Modernisation d'une lampe à LED: 9 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Ce projet a commencé parce que j'avais une lumière LED dans mon placard qui n'était pas assez lumineuse pour que je puisse bien voir. Je pensais que les piles commençaient à faiblir, mais quand je les ai remplacées, ça ne s'est pas amélioré ! J'ai pensé que j'ouvrirais la lumière pour voir ce qui se passait à l'intérieur et si je pouvais facilement ajouter des LED supplémentaires pour la rendre plus lumineuse. Mais bien sûr, les LED colorées rendent chaque projet plus amusant, j'ai donc décidé d'ajouter des LED rouges, vertes et bleues à la place. Cela semblait être une occasion parfaite d'écrire quelque chose pour le concours Made with Math - si vous n'êtes pas familier avec la loi d'Ohm ou comment calculer la valeur de résistance de limitation de courant pour une LED, ce Instructable vous montrera comment.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à laisser un commentaire, et j'essaierai de vous répondre !

Fournitures

• Lampe à poussoir alimentée par batterie, également appelée lampe de puck ou lampe de robinet. Disponible sur Amazon ou dans les quincailleries. Ce projet fonctionnera à la fois avec les nouvelles lampes à LED et les anciennes lampes à incandescence.
• LED de votre choix
• Résistances assorties - les valeurs dépendront du nombre de piles que prend votre lumière et des LED que vous choisissez (le découvrir fait partie de ce Instructable !)
• Pince à bec effilé
• Mini jeu de tournevis (parfois nécessaire pour démonter la lumière)
• Fer à souder (recommandé)
• Multimètre (recommandé)

Étape 1: Démontez votre lampe

Commencez par démonter votre lampe. Pour ce faire, vous aurez généralement besoin d'un mini tournevis en retirant le capot arrière. À l'intérieur de celui-ci, nous pouvons voir un circuit simple composé des bornes de la batterie, d'un bouton, d'une LED et d'une résistance. Un circuit de lumière incandescente aura l'air similaire, mais n'aura pas de résistance - vous devrez donc en ajouter une si vous passez aux LED.

Étape 2: Décidez quelles LED vous voulez, recherchez les spécifications

Il existe de nombreux types de LED différents, et ils sont de toutes les couleurs. Vous devrez décider du nombre et de la couleur des LED que vous souhaitez utiliser. La chose la plus simple à faire est probablement d'ajouter plusieurs LED de la même couleur en parallèle. Si vous souhaitez ajouter des LED en série ou mélanger les couleurs, vous devrez faire un peu plus de calculs - mais c'est à cela que sert ce Instructable ! Nous passerons en revue chaque scénario.

Une fois que vous avez choisi les LED, vous devrez rechercher leur chute de tension directe et leur courant nominal. Ces informations sont généralement disponibles sur le site Web où vous avez acheté les LED ou dans la fiche technique. Les LED de 5 mm comme celles illustrées ci-dessus sont très courantes et sont généralement évaluées à un courant direct de 20 mA. La chute de tension directe varie d'environ 2V à 4V et dépend de la couleur.

Étape 3: Déterminer les tensions

Si vous n'avez pas de multimètre, vous devrez au minimum déterminer la tension du compartiment à piles de votre lampe. Connaître la tension de votre batterie est nécessaire pour calculer la résistance de limitation de courant. Vous pouvez le faire en comptant simplement les batteries. Une seule pile alcaline AA (ou AAA) fournit environ 1,5 V, un peu plus lorsqu'elles sont neuves. Lorsque vous combinez des batteries en série, les tensions s'additionnent. Donc, dans ce cas, avec quatre piles AA neuves, je devrais m'attendre à un peu plus de 6V.

Si vous avez un multimètre à portée de main, cela ne peut pas faire de mal de mesurer également les tensions. Faites-le pendant que la LED est allumée. Dans ce cas, vous pouvez voir que je reçois 6,26 V de la batterie, alors que j'ai une chute de 3,26 V sur la LED et une chute de 2,98 V sur la résistance. Il est intéressant de noter que je baisse presque la moitié de ma tension sur la résistance - c'est beaucoup de puissance gaspillée ! Plus à ce sujet plus tard. Si vous n'avez pas envie de lire le code couleur, vous pouvez également mesurer la résistance de votre résistance - faites-le pendant que la LED est éteinte.

