circuit des ampoules DEL

Circuit typique d'une ampoule DEL

J'ai démonté une ampoule DEL défectueuse et analysé le circuit. Voici une explication du fonctionnement du circuit.

Le circuit était cellé dans la base.
J'ai endommagé BL2 (marqué BL1 par erreur sur la photo) lors de l'extraction forcée.
Les composants montés en trous passants sont sur cette face.

Le circuit imprimé est cuivré sur une seule face.
Les composants montés en surface sont de ce côté.

En amérique du nord l'alimentation domestique fonctionne à 120 volt alternatif noté 120VAC. Cependant les DELs sont des composants semi-conducteur fonctionnant en courant continue à bas voltage. Par exemple la tension aux bornes d'une DEL blanche se situe entre 3.2 et 3.6 Volt. Donc il faut convertir la tension 120VAC en voltage DC. dans l'ampoule que j'ai démonté il y a 12 DELs en série, il faut donc une alimentation de 38 à 43 VDC pour alimenter la chaîne de DELs.

L'alimentation 120VAC arrive sur RF1 et FR2 qui sont des résistances bobinées qui font 15 ohms en résistance et 8µH en inductance. J'ai représenté ces résistances comme 2 composants dans une boite alors qu'en fait il ne s'agit que d'un composant qui ressemble en tout point à une résistance ordinaire. C'est l'indication RF* au lieu de simplement R* qui indique qu'il s'agit d'une résitance bobinée sur une ferrite pour ajouter un effet inductif. Ces inductances bloquent le passage des radiofréquences qui sont présentent sur l'alimentation secteur.

Le composant RV1 est un varistor. Ce composant sert à écrêter les surtensions transitoires qui se superposent à l'alimentation 120VAC.BD1 est un pont redresseur de tension, il s'agit de 4 diodes dans un seul boitier. Le redresseur ne supprime pas les ondulations. Sans le filtreur qui suit le voltage aux bornes -|+ du pont ressemblerait à ceci.

Les condensateurs C1, C2, C3 ainsi que la résistance R3 et l'inductance L3 servent à supprimer ces ondulations. Le voltage de crête aux bornes de C3 doit être d'environ 120*√2=170VDC.

Puisqu'on ne peut appliquer 170VDC directement sur la chaîne de DELs sans provoquer une destruction rapide, il faut contrôler le courant qui passe à travers. C'est le rôle du circuit intégré marqué régulateur sur la deuxième photo. Même si je n'ai pu trouver le feuillet de spécifications pour ce circuit intégré le principe de fonctionnement est le même de façon générale. Il s'agit d'une régulation par largeur d'impulsion. Le régulateur génère un train d'impulsion de fréquence fixe, de l'ordre de 100 à 200KHertz, mais de rapport cyclique variable.

Je dois dire que ce circuit m'a laissé perplexe au point où j'ai vérifié le schéma à partir du circuit imprimé 3 fois plutôt qu'une. Ça ne ressemble pas à un convertisseur abaisseur de tension habituel (buck converter). La chaîne de DELs est branchée en parrallèle avec BL2 et la diode D1 de sorte que la cathode de la chaîne de DELs se retrouve sur le positif de l'alimentation et l'anode est connectée sur la cathode de D1. La chaîne de DELs n'est pas connectée directement au moins de l'alimentation.

fonctionnement du circuit

Lorsque la tension du secteur est appliquée à l'ampoule le condensateur C3 se charge rapidement vers 170VDC en même temps que le condensateur C6 se charge à travers BL2 et D1 la diode DS2 de type TVS protège le condensateur C5 et la chaîne de DELs contre une tension inversée. Puisque le seul chemin entre le plus et le moins de l'alimentation est à travers C6, une fois celui-ci chargé le courant cesse de circuler à travers BL2 et D1. Le champ magnétique de BL2 s'effondre et génère une tension inversée à ses bornes. C'est là que la diode DS2 joue son rôle le plus important, protéger C3 et la chaîne de DELs contre les surtension. Ces diodes absorbent les transitoires en sens inverse de leur conduction normale lorsque la tension dépasse le seuil de protection. Cependant le seuil de protection de DS2 doit-être suffisamment élevé pour permettre à C5 de se charger au voltage de fonctionnement de la chaîne de DELS, soit environ 40 volts.

Le contrôleur 1S96-3GS commece à fonctionner et commute son transistor NFET par impulsion. Ce transistor de puissance pendant sa phase active connecte directement BL2 entre le plus et le moins de l'alimentation. l'inductance commence à laisser passer du courant et accumule de l'énergie dans son champ magnétique. Lorsque le transistor coupe encore une fois l'effondrement du champ magnétique de BL2 inverse la tension aux bornes de celle-ci et l'énergie se transfert dans C5.

Le voltage aux bornes de C5 est proportionnel à la durée des impulsions. Le 1S96-3GS contrôle le courant qui circule dans BL2 en mesurant le voltage aux bornes de R5 et R6 qui sont branchées en parralèle entre les broches 3 et 4. Si le voltage est trop bas la largeur des impulsions envoyé sur le gate du NFET est augmentée et vice-versa. C'est ainsi que la bonne valeur de l'alimentation des DELs est maintenue.

J'ai mesuré le courant d'une de ces DEL à une tension d'alimentation de 3.2 volt il est d'environ 250mA.

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