LED
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16.11.2012 Linsi-tech Sàrl FORMATION LED Linsi-tech Sàrl Michel Bonzon 8 novembre 2012 1 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 2 Table des matières • Linsi-tech Sàrl en 2 mots • Historique des LED pour l’éclairage • Principe de fonctionnement d’une LED • Architecture d’une LED • Différents types de LED • Caractéristiques intrinsèques des LED • Durée de vie et caractéristiques thermiques d’une LED • Rendement global d’une LED • Indice de rendu des couleurs • Types de montages et utilisations • Les différents modes d’alimentation 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Présentation • Michel Bonzon • Linsi-tech Sàrl Développement Domotique spécifique selon vos Gestion et besoins suivi de vos projets Large choix de produits Tout pour vos projets LEDs 3 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 4 Historique des LED (light-emitting diode) pour l’éclairage Produits RGB Disparition Des Autres Technologies IR Produits avec Luminophores 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 5 Historique des LED pour l’éclairage La première émission de lumière par un semi-conducteur date de 1907 et fut découverte par H. J. Round. Quelques années après, en 1927, O. V. Losev dépose le premier brevet de ce qui sera appelé, bien plus tard, une diode électroluminescente. Ce n’est qu’en 1962 que la première LED rouge est créée par Nick Holonyak Jr et S. Bevacqua. Durant quelques années, les chercheurs ont cru devoir se limiter à quelques couleurs telles que le rouge, le jaune ou le vert. Dans les années 1990, les recherches, entre autres, de Shuji Nakamura (en) et Takashi Mukai de Nichia, dans la technologie des semi-conducteurs InGaN permirent la création de DEL bleue, et par conséquent de DEL blanches, par l’utilisation couplée de DEL bleue et de luminophore jaune. Cette importante avancée fut le point de départ de nouvelles applications majeures : éclairage, écrans de téléviseurs et d’ordinateurs. Source: wikipedia 16.11.2012 10 Linsi-tech Sàrl Unités photométriques du Système international d’unités Puissance absorbée: W Lumière émise: lm (lumen) 𝑙𝑙� 𝑤 Lumière utile émise: cd (candela) Même flux en lumen mais pas du tout la même intensité 𝑙𝑙 = 𝑐𝑐 ∗ 𝑠𝑠 Flux lumineux (lm) = Débit d’eau (exemple: des litres/seconde) Intensité lumineuse en Candela (cd) = la puissance du jet dans une direction Lumière reçue: lx (lux) Éclairement en Lux (lx) = la quantité d’eau reçue sur une surface donnée (exemple des 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 ) 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠 ∗ 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 2 𝑐𝑐 = 𝑙𝑙 = 𝑙𝑙 𝑠𝑠 𝑙𝑙 𝑚2 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 19 Principe de fonctionnement d’une LED 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 20 Principe de fonctionnement d’une LED Une diode électroluminescente fonctionne sur le principe d’une jonction PN. Cette jonction est en fait un semiconducteur ayant deux régions de conductivité différente : une de type P (constituée essentiellement de charges positives : les trous) et une autre de type N (constituée essentiellement de charges négatives : les électrons), ainsi qu’une région de recombinaison radiative qui donne lieu au phénomène de luminescence. Sous l'effet d'une différence de potentiel entre deux électrodes, les électrons se recombinent avec les trous dans la zone de recombinaison. Cela engendre l’émission de photons, dont la nature dépend des caractéristiques des matériaux constituant la jonction. 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Architectures d’une LED LED de faible puissance Source: These_Nicolas_POUSSET.pdf 21 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Architectures d’une LED LED de forte puissance Source: These_Nicolas_POUSSET.pdf 22 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Différents types de LED Source: These_Nicolas_POUSSET.pdf 23 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 24 Différents types de LED Trois LED de couleurs différentes (RGB) Cette méthode consiste à utiliser trois types de LED de couleurs différentes (rouge, verte, bleue). La synthèse des trois couleurs conduit à la production de lumière