Le développement de l'éclairage électrique a débuté il y a de nombreuses années et continue de se perfectionner de nos jours ; devenant plus INTELLIGENT. La technologie de l'éclairage se classe principalement en quatre types d'éclairage ; à incandescence, fluorescent, halogène, LED (diode électroluminescente). Chaque type produit de la lumière à l'aide d'une technique différente et chacun est fabriqué de manière différente. Parmi ces quatre technologies, les LED sont la forme la plus populaire d'éclairage artificiel et sont essentielles à la société moderne. Il existe bien sûr d'autres technologies d'éclairage, mais elles sont moins couramment utilisées, y compris le néon, l’argon, le plasma, l’huile, le carbone, le carbure, le métal halogénure, la vapeur de sodium et le xénon.

Traditionnellement basé sur le style d'éclairage, l’éclairage est classé en deux types : les lampes et les LED. La lampe est un composant remplaçable qui produit de la lumière à partir de l'électricité, et peut être une lampe à incandescence, une lampe fluorescente ou une lampe halogène. Les LED n’étaient pas aussi populaires dans le passé, mais comme la technologie d'éclairage LED progresse rapidement, elles offrent maintenant de formidables possibilités. De nos jours, les LED sont également conditionnées en matrices et dans de nombreuses autres configurations, pour créer des formats d'éclairage innovants et s’adapter à une plus grande variété d'applications que les technologies d'éclairage traditionnelles.

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Voyants LED ultra-lumineux (HBLED)

Les LED haute luminosité sont une nouvelle génération de LED suffisamment lumineuses pour les applications d'illumination, comme l'éclairage intérieur et extérieur, l'illumination architecturale, l'affichage par projection, les affichages rétroéclairés, la signalisation et l'automobile. Comme leur nom l'indique, ces LED haute luminosité offrent des niveaux de luminosité beaucoup plus élevés que les LED classiques. L'une des raisons principales de l'utilisation des LED de haute luminosité est leur efficacité améliorée par rapport à d'autres types de lampe. Il est intéressant de comparer les HBLED avec d'autres lampes en termes de lumens par watt.

Les LED haute luminosité produisent plus de 50 lumens (1 candela = 12,75 lumens). Elles ne doivent pas être confondues avec les LED à haute puissance. Même s'il peut s’agir de la même chose, la haute puissance se réfère à la consommation d'énergie et non au rendement lumineux. Généralement, on suppose qu'une LED haute puissance consomme plus de 1 watt en puissance.

Les HBLED sont économes en énergie, écologiques, à basse puissance et durent plus longtemps que les ampoules fluorescentes compactes et les ampoules à incandescence. Les LED haute luminosité ont un certain nombre d'avantages par rapport aux LED classiques, comme une plus grande luminosité, une plus longue durée de vie, un faible coût et la compatibilité de fabrication RoHS. Avec leurs caractéristiques optiques de précision, leurs nombreuses distributions, leur rendement en lumen et leurs températures de couleur, les HBLED sont parfaites pour les applications industrielles, commerciales, de fabrication, de gymnase et d'autres applications qui utilisent des éclairages de grande hauteur linéaires fluorescents et HID traditionnels.

Les LED haute luminosité nécessitent un courant direct beaucoup plus élevé de 350 mA, plus que ce qu’un microcontrôleur d’E/S peut fournir. Une solution est d'alimenter la LED directement à partir de l'alimentation principale et d'ajouter un MOSFET en série avec la LED pour contrôler la luminosité. La deuxième méthode consiste à utiliser des contrôleurs de signaux numériques qui offrent plusieurs fonctionnalités permettant un contrôle précis des LED haute luminosité. Ces fonctionnalités incluent un convertisseur analogique-numérique 10 bits haute vitesse avec jusqu'à 4 millions d'échantillons par seconde, une modulation de largeur d'impulsions haute-vitesse adaptable, un comparateur analogique haute vitesse avec un temps de réponse rapide de 20 nanosecondes, et un dispositif d'horloge flexible avec une vitesse de fonctionnement de 40 MIPS.

