Le document élève pour l'activité.

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Première STI2D
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Lampadaire autonome Luméa ampadaire autonome Luméa Référence
Référence : I1-ACT2 I1-ACT2
Contrôle de l'éclairage
CENTRE D'INTÉRÊT
CENTRE D'INTÉRÊT CI7 – Solutions constructives relatives à la chaîne d'information
Compétences visées
Compétences visées
CO4.1 – Identifier et caractériser les fonctions et les constituants d'un système ainsi que ses entrées/sorties.
CO4.3 – Identifier et caractériser le fonctionnement temporel d'un système
CO4.4 – Identifier et caractériser les solutions techniques relatives aux matériaux, à la structure, à l'énergie
et aux informations (acquisition, traitement, transmission) d'un système
Connaissances associées
Connaissances associées
3.1 Structures matérielles et/ou logicielles
3.1.4 traitement de l'information
3.2 Constituants d'un système
3.2.3 Constituants d'un système
Prérequis
Prérequis Étude de cas "Détection & commande des LEDs".
Conditions de réalisation
Conditions de réalisation
2 heures
Nature de l'activité Organisation de l'activité
TD Étude de cas TP
Travail en binôme
Ressources
Ressources
Logiciel de simulation ISIS v7.7 (ou plus récent)
Lampadaire didactisé muni de son boîtier de mesure
LED (3 ou 5 mm, couleur quelconque) et générateur basse-fréquence
Oscilloscope à mémoire numérique
Fiches ressources
Fichiers de simulation : "SMPS_elv.dsn" et "Commande_LEDs_elv.dsn"
Étudier les chaînes d'information et d'énergie permettant de faire varier l'intensité lumineuse produite par
les LEDs. Justifier la technique de commande utilisée par le lampadaire en analysant son efficacité
énergétique.
I. MESURES PRÉLIMINAIRES
L'étude de cas "Détection & commande des LEDs" a permis de
mettre en évidence la nécessité d'un convertisseur élévateur
de tension afin de pouvoir fournir une tension suffisante aux
bornes des 5 LEDs associées en série.
Branchez le boîtier de mesure à la base du pied du
lampadaire, en laissant l'interrupteur latéral sur "OFF".
Vérifiez que les liaisons électriques sont établies comme sur
la figure ci-contre.
Document élève / I1-ACT2 Page 1/8 10/07/2012
Nom : Classe :
Prénom :
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Nom : Classe :
Prénom :
Batterie
Eolienne
Panneaux
photovoltaïques
"OFF"

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Q1. Proposez une méthode simple permettant de forcer l'allumage des LEDs à leur intensité maximale.
Q2. Relevez la tension VLED aux bornes des LEDs produisant leur intensité lumineuse maximale ainsi que
l'intensité du courant ILED qui les parcourt. En déduire la valeur de la puissance électrique PLEDMAX qu'elles
dissipent.
Débranchez la batterie, et remplacez-la par une alimentation stabilisée de laboratoire, réglée à 12 Volts,
comme sur la figure ci-dessous.
Selon l'état de sa charge, la tension de la batterie (UBAT) varie de 10 V (batterie totalement déchargée) à 14 V
(batterie entièrement chargée) environ. Pour protéger la batterie des décharges profondes (destructrices), le
constructeur a fixé des seuils de fonctionnement sur la tension de la batterie, selon le tableau ci-dessous :
Condition Comportement du lampadaire
UBAT ≤ 10,5 V Le lampadaire reste éteint pour protéger la batterie.
UBAT ≥ 12,2 V Le lampadaire fonctionne normalement.
10,5 V ≤ UBAT ≤ 11 V Le lampadaire clignote lentement.
11 V ≤ UBAT ≤ 12,2 V Le lampadaire prolonge son état précédent (clignotement
ou fonctionnement normal).
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Réponse@:
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Nom : Classe :
Prénom :
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UBAT

