Driver de LED à MC34063
 

Pour répondre à trois questions souvent posées, je ne fabrique ni ne modifie ni ne chiffre mes montages à la demande.

Pour les alimentations, il est nécessaire de se procurer le transformateur ou ( et ) les selfs avant d'envisager une fabrication.
Dans le cas d'un composant différent, il faudra envisager un autre routage.
 

Le MC34063 est un convertisseur de tension DC/DC. Son principal avantage est son coût très faible.
Le montage suivant a été réalisé pour alimenter un groupe de cinq LED 1W câblées en série.
La photo représente la première version du montage ( R8 n'existe pas et le condensateur C5 est un 470 µF ).
 
La fabrication n'est pas tirée de la documentation MOTOROLA. Le montage fonctionne en générateur de courant.
Pour réaliser ce projet vous aurez besoin :
- du schéma structurel,
- du schéma d'implantaton des composants,
- du typon .

Nomenclature :

Résistance




Condensateurs



Diode

Circuit intégré
Self
Conducteurs



R1, R2
R3, R7
R4, R5
R6
R8
C2
C5
C3, C4, C6
C1
D1
D2
U1
L1
IN, GND
LEDA, LEDK



1 ohm - 1/4 W
10 k
3,3
15 k
220
470 µF / 35 V Faibles pertes
47µF / 25 V Faibles pertes
100 nF Céramique - 1206
330 pF
1N5819
LM385 - 1.2V - boitier TO92
MC34063 + support 8 broches
470 µH - pas de 5,08 mm
Entrée alimentation
Sortie Anode et Cathode



Limitation du pic de courant dans le MC34063

R4 // R5, détermine l'intensité du courant dans les LED

Limitation du gain du darlington
Filtrage tension d'entrée
Filtrage tension de sortie
Découplage
Oscillateur interne
Diode de commutation rapide.
Référence de tension pour la limitation en courant
Gère l'alimentation.
Accumule puis restitue l'énergie lors des commutations.


Self 470 µH




Fonctionnement :


Pour augmenter le rendement de l'alimentation et pour diminuer la puissance dissipée dans le résistances R4 et R5, le schéma fait appel à une petite subtilité. On utilise pour cela un composant référence de tension ( D2 ).

On néglige le courant qui traverse R3 pour les explications suivantes.


La tension de référence typique du MC34063 est de 1,25 V = V CM
Cette tension est composée de la somme des tensions aux bornes de R4 // R5 et de R6.

Calcul de la ddp aux bornes de R6.
On est en présence d'un pont diviseur constitué de R7 et R6.
La tension V BD aux bornes de ce pont est imposée par D2 -> V BD = 1,247 V
Donc V R6 = V CD = V BD x [ R6 / ( R7 + R6 ) ]
V R6 = 1,247 x ( 15 / ( 10 + 15 ) = 748 mV

Lorsque le circuit intégré MC34063 régule, la tension V CM = 1,25 V
V CM = V CD + V DM ------> V DM = V CM - V CD ------> V DM = 1,25 - 0,748 = 501 mV

La ddp aux bornes du groupement R4 // R5 est donc V DM = 500 mV
La résistance équivalente du groupement est de 3,3 / 2 = 1,65 ohm
L'intensité du courant qui traverse le groupement est :
I LED = V DM / Requ = 0,5 / 1,65 = 304 mA

Ces LED sont des 1W, elles travaillent à leur courant nominal.

Remarque : les résistances R4 et R5 dissipent chacunes une puissance
P = V DM x ( I LED / 2 ) = 0,5 x 0,152 = 76 mW pour des 250 mW
J'ai choisi d'implanter sur le circuit uniquement des résistances 1/4 W.



Le montage pilote cinq LED bleues de 1 W montées en série.


La voie 1représente la ddp aux bornes de la diode 1N5819.
Le montage est alimenté sous une tension de 29 V.
La tension crête positive mesurée aux bornes de la diode est de 27 V.

La voie 2 représente la tension aux bornes du condensateur C1.
C'est ce composant qui détermine la fréquence interne de l'oscillateur.
Le fait de connecter la sonde de l'oscilloscope perturbe cette mesure.
La fréquence affichée est de 75 kHz,
alors que pour les chronogrammes suivants, la fréquence affichée est supérieure à 90 kHz.
( Ce dernier résultat est plus proche de la réalité ).



La voie 1 représente la tension de sortie.
Avec un calibre de 5 V / div, la tension moyenne mesurée est de 16,2 V.
La tension aux bornes du couple R4 // R5 est de 0,5 V.
La ddp aux bornes des cinq LED en série est de 16,2 - 0,5 = 15,7 V
La tension aux bornes d'une LED est de 15,7 / 5 = 3,14 V ( typique 3,2 V au courant nominal ).

