Alimentation d'une L.E.D. en 5, 12 volts et plus

Les LED (ou DEL) sont des diodes. Elles doivent être alimentées en courant continu et polarisées en direct pour émettre de la lumière. Les tensions directes étant très basses (1,5 V à 3,3 V) il faut donc ajouter un ou plusieurs composants pour faire fonctionner correctement une LED avec une alimentation de 5, 12, 24 volts ou plus.


Alimentation d'une led en 12 volts

Alimentation en courant continu

Le schéma électronique ci-dessous, nous indique que la diode est polarisée en direct.

Schéma électrique alimentation direct d'une LED

Une simple résistance (R) permet de limiter le courant direct IF à la valeur préconisée par le constructeur en correspondance à la tension directe de la LED.
IF est aussi le courant permanent que peut supporter la diode.

Testez simplement une LED

Vous pouvez tester ou alimenter une diode led directement avec un élément de pile de 1,5 V.

Précautions d'utilisation

Température ambiante

le constructeur de la diode donne un courant d'emploi (IF) pour une ambiance de 25°C. Si la température ambiante peut facilement dépasser ce seuil, il faudra alors réduire l'intensité du courant.

température de fonctionnement

La température de la jonction doit rester inférieure à 125°C ; mais si la diode LED est montée dans un boitier plastique, la température de fonctionnement ne devra pas dépasser 100°C.

Exemple pour une alimentation en 5 volts

Pour expliquer les principes et les calculs de base nous allons travailler avec un cas très simple. Nous désirons faire fonctionner une led à partir d'une tension de 5 volts en courant continu.

Si nous alimentons cette led directement en 5 V, elle éclaire mais, le courant qui la traverse est excessif et elle finit par chauffer et griller.
Pour limiter le courant, nous allons câbler une résistance en série avec la led.

Etude de la caractéristique du courant d'une LED

Pour alimenter correctement une LED il faut

  • déterminer un courant de fonctionnement (If),
  • trouver la tension directe (Vf) correspondante à ce courant.

Pour simplifier les choses, le courant direct minimum qui nous intéresse sera celui ou la led commence à émettre de la lumière ; le courant maximum est donné par le constructeur de la diode (mode permanent ou pic).

Courbe If en fonction de Vf

Les documents techniques (datasheet) du constructeur de la led verte 703-0097 multicomp® nous indiquent une tension direct de 2,1 V pour un courant If de 20 mA sachant que cette diode est prévue pour un courant de 30 mA maximum en mode continu (à TA=25°C).

Calcul de la résistance de limitation

Le calcul est une simple application de la loi d'Ohm et se fait en deux temps.

Nous calculons d'abord la chute de tension nécessaire pour que la diode led soit soumise à une tension direct de 2,1 V :
UR=U(Alim)-Vf.
Soit : UR=5-2,1=2,9 V.
Cette tension de 2,9 V représente la tension qui sera présente aux bornes de notre résistance de limitation.

Nous calculons maintenant la valeur de la résistance en tenant compte de la valeur du courant qui traversera la LED (soit 20 mA).
R=UR/If.
Soit : R=2,9/0,020=145 Ω.
En pratique nous utiliserons une résistance de la série E24 (tolérance ±5 %) de 160 Ω.

Pourquoi 160 ohms au lieu de 150 ?

La valeur de 160 ohms permet de ne pas dépasser le courant que l'on s'est fixé (20 mA). Il faut tenir compte de la tolérance pour connaître les valeurs limites que peut avoir une résistance.

Si nous prenons une résistance de 150 ohms avec une tolérance de 5 %, elle peut avoir comme valeur plus ou moins 5 % de 150 ohms.

Nous avons un écart possible de plus ou moins : 150×5%=7,5 ohms.
Valeur mini de R=150-7,5=142,5 ohms.
Valeur maxi de R=150+7,5=162,5 ohms.

Nous pouvons miser sur la sécurité et opter pour une résistance de 160 ohms ou trier parmi des résistances données comme du 150 ohms.

Pour une application d'un simple voyant indicateur, un courant de 10 mA peut suffire. Dans ce cas, la résistance passera à (5-2,05)/0,010=295 Ω, soit une valeur pratique de 300 ohms.

Tableau de la série E24

Série E24 (5%)Valeurs de la série
Elément 1 à 7100, 110, 120, 130, 150, 160, 180
Elément 8 à 11200, 220, 240, 270
Elément 12 à 15300, 330, 360, 390
Elément 16 et 17430, 470
Elément 18 et 19510, 560
Elément 20 à 21620, 680
Elément 22750
Elément 23820
Elément 24910

Alimenter une LED en 12 V ou 24 V

Un élément de calcul à jusque là été ignoré : il s'agit de la puissance dissipée par la résistance de limitation.
Pour alimenter un led en 12 ou 24 V, nous allons vite nous rendre compte de l'importance de ce paramètre.

L'effet Joule nous dit qu'un conducteur traversé par un courant électrique s'échauffe. Notre résistance de limitation va donc s'échauffer au passage du courant destiné à la LED.

Remarque : la résistance est un récepteur thermique qui dissipe toute son énergie sous forme de chaleur.

Ensuite, plus la chute de tension à obtenir est forte (U(Alim)-Vf) et plus la résistance doit être élevée ; (cette tension se reporte aux bornes de la résistance de limitation).

Il faudra donc tenir compte de cet échauffement et connaître la puissance dissipée par la résistance pour bien dimensionner notre composant.

Pour calculer cette puissance, la formule adaptée à ce cas est la suivante :
P=R×I2 (en watt).

Application

Nous désirons alimenter un diode LED à partir d'une batterie de 12 volts avec un courant direct de 20 mA pour une tension direct de 2,2 volts (données constructeur).

Calcul de la valeur de la résistance de limitation :
(12-2,2)/0,020=490 Ω.

Calcul de la puissance dissipée par la résistance de limitation :
490×0,022=0,196 watt.
En pratique nous utiliserons donc une résistance de 510 ohms pouvant dissiper un demi-watt.

Cas d'une alimentation en 24 V pour If de 30 mA max

R=(24-2,2)/0,030=726 Ω.
P=726×0,032=0,65 watt.
Il faudra utiliser une résistance de 820 ohms en 1 watt de dissipation.

Les résistances d'un quart de watt (0,125 W) sont couramment utilisées dans les circuits classiques d'électronique (avec une tendance croissante vers 1/8 de watt). Il faudra donc bien spécifier la puissance requise si nous n'utilisons pas cette valeur courante.

Pour conclure : deux formules à retenir

Calcul de la résistance de limitation :
R=(U(Alim)-Vf)/If (en ohm).

Calcul de la puissance de la résistance :
P=R×If2 (en watt).

Tableau pratique de valeurs courantes de R en fonction de U(Alim) et pour un courant If de 10 mA

Tension
d'alimentation
5 V12 V24 V48 V
Pour un courant If de 10 mAR en ohms
Rouge (1,72 V)330110024004700
Verte (2,02 V)300100022004700
Blanche (3 V)20091022004700

Remarques sur les puissances

Les puissances des résistances sont de 1/8 watt pour le 5 V, 1/4 watt pour le 12 V, 1/2 watt pour le 24 V et 1 watt en 48 volts (les valeurs de R sont indiquées en ohms).

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