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Q3. En faisant varier lentement la tension UBAT de l'alimentation de 12,2 V à 14 V et sans jamais dépasser 14 V,
mesurez la tension ULED aux bornes des LEDs allumées à leur intensité lumineuse maximale.
La tension ULED varie-t-elle avec les variations de la tension batterie ? Quelle est la conséquence de cette
constatation ?
Q4. En faisant varier lentement la tension UBAT de l'alimentation de 10 V à 13 V et sans jamais dépasser 14 V,
relevez précisément les valeurs des deux seuils provoquant un changement de comportement du
lampadaire. Comparez aux valeurs indiquées par le constructeur.
II. ÉLEVER LA TENSION APPLIQUÉE AUX LEDS
Nous avons vus que la batterie ne permettait pas directement d'alimenter les LEDs à leur intensité lumineuse
maximale. Afin d'élever la tension appliquée aux LEDs, on a recours à un convertisseur continu-continu à
découpage (SMPS = switch mode power supply) qui exploite la propriété que possède une inductance de
s'opposer aux variations brutales du courant qui la traverse.
Note : Une bobine électrique est réalisée par enroulement sur un support d'un
certain nombre de spires de fil électrique isolé. L'inductance (notée "L"), qui
dépend du nombre de spires, de la géométrie de la bobine et de la nature du
support, caractérise une bobine. L'unité d'inductance est le Henry (H).
Lancez le logiciel ISIS de la suite PROTEUS, et ouvrez le fichier "SMPS_elv.dsn". Il représente la structure de
base d'un circuit élévateur à découpage.
Le mot "découpage" est justifié par la présence d'un
interrupteur commandé, qui découpe l'énergie continue de la
batterie afin d'en élever la tension.
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Nom : Classe :
Prénom :
ETT
VBAT VLED

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La bobine est parcourue par le courant de la
batterie (I1) et accumule de l'énergie.
La bobine transfère l'énergie accumulée à
l'étape 1 au condensateur et à la charge.
Q5. Dans ISIS, en éditant les propriétés du signal logique de commande de l'interrupteur "COM", relevez la
fréquence d'un cycle d'ouverture/fermeture de l'interrupteur et en déduire la durée d'un cycle de
fermeture/ouverture de l'interrupteur. Par quoi a-t-on remplacé les LEDs dans cet exemple ?
Q6. Placez un graphe "ANALOGUE" et ajoutez les signaux VBAT et VLED (partie gauche du graphe) et ILED (partie
droite du graphe) et réglez la durée de la simulation à 10 ms.
Lancez une simulation (en appuyant sur la barre d'espace) et relevez les valeurs stables des trois grandeurs
observées. Conclure sur le rôle du convertisseur d'énergie.
Q7. Changez la valeur de la tension batterie en 14 V. Relancez une simulation et relevez les valeurs des tensions
VBAT et VLED et de l'intensité du courant ILED.
Q8. Même question avec VBAT = 11 V.
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Nom : Classe :
Prénom :
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Étape 1 : K fermé, D bloquée Étape 2 : K ouvert, D passante
VBAT VLED
K C
D
L
I1
KC
D
L
VBAT VLED
I0
COM COM

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Q9. Avec ce convertisseur de principe, comment se comporte le lampadaire vis-à-vis de l'état de charge de la
batterie ? Constatez-vous le même phénomène, sur le lampadaire réel ?
III. RÉGULER L'INTENSITÉ LUMINEUSE FOURNIE PAR DES LEDs
On considère le lampadaire lorsqu'il fournit son intensité lumineuse maximale.
Q10. A l'aide du graphe ci-contre, expliquez comment rendre
constant l’éclairement fourni par le lampadaire.
Afin de respecter les conditions de fonctionnement du lampadaire, il est nécessaire d'avoir recours à une
structure plus complexe permettant de réguler l'intensité qui circule dans les LEDs. Cette régulation se base
sur une valeur souhaitée appelée "consigne", le système cherchant à rendre la grandeur à réguler la plus
proche possible de la consigne.
Dans le cas du lampadaire Luméa, la grandeur régulée est le courant qui circule dans les LEDs. La consigne
est constante égale à 0,35 A, fournie sous la forme d'une tension proportionnelle (0,35 V).
Lancez le logiciel ISIS, et ouvrez le fichier "Commande_LEDs_elv.dsn". Il représente une structure équivalente
du circuit de commande de LEDs, similaire à celle du Luméa.
Q11. Lancez une simulation interactive en cliquant sur le bouton :
Relevez les valeurs numériques stables atteintes par les grandeurs VBAT, VLED, ILED et CONS, en indiquant
bien leurs unités respectives. L’intensité du courant des LEDs est elle égale à la consigne ?
Remarque : La simulation n’est pas effectuée en temps réel. La durée réelle écoulée depuis le lancement
est indiquée dans la barre inférieure du logiciel. Elle dépend de la rapidité de l’ordinateur sur
lequel est effectuée la simulation.
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Nom : Classe :
Prénom :
ETT