Alimentation des rubans LEDS: bien choisir son alimentation !

Nous avons vu dans un précédent article comment les LEDs sont alimentées dans le cas d'une alimentation 12 volts:
Trois diodes LEDs en série avec une résistance.
Les diodes LED type 5050 sont en fait trois diodes LED intégrées dans un seul boitier, aisément identifiables du fait de la présence de trois connecteurs d'entrée et trois connecteurs de sortie.

Astucieusement, les LEDS sont regroupées par trois non pas par boitier mais à raison d'une LED par boitier suivant le schéma ci-après:

En cas de panne d'une diode, chacun des modules voit sa puissance diminuer d'un tiers (une diode sur trois) mais ceci évite l'extinction complète d'un module, beaucoup plus visible...
Un tronçon sécable est donc composé de trois boitiers (regroupant chacun trois LEDs) et trois résistances et un mètre de ruban dit "60 Leds" est composé de 20 tronçons de 5 centimètres.
Généralement, la très grande majorité des LEDs utilisées sur les rubans ont un courant typique de 20 mA.
Si la valeur de la résistance est bien calculée de façon à faire travailler la LED à son intensité nominale, chaque tronçon doit voir  passer un courant de 20 mA.
Le calcul est alors évident: un tronçon sécable consomme 3 x 20 mA = 60 mA et nous avons 20 tronçons soit 1.2 Ampère par mètre d'où une puissance consommée de 1.2A x 12volts = 14.4 Watts.
En conclusion, un ruban LED équipé de 60 LED triples au mètre type 5050 d'intensité individuelle nominale 20mA devrait, si il est bien conçu et alimenté en 12 volts, consommer 14.40 Watts au mètre.
Toutefois, rien n'est jamais parfait et plusieurs facteurs que nous allons détailler maintenant rentrent en ligne de compte...
Il est d'usage de mettre en place des résistances de valeur légérement supérieures afin de limiter le courant dans la LED et d'augmenter ainsi sa durée de vie au détriment d'une très légère perte de luminosité.
C'est le cas de nos rubans blancs où nous disposons d'une résistance de 130 ohms alors que le calcul théorique demanderait 120 ohms.
Le courant est alors d'environ 18.5 mA soit une consommation théorique de 13.3 Watts au lieu de 14.4 Watts et une perte de luminosité (par rapport à la valeur nominale) de 2 à 3%....
Mais le principal paramètre à prendre en compte est lié à la tension d'alimentation qui ne peut malheureusement pas être égale à 12 volts pour tous les tronçons.
La tension d'entrée du ruban doit être de 12 volts or, même si l'alimentation est régulée, sa tension de sortie varie en fonction de la charge et nécessite un ajustement.
De plus, la longueur et la qualité du câble d'alimentation ( de l'alimentation au ruban) ont une forte incidence sur la tension à l'entrée du ruban.
C'est pourquoi nos alimentations à bornier sont équipées d'un ajustement fin de la tension et nous proposons des câbles de section 0.75mm² et 1.5mm² pour limiter la perte de tension dés que la longueur dépasse 1 ou 2 mètres.
A titre d'exemple, la résistivité d'un câble de section 0.75 mm² est de l'ordre de 30 ohms/km ce qui occasionnerai une chute de tension de 1.5 volts pour 5 mètres de câble utilisé à 5 ampères !
Il est donc important d'ajuster la tension d'entrée au niveau du ruban lors de l'installation pour assurer les 12 volts nécessaires.
Mais le principal phénomène est lié à la résistivité même du bandeau sur lequel sont placées les LEDs.
Cette résistivité est de l'ordre de 70 ohms au km ce qui amène une chute de tension de l'ordre de 2.1 volts au bout de 5 mètres de ruban utilisé à 3 Ampères: non négligeable !
Ce qui signifie que la tension disponible aux bornes des LEDs diminue tout au long du ruban et donc aussi la consommation.
Si le premier tronçon de 5 cm consomme bien ses 3 x 20  mA (avec la résistance théorique), le deuxième tronçon consommera déjà un peu moins et ainsi de suite ce qui fait que le premier mètre ne consomme déjà pas sa puissance théorique et bien sûr encore moins pour les suivants...

Ci-après un relevé de mesure sur un ruban blanc jour en différentes longueurs.
le premier tronçon consomme bien l'équivalent au mètre de 13.3 Watts mais la consommation ramenée au mètre diminue dés le premier mètre.

 En conclusion, le choix de la valeur de la résistance est peu conséquent sur la consommation totale. Les deux principaux facteurs à prendre en compte sont:

• Le comportement de l'alimentation une fois chargée et la longueur du câble d'alimentation. Ceci peut-être compensé par un ajustement de la tension de sortie de l'alimentation mais a pour conséquence une plus grosse consommation pour celle-ci (jusqu'à + 10%)
• La résistivité linéique du bandeau lui-même qui induit une chute de consommation globale du ruban à tel point que les 14.40 W/m spécifiés peuvent devenir seulement 8 Watts en moyenne par mètre.

En terme de luminosité, la perte est beaucoup moins sensible du fait de la courbe de réponse Luminosité/Intensité des diodes LEDs :

où l'on constate qu'une réduction du courant de fonctionnement de 20 mA (100%) à 10 mA soit 50% de diminution n'engendre qu'une réduction de la luminosité d'environ 35%.
On retiendra néanmoins que les longueurs supérieures à 5 mètres devrait donner lieu à réalimentation du ruban.
Quand au choix de l'alimentation, on retiendra que la possibilité d'ajustement de la tension est très importante,  qu'il est nécessaire de prévoir une réserve de 10% pour obtenir au moins les 12 volts au niveau du ruban mais qu'un ruban de 5 mètres consomme près de 40% de moins que la consommation théorique.