Lampe Tschulum

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Présentation

Ce projet était à l’origine commercial. Le but était de fournir une source de lumière susceptible de reproduire toutes les couleurs visibles à l’aide de trois boutons, chacun représentant une couleur fondamentale. Lorsque le vert est poussé au maximum, la lampe s’éteint, ce qui évite l’usage d’un interrupteur (qui n’engendrerait aucune économie d’énergie pour raisons techniques) et il n’y a qu’une couleur a régler pour rallumer avec les même tons.

Le choix de la source de lumière s’est porté sur des LEDs RGB (led verte, rouge, bleu dans le même boitier) de forte puissance (puissance absorbée de 4,8 [W] max. par puce de 1.4 [mm]) .

Une version avec un seul bouton (pour régler progressivement d’un blanc froid à un blanc chaud en passant par un blanc neutre) est présentée plus bas.

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Principe

L’électronique génère un courant dans la diode électroluminescence proportionnel à la position du potentiomètre. Ceci est triplé pour manipuler indépendamment les trois couleurs fondamentales. Pour ce faire, un petit régulateur convertit la tension du potentiomètre en courant.

Pour couper l’alimentation lorsque le vert est à fond, c’est une jonction base-émetteur d’un transistor bipolaire qui va servir de seuil de tension.

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Explication du schéma

Sur cette version, D1 et C3 sont présent, et D4 est à enlever. Il est possible de placer 3 leds en série (D4) mais dans ce cas, il faut enlever D1 et C3. Cela permet, pour environ 20 CHF de plus d’augmenter la luminosité de 150% et d’améliorer le rendement. Si ce n’est le cas sur cette version, c’est parce que le dissipateur de chaleur en aluminium est trop petit pour supporter la puissance de trois diodes électroluminescences.

Le symbole du transformateur représente en fait une alimentation redressée, donc tension continue en sortie. Les alimentations à découpage sont plus petits et souvent moins chères pour ces ordre de grandeur de courant de sortie.

Les éléments suivants sont à triple (car trois couleurs):

  • Le potentiomètre
  • Rb
  • Rc
  • C3
  • Les Leds (mais dans le même boîtier (voire data sheet))
  • Le transistor en dessus de Rc

En cas de doute, référez-vous au schéma d’implantation.

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Fonctionnement:

Le transistor bipolaire étant de type darlington, la tension base-émetteur se situe aux alentours de 1 [V] (pour des courants faibles) contre 0.7 [V] pour la diode D3 du haut. Il n’y a donc qu’une faible course du potentiomètre de la couleur verte qui se trouve dans la zone d’extinction de la lampe (0.3[V] sur une course totale de 3.6 [V]). Le gain du transistor est tel qu’il est impossible de se situer dans une zone indéterminée (ce qui aurait pour conséquence la destruction du transistor MOSFET du bas par surchauffe), ainsi pas besoin de trigger de Schmitt. Il en irait peut-être autrement avec un potentiomètre 10 tours.

D2 est en fait un régulateur de tension (5 [V], 50 [uA] à 15 [mA]) .

Les deux diodes D3 servent à éviter un réglage de 0 à 5 [V]. En effet, pour des tensions grille-source inférieures à 1 [V], on est sûrs que le transistor MOSFET du haut est totalement bloqué. Et des tensions trop élevées, se répercutant sur Rc provoquent une saturation (pour un modèle à trois led en série) de la couleur bleu (elles ont des tensions de fonctionnement plus élevées que les rouges), ce qui empêche de faire un réglage sur toute la course du potentiomètre.

Pour le calcul du courant :

Ugs = en. 2 [V]. Donc, comme Ug max = 5-0.7=4.3 [V], Usource=4.3-2=2.3[V] .

Enfin, I max led = U/Rc=230 [mA].

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Schéma d’implantation

Pas grand chose à dire ici, si ce n’est qu’isoler les radiateurs des transistors sur lesquels ils sont vissés n’a aucun sens.

Des documents annexes son téléchargeables en bas de page.

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Schéma mécanique

  • Les LEDs sont collées sur des petites plaques d’oxyde d’aluminium pour les isoler, qui elles-mêmes sont collées sur la plaque en alu (faisant office de dissipateur thermique) .
  • Je découpe la petite plaque en alu en la rayant avec une règle et un diamant, puis, clivage.
  • La plaque en plexiglas est fraisée pour passer les LEDs dessous, percée a 2.8mm pour visser du M3 sans même faire de filetage.
  • Le tube en plexiglas a un diamètre interne de 42 [mm] et un diamètre externe de 50 [mm].
  • les petits trous sur la plaque d’alu (pour laisser sortir les câbles) ont un diamètre de 2 [mm].
  • La plaque en alu du dessous sert à la stabilité, elle est collée.

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Version Mono bouton

Ici, c’est l’usage d’un double potentiomètre qui permet d’augmenter le rouge tout en diminuant le bleu.

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Photos d’une version mono bouton.

Défaut sur les modèles de la photos : colle au lieu de vis pour la fixation de l’électronique.

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D’autres photos.

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Conclusions

Le prix est composé comme suit :

  • Electronique 120 CHF
  • Mécanique 20 CHF
  • réalisation électronique 2-3 Heures
  • réalisation mécanique + montage 4-6 Heures

Faute d’avoir accès a des chaines de montage pour un petit projet comme celui-ci, il aurait fallu faire une version bon marché, par exemple avec un boitier carré à couvercle transparent.

L’usage d’un micro contrôleur aurait également pu réduire les coûts et offrir d’autre fonctionnalités telles que variation de couleur automatique. (j’ai fait une lampe qui varie doucement de couleur toute seul, mais avec un circuit analogique, et trop volumineux).

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Autre idées en vrac:

  • Type projecteur (voir photo plus bas). Mon tour n’étant pas très puissant, j’ai abandonné après un prototype.
  • Version haute puissance (100 W) en utilisant un dissipateur de 100*100[mm], 0.15 [K/W]  pour éclairer une pièce entière. Un version est visible sur ici.

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Data sheet de la led

Liste des composants.xls

Mai 2008