Si vous ne savez pas utiliser un multimètre, il existe de nombreux bons tutoriels, sur Instructables et ailleurs. J'ai fait celui-ci.

Étape 4: Calcul de la résistance pour une seule LED

Avant d'aller plus loin, expliquons comment calculer la valeur de résistance pour une seule LED. Une résistance est régie par la loi d'Ohm, qui stipule que V = IR, ou

Équation 1: Tension [volts] = Courant [ampères] x Résistance [ohms]

La tension de votre batterie et la chute de tension aux bornes de la LED sont (approximativement) constantes. Ainsi, dans le circuit ci-dessus, la chute de tension aux bornes de la résistance est

Équation 2: Vrésistance=Vbatt-VLED

Brancher cela dans la loi d'Ohm pour la résistance nous donne:

Équation 3: Vbatt-VLED = IR

Si nous avons un courant cible pour la LED - appelez-le ILED - alors nous savons tout dans l'équation 3 à l'exception de la résistance. Nous pouvons réorganiser cette équation pour résoudre pour R:

Équation 4: R = (Vbatt-VLED)/ILED

Ainsi, par exemple, disons que nous avons une batterie 2xAA (qui fournit 3V), une LED rouge avec une chute de tension directe de 1,8V, et nous voulons 20mA à travers la LED. Le branchement des nombres dans l'équation 4 nous donne:

R = (3V-1,8V)/0,02A = 60

Les résistances ont tendance à avoir des valeurs amusantes - il y a donc de fortes chances que vous n'ayez pas une résistance de 60 qui traîne. C'est là que savoir combiner des résistances en série et en parallèle est utile. Cependant, ce n'est pas grave si vous n'obtenez pas exactement 20 mA à travers la LED - « assez près » est probablement OK pour la plupart des applications !

Enfin, c'est une idée fausse commune que la résistance doit venir avant la LED afin de faire chuter la tension ou de limiter le courant. Ce n'est pas vrai - il s'avère que la résistance peut être placée après la LED à la place. Regardez une vidéo expliquant pourquoi c'est vrai ici.

Étape 5: Ajout de plus de LED en parallèle

Commençons par le cas le plus simple: vous souhaitez simplement ajouter plusieurs LED de la même couleur en parallèle pour rendre votre lumière plus lumineuse. Il peut être tentant de simplement ajouter les LED directement en parallèle avec celle existante, en gardant la résistance unique. Cela fonctionne, comme vous pouvez le voir sur les photos ci-dessus - les trois LED s'allument - mais il y a un problème ! Le courant à travers la résistance unique ne change pas réellement lorsque vous ajoutez plus de LED en parallèle. Étant donné que les LED sont en parallèle, le courant traversant la résistance unique va se répartir uniformément entre elles. Donc, avant, là où j'avais 20mA via une seule LED, maintenant je n'obtiens qu'environ 20/3 = 6,67mA via chaque LED - et elles ne seront pas aussi lumineuses !

Au lieu de cela, si vous ajoutez une résistance individuelle en série avec chaque LED, vous obtiendrez la pleine quantité de courant à travers chaque LED. L'inconvénient est que cela videra votre batterie trois fois plus vite. Ce n'est pas un gros problème dans mon cas car j'ai la lumière montée dans un placard et je ne l'utiliserai pas si souvent.

Donc, si vous adoptez cette approche, vous avez évité de faire des calculs - vous avez juste besoin d'un peu plus de la même résistance. Dans mon cas, j'ai une résistance de 100Ω et une LED blanche - j'en ai juste besoin de deux de plus pour obtenir un total de trois LED en parallèle. (Malheureusement, j'ai oublié de prendre une photo de cette étape, avant de passer aux LED colorées).

