Le courant électrique et l'éclairage LED

De la simple ampoule aux appareils électroniques les plus complexes, le courant électrique est essentiel pour que ces équipements puissent fonctionner normalement. Afin de bien acheter vos alimentations LED, profitez de l'expertise de Boulevard des leds pour tout savoir sur le courant électrique et les blocs d'alimentation utilisés dans l'éclairage LED.

Qu'est-ce que le courant électrique ?

Il existe une belle analogie entre le courant électrique qui circule dans un fil conducteur et le courant d'eau qui s'écoule dans un tuyau. L'eau se déplace sous l'effet d'une différence de pression et les charges électriques se déplacent sous l'effet d'une différence de potentiel électrique, la fameuse tension électrique en volts.

Contrairement aux matériaux isolants, un conducteur possède des électrons presque libres (faiblement liés aux atomes), appelés électrons de valence. Ces derniers peuvent se déplacer lorsqu'une tension électrique est appliquée entre les deux extrémités du conducteur. Le courant électrique représente cet écoulement d'électrons ou plus exactement ce flux de charges électriques qui traversent un conducteur. L'intensité du courant électrique est mesurée en Ampère (A) et représente un débit de charge électrique (Coulomb/seconde), exactement comme le débit d'eau qui sort d'un tuyau en litre/min par exemple.

Les applications les plus courantes utilisent principalement deux types de courants électriques : le courant continu CC (DC en anglais pour Direct Current) et le courant alternatif CA (AC en anglais pour Alternating Current). Mais dans certains domaines, d'autres types de courants peuvent être utilisés, comme le courant pulsé ou le courant triphasé.

Qu'est-ce qu'un courant continu CC ?

Lorsqu'un courant électrique continu circule dans un circuit fermé, les électrons se déplacent tous dans le même sens. Par conséquent, le courant continu circule aussi dans une seule direction. Mais sachez que si le courant électrique se déplace à une vitesse proche de la lumière (environ 200 000 km/s) dans un fil de cuivre, les électrons eux ne voyagent qu'à une vitesse de quelques mètres par heure.

Les piles ou batteries sont des exemples de sources de courant continu. Son sens conventionnel part du pôle positif vers le pôle négatif. Ce type de courant alimente tous les appareils électroniques mobiles, tels que les smartphones, ordinateurs portables, appareils photo, perceuses sans fil, etc.

Qu'est-ce qu'un courant alternatif CA ?

Les caractéristiques du courant électrique alternatif sont un peu particulières. Son sens de propagation change périodiquement selon une certaine fréquence. En France, cette fréquence vaut 50 Hz. Par conséquent, le courant change de sens 50 fois par seconde ! Il en est de même pour les électrons qui voyagent tantôt à droite et tantôt à gauche. Leur vitesse vaut quelques dizaines de microns (millième de millimètre) par seconde. Ce mouvement d'oscillation périodique des électrons est induit par une tension sinusoïdale qui change de polarité 50 fois par seconde. C'est pour cette raison qu'il n'y a pas de polarité positive ou négative pour les équipements fonctionnant avec du courant alternatif.

La production de courant alternatif nécessite l'utilisation d'alternateurs ou de générateurs. Le courant alternatif possède de nombreuses applications domestiques et industrielles : les appareils électroménagers, ainsi que les moteurs et les outillages électriques à titre d'exemple. Il est adapté aux transports à longues distances, car les pertes d'énergie sont plus faibles et la transformation basses/hautes tensions est beaucoup plus facile, comparé au courant continu. Mais si vous voulez stocker de l'électricité, vous ne pourrez le faire qu'avec un courant continu.

Principe de fonctionnement électrique d'une LED

La fonction d'une LED consiste à transformer de l'énergie électrique en énergie lumineuse, d'où son nom de diode électroluminescente. Son fonctionnement repose sur l'utilisation de semiconducteurs. Ces derniers sont des composés dont la conductivité électrique se situe entre celle des conducteurs et celle des isolants.

Comment fabriquer une diode électroluminescente ?

Une diode est un composant optoélectronique qui résulte de la jonction de deux couches de semiconducteurs, comme le gallium, l'arsenic, le phosphore ou un alliage de ces métaux. L'un des semiconducteurs est dopé avec des atomes qui créent un déficit d'électrons qu'on appelle « trou ». C'est la couche p (p pour positive). L'autre semiconducteur contient des dopants qui créent un excès d'électrons. C'est la couche n (n pour négative). En mettant en contact ces deux couches, vous obtenez une jonction pn, c'est-à-dire une diode.