La voie 2 représente la composante alternative de la tension de sortie.
La tension d'ondulation est d'environ 800 mV.
Le montage est destiné à alimenter une source d'éclairage.
Cette caractéristique n'est donc pas critique, il ne sert à rien d'essayer de l'améliorer.



La voie 1 représente la tension aux bornes du couple R4 // R5.
Le chronogramme représente l'image du courant dans les LED.
La tension moyenne mesurée est de 516 mV.
L'intensité moyenne du courant dans les LEDs est donc I LED = 0,516 / 1,65 = 313 mA
Les LED de puissance 1W travaillent à leur courant nominal.

La voie 2 représente la tension sur la broche 5 du circuit intégré.
C'est la tension de référence.
On retrouve la tension de 1,25 V, caractéristique typique de ce composant.


La voie 1 représente la tension au bornes du couple R1 // R2.

L'oscilloscope est en mode DC.
La tension crête mesurée est de 210 mV.
La résistance équivalente R1 // R2 est de 0,5 ohm.
L'intensité crête est donc de I P = U / R = 0,210 / 0,5 = 0,42 A
On a encore de la marge avec un courant de commutation admissible de 1,5 A.

En vrac :

La tension d'entrée du montage est limitée par la tension inverse de la 1N5819 qui est de 40 V puis par la tension du condensateur C2, donc 35 V.
Le MC33063 accepte une tension d'entrée de 40 V. Le montage drive alors cinq LED en série. La tension d'entrée du montage doit être située entre 21 V et 34 V.

La valeur de la régulation en courant peut être facilement modifiée. La tension aux bornes du couple R3 // R4 est de 500 mV.
En prenant, par exemple, deux résistances de 4,7 ohms, la résistance équivalente est Requ = 4,7 / 2 = 2,35 ohms et Ie courant LED = 0,5 / 2,35 = 212 mA

Les seuls composants CMS sont les trois condensateurs de 100 nF. Ils améliorent le filtrage. Dans le pire des cas, on peut s'en passer ...

Une inversion de polarité d'une LED est destructive pour cette dernière.
Le montage ne peut être mis sous tension que si les LED sont déjà câblées. L'alimentation n'est pas prévue pour fonctionner à vide.
Le test peut se réaliser avec une résistance de charge. En cas d'erreur sur le montage les LED ne seront pas détruites.
Il ne faut pas regarder en direction des LED lors du premier essai ( danger d'éblouissement ).


Calculs préliminaires : Vin = 25V et Iout = 300 mA

Il existe quelques legères contradictions dans les formules données dans la documentation constructeur. Elles ne nuisent pas à l'élaboration du projet.
C'est une régulation de type STEP-DOWN.
Raccourci dans les calculs. La fréquence de l'oscillateur est donnée pour 33 kHz avec un condensateur CT = 1 nF.
Pour un condensateur de 330 pF ( cas de ce montage ), la fréquence de l'oscillateur sera proche de 100 kHz.

CT = 4E-5 x ton ------> ton = CT / 4E-5 = 8,25 µs
ton / toff = ( Vout + VF ) / ( Vin - V sat - Vout ) = ( 16,2 + 1 ) / ( 25 - 0,15 - 16,2 ) = 1,76 ------> toff = ton / 1,76 = 8,25E-6 / 1,76 = 4,67 µs
Ipk = 2 x Iout = 2 x 0,3 = 0,6 A ------> Rsc = 0,3 / Ipk = 0,3 / 0,6 = 0,5 ohm ( Deux résistances de 1 ohm câblées en // ).
Lmin = [ ( Vin - Vsat - Vout ) / Ipk ] x ton = [ ( 25 - 0,15 - 16,2 ) / 0,6 ] x 8,25E-6 = 119 µH -Valeur normalisée à retenir 150 µH.
Valeur réelle retenue après essais 470 µH pour pouvoir driver un groupe de 3 LED avec une tension d'entrée comprise entre 15 et 34 V.
Co ------> valeur à calculer pour une contre réaction en tension. Les LED ont un autre comportement. Valeur expérimentale retenue 47 µF.

Version 01 février 2012

 
Version hybride Tradi / CMS

 
Le schéma structurel
Le schéma d'implantation des composants
Le typon

Les modifications sont mineures. La diode D1 est une SS24 CMS en boitier DO-214AA.
La référence de tension est en boitier SOT23. Le condensateur C1 et la résistance R3 sont en boitier 1206.
Le condensateur C6 n'est pas implanté.