Driver LED#
Le driver LED est un circuit qui permet d’alimenter une LED à partir d’une source de tension continue. Il existe différentes méthodes pour réaliser un driver LED.
2 méthodes seront proposées ici : une méthode très simple utilisant uniquement une résistance et une méthode plus complexe utilisant un transistor et un système de contrôle du courant. Cette 2ème méthode offre évidemment un bien meilleur rendement.
Cahier des charges#
Voici les caractéristiques macroscopiques requises pour le circuit.
Le circuit doit alimenter une LED à partir d’une source de tension continue.
La LED doit être alimentée avec un courant de 0.7 A.
On accepte une erreur maximale de 150 mA sur le courant.
Liste des tâches#
Vue d’ensemble#
Tracer le signal du courant en fonction du temps.
Tracer le courant observé à l’étage de réception et le signal numérique en sortie.
Analyser le circuit par blocs
Identifier la fonction de chacun des différents blocs représentés sur le schéma du montage
Pour chaque bloc, identifier le type de grandeurs physiques en entrée et en sortie
Pour chaque bloc, tracer le schéma de la sortie en fonction de l’entrée (transient)
Pour le tracé des schémas, n’importe quel outil ou logiciel est accepté. Python ou Excel sont cependant conseillés.
Contrôle par une résistance#
Dimensionner la résistance \(R\) afin d’obtenir une précision d’environ 5% sur la valeur du courant.
Etablir la loi des mailles
Exprimer le courant de la LED, \(I_{LED}\), en fonction de \(Vcc\), \(R\) et \(V_{LED}\).
Exprimer \(\Delta I_{LED}\) en fonction de \(\Delta V_{LED}\).
Déterminer la valeur de \(R\) minimale pour que la précision relative sur le courant soit de 5%, lorsque \(I_{LED} = 650mA\).
Déterminer \(Vcc\).
Calculer la puissance dissipée dans \(R\).
Calculer le rendement.
Interpréter ce résultat
Contrôle par un circuit actif#
Circuit de commande#
Écrire les équations différentielles pour le circuit de commande dans les 2 états (transistor en interrupteur ouvert et transistor en interrupteur fermé).
Sur base de ces équations, déterminer comment calculer l’inductance \(L\) de la self pour obtenir \(I_{moy} = 650mA\) et une variation maximale de 300mA à une certaine fréquence \(f\) (qu’on déterminera plus loin).
Déterminer le rapport cyclique qu’il faudra imposer (\(T_{on}/(T_{off}+T_{on})\)).
Esquisser la forme du signal de commande du transistor.
Déterminer les avantages et inconvénients d’une augmentation de la fréquence de travail.
Déterminer les critères de choix du type de transistor à utiliser (pourquoi un mosfet ?). Ce baser sur le document Transistors en commutation. Pourquoi ajoute-t-on un driver pour piloter la grille du mosfet ?
Déterminer l’intérêt de la diode de roue libre. Quel est son critère de choix ?
Mesure de courant et amplification#
Déterminer la valeur de \(R_{sense}\) pour obtenir une tension nominale de 140mV à ses bornes
Déterminer la fonction de transfert de l’amplificateur. Justifier qu’il s’agit d’un amplificateur différentiel.
Dimensionner \(R_1\), \(R_2\), \(R_3\), \(R_4\), \(R_a\) et \(R_b\) pour obtenir
Une tension de mode commun d’environ 10V en entrée de l’amplificateur différentiel
Une tension en sortie de quelques volts
Contrôle par une résistance#
La méthode de contrôle du courant par résistance en série avec la LED est représentée par la figure ci-dessous.
Contrôle par un circuit actif#
La méthode de contrôle du courant par un circuit actif est plus complexe. Elle consiste à comparer en permanence le courant circulant avec une valeur de consigne. Lorsque le courant est supérieur au courant de consigne, le circuit s’ouvre, ce qui a pour effet de réduire le courant. Lorsque le courant passe en dessous d’un certain seuil, le circuit se ferme, ce qui a pour effet d’augmenter le courant. Le courant n’est donc pas constant mais fluctue en permanence entre 2 seuils à définir en fonction de la tolérance qu’on permet de la fréquence à laquelle le circuit doit fonctionner.
Le système de commande utilisé crée une augmentation et une diminution linéaire du courant dans la LED. La pente de l’augmentation sera différente de la pente de la diminution. Elles seront toutes 2 déterminée lors du dimensionnement du circuit pour obtenir une fréquence de 80kHz.
Le schéma-bloc du circuit est représenté ci-dessous.
Amplificateur différentiel#
Le schéma de l’amplificateur différentiel est représenté ci-dessous.
Comparateur#
Le schéma du comparateur est représenté ci-dessous.
Circuit de commande#
Le circuit de commande de la LED est donné ci-dessous.