Étape 6: ajouter plus de LED en série

Et si vous ajoutiez plus de LED en série ? Cette option fonctionne si la tension de votre batterie est suffisamment élevée. Les LED ne s'allumeront pas du tout si la tension de la batterie est inférieure à la chute de tension directe requise. Tout comme avec les batteries, lorsque vous combinez des LED en série, leurs tensions s'ajoutent. Dans mon cas, ma LED blanche a une chute de tension de 3,4 V, donc en mettre deux en série nécessiterait 6,8 V - plus que ce que ma batterie fournit. Cependant, par exemple, vous pouvez le faire avec deux (voire trois) LED rouges. Si chaque LED rouge avait une chute de tension de 2V et que vous vouliez un courant de 20mA, cela vous donnerait une valeur de résistance de R = (6 - 4) / 0,02 = 100Ω. Comparez cela à ne mettre qu'une seule LED rouge dans le circuit: R = (6 - 2) / 0,02 = 200Ω. En ajoutant une deuxième LED en série, vous avez considérablement réduit la taille de la résistance - mais vous ne consommez toujours que 20 mA, vous ne videz donc pas votre batterie plus rapidement ! Vous avez rendu le circuit plus efficace parce que vous dissipez moins de puissance dans la résistance. Cela amène une autre équation - pour une résistance, la puissance est égale au carré du courant multiplié par la résistance, ou

P=I^2*R

Ainsi, 20mA à travers une résistance de 200Ω dissipe 80mW, alors que 20mA à travers une résistance de 100Ω ne dissipe que 40mW.

(encore une fois, désolé de ne pas avoir de photo de cet exemple - je suis passé directement aux LED colorées en parallèle)

Étape 7: Mélanger des LED de différentes couleurs

Si vous souhaitez mélanger des LED de différentes couleurs, vous avez deux options:

• Câblez-les en série - cela fonctionne tant que la chute de tension totale à travers les LED est inférieure à la tension de la batterie (voir l'étape précédente).
• Câblez-les en parallèle, chacun avec sa propre résistance - en supposant que vous souhaitiez que toutes les LED aient le même courant afin qu'elles aient la même luminosité, vous calculez simplement la valeur de la résistance séparément pour chaque LED, compte tenu de sa chute de tension directe.

Parfois, il est plus facile de prototyper des circuits comme celui-ci sur une maquette (si vous ne savez pas comment utiliser une maquette, consultez ce tutoriel). Encore une fois, vous n'avez peut-être pas les valeurs de résistance exactes que vous souhaitez, vous pouvez donc jouer avec différentes combinaisons en série/parallèle pour affiner votre luminosité. Dans ce cas, j'ai une batterie 4xAA fournissant environ 6V et des LED rouges, vertes et bleues avec des chutes de tension d'environ 2V, 2V et 3V respectivement. Cela me donne une valeur de résistance de R = (6-2)/0.02 = 200Ω pour les LED rouges et vertes, et 150Ω pour la LED bleue. Je n'ai pas ces valeurs exactes disponibles, mais je peux créer une résistance de 200Ω en combinant deux résistances de 100Ω en série, et je peux m'approcher "assez près" d'une résistance de 150Ω en combinant une résistance de 100Ω et une résistance de 47Ω en série.

Étape 8: Ajout de LED en série ET en parallèle

Vous vous sentez aventureux et voulez rendre cette chose VRAIMENT brillante? Ajoutez des LED en série ET en parallèle ! Encore une fois, n'oubliez pas que pour ajouter des LED en série, la tension de votre batterie doit être supérieure à la somme des chutes de tension des LED; et si vous ajoutez des LED en parallèle, cela videra la batterie plus rapidement. Effectuez un calcul séparé pour la valeur de la résistance pour chaque ensemble de LED en série.

Étape 9: Remettez-le en place

Le prototypage sur une maquette, avec des pinces crocodiles ou en pliant des fils avec une pince est un bon moyen d'essayer différentes combinaisons LED/résistance avant de finaliser votre conception. Lorsque vous avez terminé, souder les LED et les résistances ensemble aidera à les maintenir en place lorsque vous réassemblez la lumière. Du ruban adhésif ou de la colle chaude peuvent également aider à les empêcher de se déplacer. Avec les LED rouge-vert-bleu, j'ai dû le démonter et le remonter plusieurs fois jusqu'à ce que les LED soient disposées de telle sorte qu'elles donnent un effet uniformément diffusé pour les trois couleurs. Le produit final ici ne sera probablement pas très utile dans mon placard, mais il a certainement l'air beaucoup plus cool !

Finaliste du concours Made with Math