Projecteur LED 1000W

Projecteur LED 1000W

De simples LED de 100W fixées sur des morceaux d'aluminium permettent de créer une incroyable source lumineuse de très grande puissance. Pour simplifier l'électronique d'alimentation, il faut mettre les LED de 100W en série et utiliser la tension secteur directement. Toute la réalisation du projecteur à LED est sous tension dangereuse : attention !

Rendu d'un projecteur LED 800W

Le projecteur à LED présenté dans cet article produit une quantité de lumière capable d'éclairer largement des barres d'immeubles entières :

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Projecteur à LED 800W : rendu sur des immeubles !

Il est maintenant temps de révéler le schéma de ce projecteur à LED

Schéma du projecteur à LED 800W

Voici sans plus attendre la révélation du schéma du grand projecteur à LED 800W, basé sur 8 LED de 100W montées en série, avec simplement leur résistance série.

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Projecteur à LED 800W (8 x 100W) : schéma

Création de la tension continue 320V

La tension secteur est directement redressée et filtrée pour obtenir une tension continue de 320V continus. Le pont de diodes doit faire au moins 5A 400V. Les condensateurs C1, C2 et C3 permettent de lisser la tension et de limiter l'ondulation à moins de 20V (crête à crête). Le montage fonctionnera aussi avec 3 x 470uF 400V, si vous êtes économe sur les composants.

Temporisation à la mise sous tension

Pour éviter de faire disjoncter votre installation électrique dès que vous branchez le projecteur LED, il faut une résistance en série pour limiter l'appel de courant dû à la charge brutale des condensateurs de lissage (C1 à C3). La résistance R1 permet de limiter l'appel de courant et peut avoir une valeur de 100 Ohms à 330 Ohms. Sa puissance doit être de 5W minimum. En effet, la résistance doit pouvoir supporter de façon très transitoire la tension secteur et l'appel de courant pour charger les condensateurs.

Lorsque les condensateurs C1 à C3 se chargent à travers la résistance R1, leur tension monte progressivement. La branche formée par la bobine du relais 48V, R3, la LED et la diode zener DZ1 voit à ses bornes cette tension qui grandit. Arrive un point où la tension aux bornes de la bobine du relais est suffisante pour que le relais bascule et que ses contacts court-circuitent ainsi R1. Le courant dans cette branche est de 10mA environ, fixé par R3 principalement. Après cette demie seconde, l'alimentation est "prête". Juste après avoir branché le projecteur, on entend donc le "clic" du relais.

R2 sert à retarder légèrement l'enclenchement du relais en réduisant la tension aux bornes de la bobine. En fonction du relais choisi, la résistance série de la bobine varie, et la tension à ses bornes sera différente. Une fois le montage sous tension, ajustez au besoin R2 pour fixer la tension autour de 40V aux bornes de la bobine. La tension minimale aux bornes de la bobine est de 70% de la tension nominale dans la plupart des cas. La plupart des relais 48V ont une résistance de bobine autour de 5kOhms. Ici, un relais Finder classique 48V :

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Résistance série de la bobine d'un relais 48V

Un ohmmètre permet tout à fait de mesurer cette résistance sur un relais inconnu 

La LED LED1 est traversée elle aussi par le courant de 10mA qui circule dans la bobine du relais et R3 et indique la présence de tension. La couleur de la LED est au choix, selon vos goûts.

Commande du transistor T1

Le transistor T1 est piloté en tout ou rien par une commande à bouton poussoir. La diode zener DZ1 est polarisée par le courant qui passe dans R3 et la LED LED1. La tension s'établit autour de 15V. La grille du transistor Mosfet T1 est à 0V par rapport à la source : R4 assure que la grille ne soit pas flottante.

Lors d'un appui sur le bouton poussoir, la tension de grille passe à 15V. C4 stabilise la tension et permet d'assurer une toute petite réserve d'énergie pour charger la grille de T1 plus vite (charge de grille correspondant à quelques nF).

R4 est de valeur assez faible pour assurer une ouverture rapide de T1, limitant ainsi les pertes de commutation à l'ouverture. R4 ne doit pas être trop faible pour ne pas faire chuter la tension de polarisation de la grille. L'alimentation limitée par R3 ne peut fournir que 10mA. Pour garantir 15V sur la grille (par rapport à la source), la valeur ne doit pas donc pas être inférieure à 1.5k. On peut choisir R4 entre 2.2k et 4.7k sans problème.

Le bouton poussoir pilote une tension faible mais reliée directement au secteur. Il doit être bien isolé pour ne pas être dangereux.

T1 doit supporter au moins 400V et 5A et doit être Mosfet. Un bipolaire type MJE13007 ne convient pas à cause du courant de base dont il a besoin.