blanche dont la température de couleur proximale dépend de la proportion de chacune des trois couleurs. Il est également possible d’envisager de créer de la lumière blanche à partir d’une multitude de LED de couleurs. Cela permet d’améliorer l’homogénéité spectrale de la source. Cela étant, il faut contrôler individuellement chaque type de LED parmi plusieurs dizaines, voire plus. Cela devient rapidement problématique et coûteux sachant que la tension directe d’alimentation varie en fonction des semi-conducteurs et de leurs degrés de dopage. Source: These_Nicolas_POUSSET.pdf 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Différents types de LED 25 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 26 Différents types de LED LED bleue et luminophore jaune La méthode qui est la plus répandue chez les industriels, consiste à utiliser une jonction PN, émettant de la lumière bleue, qui est recouverte d’un (ou de plusieurs) luminophore jaune. Typiquement, il s’agit d’yttrium aluminium garnet dopé au cérium (YAG : Ce) pour un blanc froid ou YAG : Ce + CaS :Eu pour obtenir un blanc chaud. Les photons émettant du bleu, au contact du luminophore, engendrent des photons émettant du jaune. Des photons de longueurs d’onde complémentaires provoquent une sensation de blanc. Source: These_Nicolas_POUSSET.pdf 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Différents types de LED 28 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 29 Différents types d’arrangement de LED 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 30 Différents types d’arrangement de LED 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 31 Différents types d’arrangements LED ARRANGEMENT POUR UN COURANT CONSTANT I ARRANGEMENT POUR UNE TENSION CONSTANTE U 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 35 Caractéristiques intrinsèques des LED 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 36 Caractéristiques intrinsèques des LED Spectre d’une LED RGB Source: fr.wikibooks.org/wiki/Photographie/Photom%C3%A9trie/Les_sources_lumineuses 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 37 Caractéristiques intrinsèques des LED Spectre de LED blanches 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Durée de vie Effet de la température sur la durée de vie 40 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 41 Durée de vie Effet de la température sur la durée de vie Utiliser la règle empirique suivante: une augmentation de 10° diminue de moitié la durée de vie! 16.11.2012 42 Linsi-tech Sàrl Caractéristiques thermiques Répartition thermique typique dans un luminaire LED 𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 25° 𝑇𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 50° SUBSTRAT LED PLASTIQUE et LUMINOPHORE 𝑇𝐿𝐿𝐿 = 150° 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑 𝑣𝑣𝑣 =40000H 𝑇𝑃𝑃𝑃 = 55° 16.11.2012 43 Linsi-tech Sàrl Caractéristiques thermiques Répartition thermique typique dans un luminaire LED 𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 45° 25° 𝑇𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 70° 50° SUBSTRAT LED PLASTIQUE et LUMINOPHORE 𝑇𝐿𝐿𝐿 = 170° 150° 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑 𝑣𝑣𝑣 =40000H =10000H 𝑇𝑃𝑃𝑃 = 75° 55° 16.11.2012 44 Linsi-tech Sàrl Caractéristiques thermiques Répartition thermique typique à puissance réduite de 25% 𝑇𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 45° 70° 𝑇𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑 = 64° SUBSTRAT LED PLASTIQUE et LUMINOPHORE 𝑇𝐿𝐿𝐿 = 140° 170° 𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷 𝑑𝑑 𝑣𝑣𝑣 =10000H =80000H 𝑇𝑃𝑃𝑃 = 68° 75° 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Rendement optique moyen REMARQUE 15% correspond à 100 lm/w 100% correspond à 683 lm/w 51 16.11.2012 52 Linsi-tech Sàrl Rendement lumineux global Réseau d’alimentation Lumière 230Vac +⁄− 10% 50Hz Système d’alimentation 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 < 1 Exemple: Rendement optique : 85 lm/w 85⁄0.85 𝑓𝑓𝑓𝑓 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 é𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 LED 100 lm/w 300 lm Rendement alimentation: 0.85 Puissance absorbée: 3.5 W 3.5 ∗ 0.85 3W 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Indice de rendu des couleurs IRC typique 100 Lumière du jour 100 Lampe a incandescence 65-95 LED 60-90 Tubes fluorescents 20-25 Sodium basse et haute pression Qualificatifs d’appréciations 90 - 100 Excellent rendu des couleurs 80 - 90 Bon rendu des couleurs 70 - 80 Rendu des couleurs moyen 50 - 70 Mauvais rendu des couleurs < 50 Très mauvais rendu des couleurs 60 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Indice de rendu des couleurs 62 16.11.2012 64 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension (195 V .. 