Lampes

L'éclairage artificiel est basé sur des systèmes de lampes, de ballasts, de démarreurs, de luminaires et de commandes. Des ballasts sont nécessaires aux lampes à décharge pour le branchement de la lampe sur le secteur. Les lampes, les ballasts et les démarreurs sont montés dans le luminaire avec le câblage et les bases de lampes, les réflecteurs distribuent et redirigent la lumière émise par la lampe et les volets protègent l'utilisateur de l'éblouissement. Le ballast qui fournit un courant contrôlé aux lampes est un élément essentiel de tout système d'éclairage à décharge. Les ballasts électroniques, conformes aux classes A1 et A2 de classification d'efficacité énergétique du CELMA, sont les principaux systèmes d’économie d’énergie.

Il est important de prendre en compte les caractéristiques suivantes lors du choix d'une lampe pour une application donnée : l'efficacité lumineuse, la durée de vie de la lampe, la qualité de la lumière, l'effet des conditions ambiantes, le luminaire, les coûts d'achat et de fonctionnement.

Les différents types de lampes utilisés sont les suivants : lampes à incandescence, lampes tungstène-halogène, lampes fluorescentes, lampes fluorescentes compactes, lampes à décharge à haute intensité, lampes au mercure, lampes à iodure métallique, lampes à sodium haute pression, lampes sans électrodes. Chacun de ces types de lampes a connu son lot de petites améliorations, en termes de matériau, de conception, de qualité de la lumière, d'efficacité énergétique et de fabrication, tout au long du siècle.

Dans une lampe à incandescence, également appelée systèmes d'éclairage d'usage général (GLS), la lumière est produite par la circulation du courant à travers un fil de tungstène. La température de fonctionnement des filaments de tungstène dans les lampes à incandescence est d'environ 2 700 K. La principale émission se produit donc dans le rayonnement infrarouge.

Les lampes tungstène-halogène sont dérivées des lampes à incandescence. À l'intérieur de l'ampoule, le gaz halogène limite l'évaporation du filament et fait se redéposer le tungstène évaporé par condensation grâce à ce qu'on appelle le cycle halogène.

Une lampe fluorescente est une source lumineuse à décharge de gaz basse pression, dans laquelle la lumière est produite principalement par des poudres fluorescentes activées par le rayonnement ultraviolet généré par la décharge dans le mercure. Les performances d'une lampe fluorescente sont sensibles à la température ambiante.

Le CFL est une variante compacte de la lampe fluorescente. La longueur totale est réduite et le tube à décharge tubulaire est souvent plié, en deux à six doigts, ou sous la forme d’une spirale. Pour un remplacement direct des lampes à filament de tungstène, ces lampes compactes sont équipées de ballasts internes et de culot à vis ou à baïonnette.

Dans la lampe au mercure, la lumière est produite grâce à la circulation du courant électrique à travers la vapeur de mercure. Une décharge d'arc dans la vapeur de mercure à une pression d'environ 2 bars émet cinq lignes spectrales fortes dans les longueurs d'onde visibles à 404,7 nm, 435,8 nm, 546,1 nm, 577 nm et 579 nm.

Pilotes à LED

Les LED font leur entrée dans le domaine de l'éclairage à l'aide de matériaux composites et de structures modernes à semi-conducteurs haute efficacité. L'éclairage à semi-conducteurs (SSL), offre de nouvelles possibilités et avantages pour l'utilisateur final. En utilisant des drivers, une stratégie de contrôle et des LED appropriés, les aspects qualitatifs et quantitatifs de la lumière peuvent être entièrement contrôlés. Les drivers (ou alimentation) de LED sont des périphériques à basse tension qui convertissent la tension secteur 120/220/277 V à la faible tension nécessaire aux LED ; ils peuvent aussi interpréter les signaux de commande pour la gradation des LED. Les drivers de LED sont disponibles en tension constante ou en courant constant. Ces deux types de drivers ne sont PAS interchangeables, et c'est la conception de la capacité de charge de la LED qui détermine le driver approprié. Les lampes à LED et les luminaires à LED nécessitent des drivers de LED.