LED de puissance 100W 9000 lumens

La tension d'alimentation continue est de 320V environ (secteur redressé et lissé). Une LED de 100W blanche standard fonctionne à 3A et la tension à ses bornes est alors de 35V environ. Une caractéristique courant/tension d'une LED de 100W est présentée ici :

LED blanche 100W haute puissance

Pour éviter qu'un courant supérieur à 3A passe dans les LED, il faut dimensionner la résistance série dans le pire cas :

- tension secteur la plus élevée
- tension aux bornes des LED 100W la plus basse


La tension aux bornes d'une LED diminue avec la température (comme les diodes à jonction PN classiques). Pour une seule cellule de LED blanche, la tension diminue de 0.3V selon une documentation Osram :

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Chute de tension de -0.3V aux bornes d'une seule LED élémentaire

Aux bornes de chaque LED blanche 100W (formée de 10 branches de 10 LED en série), la tension chutera donc de 10 x 0.3V = 3V. La tension passera donc de 35V (à 25°C) à 32V (à 120°C). On considère donc que chaque LED blanche a une tension de fonctionnement de 32V (plus faible tension = pire cas).

La tension secteur peut atteindre 240V, ce qui donnera 339V crête. La tension chutera toujours un peu lors des pointes de courant correspondant à la recharge de C1 à C3. Admettons qu'il reste 335V. La résistance série R5 doit être dimensionnée de la façon suivante :

R = (335V - 8x32V) / 3A = 26 Ohms

Avec une tension secteur de 230V (redressée à 325V, et dont la crête atteindra 320V après chute de tension dans les lignes électriques, on obtient :

R = (320V - 8x32V) / 3A = 21 Ohms

La tension moyenne aux bornes de C1 à C3 est plus faible du fait de l'ondulation qui "creuse" la tension et abaisse ainsi la tension moyenne

En pratique, on peut choisir 22 Ohms, bon compromis entre marge pour les LED blanches et bonne exploitation de la puissance disponible.

La dissipation de cette résistance vaut, dans le pire cas :

P = RI² = 22 x 3² = 198W

Cette résistance doit être une résistance de puissance montée sur radiateur ! Au minimum, choisir un boitier à fixer sur radiateur de type RH50. Une utilisation du projecteur limitée à 30 secondes convient avec un boitier 100W

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Exemple de résistance 22 Ohms 100W en boitier type RH100

Pourquoi pas 10 LED de 100W (1000W de LED / 90000 lumens) ?

La répartition de la puissance absorbée (1000W) est d'environ :

- 8 x 100W pour les LED
- 200W pour la résistance

On pourrait penser utile de réduire la proportion de dissipation de la résistance au profit des LED, en ajoutant une 9ème LED en série et en réduisant la résistance série. Cela présente le grave inconvénient que le courant dans les LED dépendra davantage de la dérive thermique et des variations de la tension secteur. Pour une LED, une petite variation de tension à ses bornes entraine une grande variation de courant. C'est pourquoi la résistance série est toujours utile, à défaut d'une alimentation régulée en courant (plus complexe, plus chère).

L'utilisation de 8 LED blanches est un bon compromis. Une différence de 800W à 1000W n'entrainerait de toutes façons quasiment aucune différence visuelle en termes de luminosité.

Réalisation du projecteur à LED 800W (8 LED blanches 100W)

La réalisation d'un projecteur à LED doit se faire autour d'une boite isolée, ici, en contreplaqué. Les LED sont montées 2 par 2 sur des morceaux d'aluminium qui servent de radiateur. Chaque LED 100W est équipée d'une lentille, d'un petit réflecteur et d'une fixation pour la lentille :

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LED 100W blanche, réflecteurs, lentilles, fixations, morceaux d'aluminium

Une LED de 100W fournit 9000 lumens environ.

Détails sur la LED blanche de 100W

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LED haute puissance (100W 9000 lumens) blanche

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Isolation entre connexions et semelle de la LED

La semelle métallique de la LED blanche est isolée des connexions électriques, contrairement à un transistor de puissance par exemple. Aucune donnée sur l'isolation n'est fournie. En pratique, l'isolation supporte 300V, mais pour limiter cette tension, les radiateurs sont isolés entre eux (montage sur une grande plaque de plastique elle même fixée au contreplaqué). Cela évite que toutes les LED aient leur semelles reliées électriquement, ce qui pourrait peut-être stresser l'isolation électrique entre les LED à proprement parler et les semelles métalliques.

