Différents types de LED

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