Parce qu’elles apportent une réponse performante aux nouvelles réglementations relatives aux économies d’énergie, les diodes électroluminescentes (LED) sont utilisées de façon croissante en tant que sources lumineuses économes en énergie. Les LED présentent en effet des avantages décisifs par rapport aux ampoules ordinaires : elles consomment moins d’énergie, ont une durée de vie supérieure et sont déclinées en différentes couleurs. À titre d’exemple, l’utilisation de diodes LED permet de découvrir sous un jour entièrement nouveau la plus grande église du monde, la basilique Saint-Pierre de Rome, grâce à un système de gestion intelligent qui éclaire dans leurs moindres détails les plus précieux trésors qu’abrite ce monument. Ces systèmes à commande numérique intègrent des pilotes programmables qui allument et éteignent les LED en fonction de scénarios prédéfinis. La figure 1 représente une configuration à 3 canaux de pilote de LED.
Chacune des trois tensions de sortie du convertisseur numérique-analogique (CNA) AD5686 d’Analog Devices commande un étage de conversion tension/courant. Sur chacun des 3 canaux, chaque LED se trouve sur le même chemin que la charge. Les trois étages de conversion sont constitués d’un amplificateur opérationnel ADA4500-2 et d’un MOSFET connecté qui contrôle le courant appliqué aux diodes. Ce courant peut théoriquement atteindre plusieurs ampères en fonction de la source de tension (VS) et de la résistance de la charge, qui est de 2 ? dans notre exemple. D’où l’importance de bien choisir le MOSFET qui sera utilisé.
La qualité des tensions de sortie du convertisseur numérique-analogique dépend dans une large mesure de la source de tension de référence VREF. Il convient à ce titre de choisir une source de référence de haute qualité, l’ADR4520 par exemple (Figure 1). Ce composant conjugue un très faible niveau de bruit, une précision extrêmement élevée sur le long terme et une grande stabilité en température.
En raison de la conception interne de l’ampli-op ADR4500-2, les amplificateurs rail-à-rail typiques présentent une certaine non-linéarité et une certaine distorsion de croisement. Leur étage d’entrée est composé de deux transistors différentiels montés en parallèle : un étage PNP (Q1 et Q2) et un étage NPN (Q3 et Q4), comme le montre la figure 2.
Figure 1. Schéma simplifié d’un driver de LED pilotant séparément trois diodes LED.
Figure 2. Schéma simplifié d’un étage d’entrée à transistors bipolaires rail-à-rail sur l’ampli-op.
En fonction de la tension de mode commun appliquée, les deux paires d’entrées produisent des tensions de décalage et des courants de polarisation différents. Si une tension en mode commun appliquée à l’entrée de l’amplificateur varie de moins de 0,7 V par rapport à la tension d’alimentation négative ou positive (VS), seul l’un des deux étages d’entrée sera activé. Seule l’erreur (tension de décalage et courant de polarisation) de l’étage actif sera alors apparente. Si la tension atteint 0,8 V, les deux étages d’entrée seront activés. Dans ce cas, la tension de décalage peut varier brusquement, entraînant ce que l’on appelle une distorsion croisée et une non-linéarité.
Pour sa part, l’amplificateur ADA4500-2 dispose d’une pompe de charge intégrée en entrée, ce qui permet de couvrir la plage d’entrée rail-à-rail sans recourir à une deuxième paire différentielle et d’éviter ainsi la distorsion de croisement. Parmi les autres avantages de ce composant figurent sa tension de décalage, son courant de polarisation et ses composantes de bruit peu élevées.
Avec de tels circuits, il convient d’être attentif à l’inductance qui peut survenir sur le trajet du courant/de la charge lors du câblage des diodes. Les fils mesurent souvent plusieurs mètres et risquent de provoquer des oscillations indésirables en l’absence d’une compensation appropriée. Dans ce circuit, la compensation est réalisée par une chaîne de rétroaction qui renvoie le courant, mesuré par une résistance en parallèle, jusqu’à l’entrée de l’ampli-op. Les circuits dont dispose l’amplificateur ADA4500-2 (résistances et condensateurs) doivent être ajustés en fonction de l’inductance résultante.
Avec le circuit représenté en Figure 1, il est relativement facile de réaliser un driver de LED multicanaux programmable via un convertisseur numérique/analogique, qui sera utilisé dans des applications de gestion de l’éclairage de haute précision. Il est néanmoins important d’adapter le dimensionnement aux exigences spécifiques afin d’éviter tout dysfonctionnement.
Conclusion
Le circuit présenté dans cet article permet de créer de façon relativement simple un driver de LED programmable idéalement adapté à des applications de commande d’éclairage haute précision qui nécessitent une source électrique compacte, évolutive, facile à alimenter et hautement linéaire. Toutefois, les dimensions doivent être adaptées aux exigences de l’application afin d’éviter tout dysfonctionnement dû aux différentes inductances présentes — en ligne et parasites.
Thomas Brand, Analog Devices Inc.
Source : zellercom.com