La lentille est plan convexe et réduit l'angle d'ouverture de la lumière de 140° à 60°, ce qui est intéressant pour focaliser la lumière :

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Lentille convergente pour LED 100W de puissance

Le réflecteur permet surtout de définir la distance LED lentille :

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Réflecteur pour LED 100W de puissance

La fixation du réflecteur et de la lentille :

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Fixation de lentille pour LED de puissance (100W)

Les éléments optiques au complet : LED de puissance, réflecteur, lentille :

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LED 100W de puissance, réflecteur et lentille convergente

Pour fixer une LED blanche sur le profilé alu (tube carré récupéré et scié à 25cm de long) :

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Pâte thermoconductrice sous la LED de puissance

Les trous sont percés au diamètre 2.5mm et légèrement élargis en cône avec le foret de la perceuse (NDLR : pas de taraud sous la main !), selon cette astuce :

Comment tarauder un pas de vis sans taraud

 

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LED 100W de puissance

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Voici des LED 100W fixées directement sur radiateur (semelle isolée des connexions) :

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LED blanches avec et sans lentille

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Réalisation du projecteur LED 800W en cours :

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Les condensateurs de lissage sont montés sur une carte séparée :

 

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Carte électronique pour les 3 condensateurs 680uF 400V

Ici, il s'agit une carte bakélite simple face meulée à la disqueuse pour faire la séparation :

Réaliser un circuit imprimé à la disqueuse

Réaliser un circuit imprimé pro sans graveuse

Le reste de l'électronique est monté sur une carte à trous :

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Electronique de commande du projecteur à LED

La réalisation achevée du projecteur de 800W à LED blanches :

 

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Projecteur à 8 LED de 100W (la lumière dans les lentilles est un reflet du flash de l'appareil photo)

Rendu visuel du projecteur à LED 800W

Impressionnant, gigantesque, éblouissant, le projecteur à LED éclaire largement une énorme zone quand on appuie sur le bouton poussoir :

 

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Environnement urbain : avec et sans projecteur LED 800W

 

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Rue en ville : avec et sans projecteur LED 800W

 

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Immeubles : avec et sans projecteur LED 800W

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Comparaison entre un projecteur 500W halogène et le 800W LED

Le projecteur halogène 500W fournit environ 8000 lumens.

Avertissement

Attention, vous êtes responsable de la nuisance de voisinage causée par un éclairage puissant et intempestif en pleine nuit ! Le code de l'environnement vous interdit de "porter atteinte à la tranquillité du voisinage ou à la santé de l'homme, dans un lieu public ou privé".

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Utilisation du projecteur à LED 800W

 

En fonction du refroidissement des LED, il faudra éteindre le projecteur au bout d'une minute ou deux. Débranchez le, attendez une à deux minutes (décharge lente des condensateurs), tâtez prudemment les LED et la résistance pour voir si elles ne sont pas trop chaudes. Il est bien sur possible d'ajouter un ventilateur pour refroidir l'ensemble et permettre une utilisation prolongée ou même permanente si le refroidissement le permet.

Attention à la manipulation sous tension pour appuyer sur le bouton poussoir : ne jamais toucher les LED ou toute autre partie qui sont reliées au secteur !

Ce projecteur approche les 90000 lumens annoncés par certaines "lampes de poche" ou "lampe torche" 1000W à LED médiatisées dans des vidéos en ligne. Ces lampes de "poche" sont montées sur batterie et possèdent des cartes d'alimentation spécifiques qui réhaussent la tension. Evidemment, ces lampes de poche ne tiennent pas, malgré leur nom, dans une poche !

Budget pour réaliser un projecteur 800W LED

Pour 80 ou 90 euros, ce projecteur à LED est vraiment le plus économique et assez simple à réaliser. Les principaux éléments sont :

- 8 LED de 100W 8000 lumens à 9000 lumens : 8 x 4 euros (achat sur internet)
- 8 ensembles lentille + réflecteur : 8 x 3 euros (achat sur internet)
- Résistance de puissance 22 Ohms 100W (valable pour utilisée limitée à 30 secondes) : 5 euros (achat sur internet)
- Morceaux d'aluminium : récupérés ou achetés en magasin (5 euros)
- Composants électroniques (condensateurs, relais, etc) : 15 euros
- Contreplaqué et vis : 4 euros

Que la lumière soit, avec flash et panache !

Références

http://ledlight.osram-os.com/wp-content/uploads/2013/01/OSRAM-OS_LED-FUNDAMENTALS_Thermal-Characteristics-of-LEDs_v2_08-16-11_SCRIPT.pdf

  Projecteur LED 1000W, publié par nina67 le 19 Mai 2016
Les 10 outils indispensables pour l'électronique
Nina67
1 COMMENTAIRES
Exantus Jacques Elie Paquito

Schéma de l'alimentation à découpage des tv écrans plats.comment les tester...

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