265 V) E27 GU10 Alimentation Haute température Faible durée de vie i constant U 230V AC I 16.11.2012 65 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension avec variateur à TRIAC 𝑑= 1) 𝑑 = 0.9 𝑡𝑂𝑂 𝑡 230V AC 2) 𝑑 = 0.5 3) 𝑑 = 0.2 i = fct(d) U Variateur à triac I Remarque: éviter l’utilisation de variateur TRIAC! 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 66 Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension avec variateur à TRIAC 𝑑= 𝑡𝑂𝑂 𝑡 1) 𝑑 = 0.9 2) 𝑑 = 0.5 REMARQUE Pourquoi éviter l’utilisation de variateur TRIAC? • Trop d’incompatibilité entre les fabricants. • Risque d’instabilité et d’oscillation dépendant du nombre de points lumineux. • Génère de grosses perturbations secteur. • Allumage et extinction non coordonné entre les point lumineux. 16.11.2012 68 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension (195 V .. 265 V) de spot basse tension(12 V) Alimentation 12V DC ou AC 230V AC i U I 230V AC 12V AC 16.11.2012 69 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension (195 V .. 265 V) de spot basse tension(12 V) Alimentation 12V DC ou AC 230V AC i Alimentation Haute température 230V AC 12V AC Faible durée de vie U I 16.11.2012 70 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension (195 V .. 265 V) de spot sans alimentation interne Alimentation + Limitation de courant 230V AC Alimentation Basse température Grande durée de vie i 16.11.2012 71 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en haute tension (195 V .. 265 V) de spots sans alimentation interne Alimentation + Limitation de courant i 230V AC - Limitation de courant i 16.11.2012 76 Linsi-tech Sàrl Les différents modes d’alimentation Alimentation en basse tension PWM i 𝑑 U 10 V .. 25 V DC Module PWM I Signal de commande Télécommande ou Tension 0..10V ou Bus DALI ou Bus KNX/EIB 16.11.2012 89 Linsi-tech Sàrl Les utilisations classiques Plafonniers LED avec et sans variation L TE N ALIM2 SW3 DRIVER2 DA2 DA1 OUTPUT CH1(-) OUTPUT V+(+) red black red black red black red black red DALI6001 black LED Dimming driv er red INPUT VINPUT V+ black 12V L gnd 60W 0V N - + - + - + - + - + - + LED LED LED LED LED LED ALIM4 black red black red black red black red black red black red L 12V gnd 60W N 0V red L 230V TE N black 230V - + - + - + - + - + - + - + 10W 10W 10W LED LED LED 10W 10W 10W 10W LED LED LED LED SW4 16.11.2012 90 Linsi-tech Sàrl Les utilisations classiques Commande par DALI de spots et ruban BUS DALI DA DA ALIM27 230V L N TE L gnd N DALI28 +V 230V-12V250W COM VV+ LED Dimming Driver DA2 DA1 CH1OUT CH2OUT DALI6003 CH3OUT V+OUT LED36 LED37 LED38 Entrée LED39 LED40 LED41 LED42 WC-Salle de bain S34 2 x 2.5 mm2 +12V OV WHITE STRIP LED +12V OV 16.11.2012 92 Linsi-tech Sàrl Les utilisations classiques Fonction «Touch DIM» et Dalles 230V ALIM + - + - DA2 DA1 OUTPUT CH1(-) OUTPUT V+(+) + - TOUCHDIM + - INPUT VINPUT V+ + - 24V L gnd 250W 0V N + - 230V L N 300x300 DALLE6 300x300 DALLE5 300x300 DALLE4 300x300 DALLE3 300x300 DALLE2 300x300 DALLE1 16.11.2012 93 Linsi-tech Sàrl Notre démarche Lustrerie selon le type d’utilisation Intensité à 100% Intensité à 75% RÉSIDENTIELLE • TEMPS < 5H/j PROFESSIONNELLE • TEMPS > 5H/j 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl 94 Notre démarche Votre projet LED Évaluation pécuniaire • • • • • Niveau lumineux Temps d’allumage journalier Teinte de blanc Type de contrôle Simulation RELUX / DIALUX • Coût • Économie • Durée du retour sur l’investissement (ROI) Décision (oui/non) Mise en place LED • Liste de matériel • Schéma de câblage • Assistance sur site 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Exemple de simulation RELUX 95 Merci pour votre attention 16.11.2012 Linsi-tech Sàrl Merci pour votre attention 107