D'où provient la lumière émise par une LED ?

L'interface devient une zone de recombinaison radiative (émission de photon) si une tension est appliquée aux bornes de la diode pour forcer le mouvement des porteurs p (trous) et n (électron). Pour émettre de la lumière, la diode doit être polarisée par une tension continue directe : la couche p reliée au pôle positif (+) et la couche n au pôle négatif (−). Cette polarisation directe de la diode pousse les électrons et les trous à se déplacer en sens inverse, puisqu'ils ont des charges opposées, et à se recombiner au niveau de la jonction. La recombinaison d'un électron avec un trou libère de l'énergie sous forme de photons.

Quelle couleur est émise par une LED ?

La couleur de la lumière émise par une LED dépend des semiconducteurs utilisés. Par exemple, une LED rouge (660 nm) peut être fabriquée avec le semiconducteur AlGaAs (arséniure de gallium aluminium), alors qu'une LED jaune (590 nm) s'obtient avec le GaAsP (phospho-arséniure de gallium).

Pour obtenir une lumière blanche, il suffit de combiner trois leds de couleur rouge, verte et bleue qui, en s'additionnant, donne une lumière blanche.

Une autre solution consiste à recouvrir une LED bleue avec du phosphore. Ce dernier convertit la lumière bleue en une lumière blanche par phosphorescence. Plus la couche de phosphore est épaisse, plus le jaune vire à l'orange, plus la température du blanc sera chaud.

Quelles sont les différentes alimentations LED ?

Les alimentations électriques des LED transforment la tension du secteur (220 V) en une tension et un courant spécifiques, nécessaires à la protection et au bon fonctionnement des luminaires LED. Les deux types de pilotes LED couramment utilisées sont les alimentations LED à courant constant CC (Constant Current) et les alimentation LED à voltage constant CV (Constant Voltage).

Alimentation LED CV à tension fixe

C'est l'alimentation la plus couramment utilisée dans l'éclairage LED. Les tensions sont généralement de 5 V, 12 V, 24 V, 36 V ou 48 V. Lorsque vous utilisez des rubans LED 36 V ou 48 V qui consomment une certaine puissance électrique, votre transformateur 220V/36V ou 220V/48V doit avoir une plus grande puissance pour répondre aux besoins de votre éclairage LED. Une puissance 20 % plus grande est recommandée pour préserver votre pilote de la surchauffe.

Alimentation LED CC à intensité constante

Présents dans les éclairages LED haut de gamme et l'éclairage industriel, les pilotes LED à courant constant CC fixent la valeur de l'intensité électrique qui traverse le luminaire LED. Cette valeur constante du courant électrique augmente la durée de vie du luminaire LED et permet d'obtenir une luminosité uniforme. Mais si le courant demeure fixe, la tension aux bornes de la LED varie sur une plage donnée. Si vous souhaitez plus de détails, consultez notre guide complet sur les alimentations LED à courant constant CC.

Rendement des alimentations LED

Un bloc d'alimentation LED consomme toujours plus de courant que ce que requiert un luminaire LED. Cette différence entre la consommation réelle du driver et la puissance délivrée permet de calculer le rendement énergétique de l'alimentation LED. Par exemple, si un ruban LED 36 V a besoin de 200 W pour fonctionner et que le pilote en consomme 250 W, alors le rendement de cette alimentation vaut 80 %. Les 50 W perdus vont être convertis en chaleur, absorbée par la surchauffe des composants. C'est pour cela que certaines alimentations contiennent des ventilateurs de refroidissement.

Facteur de puissance et cos phi

Le facteur de puissance d'une alimentation LED, appelé aussi cos phi, permet de calculer la puissance électrique effectivement convertie et dite « puissance active ». Si la puissance d'une alimentation et son facteur de puissance valent respectivement 200 W et 0,92, la puissance réellement convertie et introduite dans le circuit vaut 184 W. Les alimentations conformes aux normes de qualité possèdent un facteur de puissance supérieur à 0,9. Plus il est proche de 1 (le cas idéal) et plus l'alimentation est efficace en matière de transformation d'énergie. Un bloc d'alimentation LED qui ne spécifie pas son facteur de puissance signifie que sa valeur est en dessous de 0,9 et qu'il est peu efficace.

Comment choisir et brancher un ruban sur son alimentation ?