Il existe deux façons de contrôler la luminosité d'une LED. La première méthode consiste à utiliser une gradation analogique, ce qui implique de modifier le courant direct traversant la LED pour régler la luminosité. La deuxième méthode utilise une technique de gradation numérique impliquant la commutation du courant direct à l’état actif et inactif pendant de courtes périodes de temps. L'œil humain fait la moyenne ces périodes d’activation/désactivation pour une luminosité perçue.

Le moyen le moins cher et le plus simple d’alimenter des LED est d'utiliser une alimentation à tension constante et une résistance en série avec la LED, pour limiter le courant qui la traverse. La résistance choisie dépend de l'amplitude de la source de tension (VIN), sur la valeur de la tension directe et du courant direct de la LED.

L'alimentation linéaire (LPS) est un moyen économique, simple et fiable d’alimenter des LED. Les systèmes LPS sont basés sur un circuit intégré (IC) de régulation linéaire, ou des transistors à jonction bipolaire ou à effet de champ opérant dans la région linéaire. Les alimentations à découpage (SMPS) n’ont pas les principaux inconvénients des alimentations linéaires et sont donc la solution principale pour les drivers de LED. Parce que les LED sont des composants DC, seules les SMPS des types DC/DC et AC/DC sont prises en compte. L'efficacité, la contrôlabilité, la petite taille et le faible poids sont leurs principaux avantages par rapport aux alimentations linéaires. Une SMPS peut fournir, si nécessaire, des courants élevés (p. ex., plus de 30 A) à très basse tension.

La sélection de la topologie la plus appropriée pour les drivers de LED dépend des normes, des spécifications et des exigences d'application comme les conditions de l’environnement de fonctionnement, la tension d'entrée du système, la tension directe des LED, le nombre de LED et l’agencement du circuit.

Les drivers intelligents sont généralement basés sur des microcontrôleurs de commutation ASIC qui comprennent une mémoire flash programmable (EEPROM), plusieurs contrôleurs de modulation de largeur d’impulsion (PWM) sur puce, des convertisseurs analogique-numérique (CAN) et des convertisseurs numérique-analogique (CNA). Les drivers de LED basés sur les microcontrôleurs apportent des avantages supplémentaires au système, tels que la flexibilité de fonctionnement, l'efficacité, la fiabilité, la contrôlabilité et l'intelligence.

Barres et rubans de LED

Un ruban de LED est un circuit imprimé souple rempli de LED, qu’il est possible de fixer presque n'importe où, où vous voulez ajouter un éclairage puissant, dans une variété de couleurs et de luminosités. L'utilisation des rubans de LED souples augmente rapidement dans la conception des éclairages modernes partout dans le monde. Les architectes et les concepteurs d'éclairage implémentent des rubans à LED dans des projets résidentiels, commerciaux et industriels à un rythme croissant. Ceci est dû à une augmentation de l'efficacité, des options de couleur, de la luminosité et de la facilité d'installation. Il existe beaucoup d'options disponibles sur le marché des rubans LED (également appelé bandes ou bandeaux LED), comme des rubans souples DC, des rubans souples AC et des rubans de LED haute puissance.

Le ruban souple de LED produit une quantité incroyable de lumière et peut être utilisé pour l'éclairage des tâches, le rétroéclairage, l’éclairage de bureau, dans les garages, etc. ; il est également efficace pour l'éclairage accentué, l'éclairage sous les armoires, l'éclairage de bar, de réfrigération, les applications industrielles, la photographie et plus encore. Il existe des rubans à changement de couleur appelés rubans RVB. Ces rubans LED peuvent afficher n’importe quelle combinaison de couleurs rouge-vert-bleu. Ces bandes nécessitent un contrôleur pour changer les couleurs en couleurs clignotantes ou rester sur une couleur fixe sélectionnée.

