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Théorie

Eclairage

Passer de la bougie aux diodes de dernières générations - Passer de la lampe au mini-phare.

Note de conception de " CastorLEDs II "

Auteur

Lionel Pawlowski, Juin 2004

Avant propos

Si pendant longtemps, les sources d'éclairages en plongée étaient le halogène ou le xénon, ces dernières années sont apparus de nouveaux formats d'éclairages. Au programme, non forcément plus de puissance mais une consommation moindre et un éclairage de température de couleur (ie de "teinte") différente. Ces formes d'éclairages sont principalement le HID (High Intensity Discharge), échappé du monde des automobiles de luxe ou de l'éclairage spécialisé (médical) et les LEDs (Light Emitting Diode).

Les LEDs existent dans le monde de l'électronique depuis de nombreuses années. Depuis ces dernières années, un tournant technologique a été amorcé avec l'apparition de diodes de couleurs bleues et blanches et plus généralement de produits destinés à être intégrés dans des matrices de signalisation (style "vert intense"). Regardez les feux tricolores sur la route et vous verrez qu'on trouve de moins en moins d'ampoules conventionnelles. Cette tendance a fait apparaître toute sorte de produits hybrides, les derniers en dates étant les ampoules dichroiques à diodes dont certaines fonctionnent directement sur le secteur. Mais les diodes ont des défauts: pour avoir une puissance suffisante, il est nécessaire de creer des matrices avec parfois plusieurs dizaines de diodes et chaque diode offre un faisceau diffus.

Les diodes venues de l'espaaaaace

Bref, l'avenir des diodes aurait été limité sans un produit "miracle". Ce produit est venu du côté de Lumileds (www.lumileds.com) avec des diodes d'un nouveau type, les diodes Luxeon. Ces diodes se déclinent en puissance électrique de 1, 3 ou 5W et offrent un rendement lumineux suffisamment intéressant pour qu'elles puissent trouver une place à part entière comme source d'éclairage. Disons que 3 diodes de 3W avec une optique pointue fournissent une lumière équivalente en terme de luminosité (et non de couleur) à 20W voire 30 pour les optimistes. En fait, le "disons" vient du fait que ces nouvelles sources d'éclairages sont difficilement comparables avec du halogène classique: basse consommation, température de couleur différente, technologie différente. Le commun des mortels étant habitués à exprimer une puissance en watt, pour comparaison on continue à parler de dizaines de watt "lumineux" alors la consommation effective de ces diodes n'est que de quelques watt "electriques" .En l'occurence un module "driver" de gestion de diodes CC5W3 en série avec 3 diodes 3W à besoin d'environ 12-13 V pour fonctionner optimalement sous 500mA soit en fait une consommation de 6W pour 3 diodes de 3W (donc 9W) qui fournissent en théorie autour de 20W en lumière. De quoi être assez confus !

L'optique est elle aussi différente des diodes classiques. A la base, chaque diode n'est qu'un émetteur de lumière sur lequel une optique additionnelle vient se fixer ce qui permet d'obtenir des faisceau aussi pointues que diffus selon l'application. Ces optiques sont fabriquées entre autre par Fraen Corporation (www.fraen.com) qui offre un éventail de solutions suffisant pour satisfaire tout le monde. L'absence d'optique permet de concevoir une solution d'éclairage pour de la video (en supposant que cela soit suffisant) puisque le faisceau basique de ces diodes est de 110°.

Chaque miracle a toutefois ses propres limites car une diode plus puissante consomme plus et dissipe aussi plus de chaleur. Le format "Batwing", quasi hexagonal des émetteurs est en fait une plaque d'aluminium destinée à fournir les bases d'un support qu'il faut imperativement refroidir via pate thermique et dissipateur. Le centre des diodes chauffe pas mal et peut atteindre 70°C . L'absence de refroidissement serait mortel pour la diode.

Pour avoir un système presque opérationnel, il faut une diode, une optique et le dissipateur adéquat. J'ai écrit "presque" car il manque un détail important: une régulation électronique. Les diodes sont fragiles aux surtentions et nécessitent un courant constant pour éclairer optimalement. Le modèle de 3W requiert sous 3,6V 750 à 1000 mA là où le modèle de 1W consomme la moitié. 1A de courant c'est beaucoup pour une diode mais rien par rapport à un phare halogène (une ampoule de 50W sous 12V est traversée par un courant de 4,2 A). Pour optimiser l'utilisation des accus, de nombreux régulateurs sont en fait des alimentations par pompage de charge ("Buck Boost converter") qui permettent de générer le courant nécessaire à partir d'une tension inférieure aux besoins du circuit s'il était sans régulation. On trouve différents modules dans le commerce ou des réalisations maison souvent centrées sur un composant spécialisé (par exemple Linear Technology LT1300, Texas Instrument TL497, etc...), une inductance et quelques composants secondaires. Micropuck, Buckpuck, CC5W3, etc, etc... tous fonctionnent sur les mêmes principes. Dans les faits, ces modules sont reliés d'un côté à l'alimentation et de l'autre aux diodes, souvent montées en série.

