Technologie - Electronique

 

 

 

 

 

 

 

 

 

L'électronique de régulation est, avec les leds, un élément fondamental pour le rendement global de la lampe. L'électronique a pour rôle d'assurer la liaison entre l'énergie disponible dans la batterie et les leds qui vont l'utiliser pour générer un flux lumineux d'intensité variable en fonction des modes d'éclairage choisis.

Généralités

Electronique régulée ou non régulée

Les batteries utilisées pour alimenter les lampes, sont basées sur des procédés chimiques qui ne délivrent pas une tension constante au fur et à mesure de leur décharge. Une batterie lithium par exemple délivrera 4.2V à pleine charge alors qu'elle ne sera plus qu'à 3V une fois déchargée. Les leds elles, délivrent une puissance lumineuse proportionnelle à la tension qui les alimente (par exemple 200 lumens à 3.5V, 100 lumens à 3.2V, 20 lumens à 2.9V ...). Ainsi si l'on branche directement les leds à la batterie, l'intensité lumineuse va baisser lorsque la batterie va se décharger. Les lampes utilisant ce principe sont dites non régulées. La puissance lumineuse annoncée par le fabricant n'est donc réelle que batterie pleine et pendant quelques secondes. La luminosité va ensuite baisser régulièrement en suivant la décharge de la batterie.

Les électroniques régulées permettent d'éviter cette chute de luminosité en maintenant une tension d'alimentation constante pour les leds, quelque soit le niveau de charge de la batterie. Ainsi une lampe annoncée à 200 lumens pourra fournir ces 200 lumens durant tout son cycle de fonctionnement. 

En pratique une bonne partie des lampes régulées ne le sont que partiellement. La régulation est active sur la première moitié de la batterie, puis non régulée sur la deuxième moitié. Ceci est lié au type d'électronique utilisé qui ne permet pas de réguler sur l'ensemble de la plage d'utilisation de la batterie.

Procédés de régulation

Il existe plusieurs façons de moduler la puissance d'éclairage mais leur rendement est variable.

La technologie historiquement la plus répandue est la régulation linéaire. Cette technique consiste à maintenir un courant d'alimentation constant pour les leds en dissipant la différence de tension entre la batterie et les leds en chaleur. Ainsi lorsque la batterie est à 4V et que la led nécessite 3V, il faut transformer les 1V de différence en chaleur. Cette technique est précise et efficace mais gaspille de l'énergie. Toute l'énergie perdue en chaleur pure est effectivement perdue ce qui altère le rendement global de la lampe. Les lampes utilisant cette technique ont au mieux un rendement de 65 ou 70%. Par ailleurs les électronique linéaires perdent souvent leur capacité de régulation à partir d'un certain niveau de décharge de la batterie. En effet lorsque la tension de la batterie n'est plus que de 3V et que la led doit être alimentée à 3.5V, l'électronique est incapable de fournir cette tension et se limite à fournir 3V (voir un peu moins en réalité car elle consomme elle même un peu de cette tension). Elle ne régule donc plus l'intensité lumineuse.

La technologie actuelle la plus performante est le PWM (pulse width modulation), qui consiste à alimenter la led par intermittence. En pratique les leds ne sont pas alimentées en continu mais clignotent à une fréquence élevée. Le clignotement est suffisamment rapide pour ne pas être perçu par l’œil. On fait alors varier l'intensité lumineuse en diminuant ou en augmentant la durée d'allumage de la led à chaque clignotement. Grâce à cette technique on obtient un rendement électronique pouvant atteindre 90% lorsque l'écart entre la tension de la batterie et celui des leds est idéal. En pratique le rendement moyen de la plupart des lampes utilisant cette technique est plutôt aux alentours de 75% car, tout comme pour la régulation linéaire, lorsque la tension de la batterie se rapproche de la tension des leds (du fait de la décharge), le régulateur ne fonctionne plus idéalement. Son rendement chute alors et ça régulation n'est plus parfaite. C'est le cas des régulateurs PWM dit Buck dont le rôle consiste à abaisser la tension de la batterie pour atteindre celui des leds.

Les régulateurs PWM Boost permettent de résoudre ce problème à condition d'utiliser plusieurs leds. Dans ce cas le régulateur élève la tension de la batterie (comprise entre 3 et 4.2V selon la charge) pour atteindre la tension des leds en série (environ 6V pour 2 leds, 9V pour 3 leds ...). De ce fait même lorsque la tension de batterie décroit, le régulateur fonctionne toujours dans sa plage de fonctionnement idéale et son rendement est de 85% sur toute la plage de fonctionnement. Cette technologie est rarement utilisée car généralement plus couteuse pour le fabricant.

Enfin en combinant astucieusement différentes technologies on peut atteindre un rendement de 92%. Mais là c'est secret :-)

Interface utilisateur

L'électronique apporte la puissance électrique mais joue aussi le rôle d'interface avec l'utilisateur pour accéder aux différentes fonctions de la lampe et lui apporter un certains nombre d'informations. Ce rôle est assuré par un microcontrolleur permettant de programmer différents modes de fonctionnement. Il contient l'intelligence de l'électronique. C'est lui qui traduit les actions effectuées par l'utilisateur avec le bouton de commande en ordre d'allumage des leds. Il permet aussi, selon sa complexité, de mesurer différentes informations d'état de la lampe (niveau de décharge de la batterie, température du bloc lumineux, luminosité ambiante ...) afin de modifier son comportement ou de donner des informations à l'utilisateur.

Technologies Stoots

Les lampes Stoots embarquent des électroniques régulée boost PWM à haut rendement (92%) sur toute leur plage de fonctionnement. Ceci permet de maximiser l'autonomie et de limiter le poids et la taille de la batterie. Le microcontroleur mesure en continue l'état de la batterie afin de fournir des alertes de fin de batterie lors de l'utilisation. Il assure par ailleurs le pilotage de la lampe à partir d'un bouton de commande 5 directions ou 1 direction selon les modèles. Enfin l'ensemble de l'électronique a été optimisé en terme d'encombrement pour offrir un maximum de fonctions et de puissance dans de tout petits boitiers.