Lors de l'achat de rubans de LED, il est important de ne pas regarder uniquement la longueur de la bande, mais également le nombre de LED dans la longueur. Idéalement, il faut sélectionner les rubans qui comportent le plus grand nombre de LED au mètre. Assurez-vous de connaitre les caractéristiques de lumens/longueur avec le nombre de LED/longueur, puisque cela aura un effet important sur la qualité de la lumière et le type d’éclairage fourni par le ruban. Lorsque vous choisissez une alimentation, la première chose à faire est de déterminer la tension d'entrée requise pour vos rubans de LED. Certains nécessitent une tension AC/DC, 12V/24V… Assurez-vous de connaître les exigences de vos rubans et de vous procurer une alimentation avec la sortie adéquate. Assurez-vous ensuite que la puissance en watts de l'alimentation est d'au moins 10 % supérieure à la puissance en watts consommée par vos rubans LED.

Les rubans de LED sont conditionnés sous forme de rouleau de 5 mètres (ou 16 pieds 5 pouces). Les machines « pick and place » utilisées pour poser les LED et les résistances sur le circuit imprimé souple sont généralement d’un mètre de longueur. Des sections individuelles sont donc soudées ensemble pour réaliser un rouleau entier.

LED (diodes électroluminescentes)

Une diode électroluminescente (LED) est un dispositif semiconducteur qui émet de la lumière visible lorsqu'un courant électrique le traverse. La lumière n'est pas particulièrement lumineuse, mais dans la plupart des LED elle est monochromatique, se produisant à une seule longueur d'onde.

Le matériau utilisé dans l'élément semiconducteur d'une LED détermine sa couleur. Les deux principaux types de LED actuellement utilisés pour les systèmes d'éclairage sont en alliages de phosphure d’aluminium gallium indium (AlGaInP ou AlInGaP) pour les LED rouge, orange et jaune ; et les alliages de nitrure de gallium indium (InGaN) pour des LED vertes, bleues et blanches. De légères modifications dans la composition de ces alliages changent la couleur de la lumière émise. La sortie d'une LED peut varier du rouge (à une longueur d'onde d'environ 700 nanomètres) au bleu-violet (environ 400 nanomètres). Certaines LED émettent des ondes infrarouges (IR) (830 nanomètres ou plus) ; un tel dispositif est appelé une diode infrarouge (IRED).

Par rapport à la plupart des sources lumineuses typiques utilisées pour les applications d'éclairage, les LED ont toujours un rendement lumineux relativement faible, et, par conséquent, seront toujours conditionnées en matrices et autres configurations pour pouvoir être utiles dans de telles applications. À l'heure actuelle, une matrice à LED blanches atteint près de 100 lumens. Bien sûr, la luminosité varie en fonction de la longueur d'onde. Les LED sont importantes grâce à leur efficacité et leur faible énergie. Elles commencent à remplacer la plupart des sources lumineuses conventionnelles. Les LED sont incorporées dans des ampoules et des luminaires pour des applications d'éclairage général. De petite taille, les LED offrent des opportunités de conception uniques. Certaines solutions de lampe à LED peuvent ressembler physiquement aux ampoules familières et mieux correspondre à l'apparence des ampoules traditionnelles.

Les LED offrent des possibilités formidables d’innovation en termes de formats d’éclairage et sont adaptées à bien plus d'applications que les technologies d'éclairage traditionnelles. Les LED utilisent des dissipateurs thermiques pour absorber la chaleur produite par la LED et la dissiper dans l'environnement environnant. Cela empêche les LED de surchauffer et de brûler. La gestion thermique est généralement le facteur le plus important pour les bonnes performances d'une LED au cours de sa vie. Plus la température à laquelle les LED sont exploitées est élevée, plus la lumière se dégrade et plus leur durée de vie utile sera courte.

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