Modifier une lampe de plongée

L'idée c'est de prendre une lampe "gachette" du marché comme la lampe Technisub Mini Vega et l'adapter pour utiliser des accus et 3 diodes de 3W. Ce dispositif est censé offrir plusieurs heures d'éclairage. Pour ce projet, j'ai utilisé:

- 1 torche Technisub Mini Vega ou autre (à noter que cela permet par défaut de connaître l'étanchéité du produit ! Ici: 150m ).
- 3 diodes Luxeon 3W type batwing lambertien blanches.
- 3 optiques Fraen concentrées.
- 3 dissipateurs et pate thermique.
- 1 module Taskled CC5W3 750mA (www.taskled.com) ou autre Buckpuck (www.ledsupply.com).
- 10 accus 1,2V 3700mAH (style GP 370AFM ou équivalent 7/5C)
- soudure, fils, gaine, perceuse, 2 paires de cosses faston males et femelles, colle néoprène, foret HSS 4mm.

Couts approximatifs:
- Phare: 45 euros
- Leds + dissipateur + optique + pate + module : 90 euros
- Accus: 40 euros (on peut probablement remplacer les accus par 10 accus R6 à 1600-1800 mAh, le cout n'est alors que que de 20 euros)

Attention: Les infos fournies dans cette page sont fournies telles quelles. Aucune assistance ne sera fournie hormis dans le cas de commande de pièces par mon intermédiaire. La CastorCorp informe son aimable clientèle que les règlements en pots de Nutella ne seront plus acceptés.

Attention: Les modifications qui suivent sont irréversibles et sont à vos risques et périls ! Travailler avec des accus Nimh nécessite des protections pour éviter le moindre court-circuit qui s'accompagnerait d'un dégagement d'hydrogène et de chaleur.

A. Le boîtier.

On commencera par évider le réflecteur du phare. J'y suis allé au fer à souder pour fondre le plastique et faire les découpes. Il faudra ensuite limer pour nettoyer plus proprement les bords.

Dans le corps du phare, on demontera tout ce qui est démontable: le fond avec le porte-piles. On enlevera l'ergot sur le fond. Si comme moi vous percez par erreur le fond il faudra obturer avec une bonne colle (style gel néoprène).

Sur la platine avec les contacts on enlevera toutes tiges métalliques qui reposent sur les piles et on percera un trou. On ne gardera que la partie métallique qui joue le rôle d'interrupteur. On recouvrera la partie metallique centrale par un adhésif. Une des cosses de l'interrupteur sera cablée pour être connectée via une cosse faston male au futur pack accu et l'autre sera soudée à la platine electronique.

Le travail mécanique sur le phare est fini.

B. Le bloc accumulateur

L'accu pourra être réalisé à partir des 10 élements selon le schéma ci contre. On veillera à bien recouvrir chaque accu de gaine ou d'adhésif isolant. Aucune partie métallique ne doit dépasser. On peut aussi rajouter dans le pack accu un composant style thermistor ou fusible Rayton Polyswitch pour plus de sécurité.

Les parties terminales sont construites à partir de cosses faston males et femelles mises sous gaine thermorétractables.

Il doit rentrer relativement facilement dans le boîtier de la lampe !

C. La matrice tridiode.

On commencera par souder les modules Luxeon entre eux et avec le module de régulation selon le schéma ci-contre. Attention à respecter la polarité des diodes ! Vous aurez reconnu une mise en série des diodes et non une mise en parallèle. Selon le type de module driver, les deux approches peuvent être envisagées. Ici c'est en série donc montage série !

On réalisera ensuite les trous dans les dissipateurs. Les diodes seront ensuite placées sur les dissipateurs après avoir recouvert abondamment leur substrat de pate thermique. Puis les modules optiques seront ajoutés et collés aux dissipateurs via le gel néoprène.

Les 3 modules de diodes seront joints via un joint torrique assez rigide qui reliera les dissipateurs entre eux. L'ensemble sera solidifié via une tige en aluminium.

Le module assemblé sera coincé sur la platine à l'aide de joints ou de fils éléctriques fins, gainés et rigides puis la partie évidée du réflecteur sera clipsé sur l'ensemble. Cette partie est obligatoire pour permettre à l'interrupteur de fonctionner correctement !

Une fois que c'est fini, les différentes pièces doivent rentrer sans forcer dans le corps du phare. Le circuit cablé et connecté lorsqu'il est mis dans le phare doit être allumé seul. Si ce n'est pas le cas, vérifier les polarités, les connections, le non écartement des lamelles de contact.

Une fois que c'est fini, ON VEILLERA IMPERATIVEMENT A PROTEGER LE MONTAGE CONTRE LE MOINDRE COURT CIRCUIT !!! Mettre du ruban isolant, gaine thermorétractable sur toutes les parties nues où circule du courant. Les cours circuits peuvent détruire les circuits ou détruire le pack accus. Les accus Nimh ne supportent pas les court-circuits et peuvent être potentiellement explosif en cas de court-circuits !!!

En vissant le hublot, le phare doit s'éteindre.. quand on appuie sur ON, la lampe doit alors normalement s'allumer. Si tous est ok, c'est fini.

La photo ci dessous a été réalisée dans le noir complet sous une sensibilité de l'appareil photo numérique réglée à 400 Iso. Cela laisse apprécier la qualité du montage final. Dans les faits, la puissance ressemble à un très bon 20W avec une lumière plus blanche. Sous l'eau, l'éclairage "lumière du jour" de ce faisceau est assez limité de jour et donne pas l'impression d'éclairer contrairement à la lumière jaune d'un halogène. Ca ne vaut donc pas un module Castorlight mais en revanche, la petite taille, l'autonomie en font une lampe de backup ou d'explo idéale pour des sorties nocturnes pour peu qu'on ne soit pas dérangé par l'aspect bleuté du flux lumineux !