Clignoteurs & pummers

Une LED ou diode électroluminescente est une diode qui se comporte ... comme une diode.

Lorsque l'on applique une tension en sens inverse, aucun courant ne passe, alors que si on applique une tension dans le sens direct, si on dépasse sa tension de seuil, alors du courant la traverse, et à ce moment-là, de la lumière est émise.

L'ennui, c'est que cette tension de seuil est relativement élevée, même pour le rouge qui commence aux alentours de 1.6 volt. Le blanc est le plus compliqué, car c'est une bleue avec des pigments fluorescent jaune, et on est dans la zone des 3.5 volts.

Alors avec nos supercondensateurs possédant une tension maximale de 3.3 volt, et dont la tension décroit linéairement avec la consommation des charges, on est en face d'un problème à résoudre : il va falloir augmenter la tension par un moyen ou par un autre.

Utiliser un élévateur de tension est certainement la première idée qui vient à l'esprit, mais c'est une mauvaise idée du point de vue énergétique, surtout dans la zone des microampères. On aurait de l'énergie à revendre, on pourrait le faire, surtout qu'on sait faire des élévateurs avec des rendements intéressants, genre 80% voire mieux, mais il faut avoir de la puissance à débiter.

Dans notre cas, nous n'avons pas besoin d'allumer notre LED pendant une longue durée, on souhaite juste un flash minimal, et cela peut se réaliser avec une ruse assez simple, et sans composant bizarre.

Une astuce plutôt rusée consiste à charger un condensateur avec des charges, puis à "pousser" les charges en forçant la tension d'un côté, ce qui aura pour effet de pousser la tension de l'autre côté.

Habituellement on commande une LED à travers une résistance afin de limiter le courant qui la traverse pour éviter de la griller.

La valeur de la résistance est calculée de manière à obtenir un courant spécifique, par exemple 20 mA, en fonction de la tension d'alimentation. Sous 5 V, avec une LED rouge présentant une tension directe de 1.8 V, cela implique une chute de tension de 3.2 V dans la résistance à 20 mA, on obtient une valeur de 160 Ω. On est souvent dans ces eaux-là pour la valeur de la résistance mise en série avec une LED.

Mais dans notre cas, la tension sera variable, et souvent insuffisante pour allumer la LED.

Si la tension d'alimentation est trop faible, comment faire marcher notre LED ? À l'aide du montage suivant.

Sur la simulation ci-dessus, on a :

• Une tension d'alimentation de 1 volt, insuffisante pour déclencher la LED, surtout qu'une résistance bien trop grande est mise en série.
• Au début, la capacité est chargée à 1 volt via la résistance de 100 kΩ
• À 100 ms, on monte la tension à l'entrée de la capacité (c'est l'oscillateur plus tard qui le fera) (courbe bleue)
• Cela a pour effet de "pousser" les charges dans la capacité, et du coup la tension de l'autre côté (courbe rouge) augmente de quasiment 1 volt (c'est la tension disponible), pour atteindre presque 2 volts.
• La LED entre en conduction, un courant suffisamment important la traverse pour l'allumer (courbe verte sur fond noir). Mais c'est très bref, c'est nettement moins qu'une microseconde.
• Pas mal de charges sont "perdues" via la résistance

Plus tard, lors du créneau descendant, lorsque l'on remet l'entrée de la capacité à zéro pour pouvoir recommencer le cycle, le phénomène inverse se produit, mais ça n'allume pas la LED, c'est dans le mauvais sens.

Il vaudra mieux effectuer un créneau d'attaque de la capacité aussi court que possible (des microsecondes) afin de réduire la consommation au maximum et laisser la capacité se recharger à travers la résistance pour le prochain tour.

Cette astuce a été proposée sous diverses formes, en voici quelques exemples retrouvés sur le web, mais elle n'est pas si fréquente, probablement car mal employée, mal comprise.

Si vous adaptez ce doubleur de tension, essayez diverses valeurs de capacité et de résistance, ainsi que de largeur de créneau pour optimiser votre montage vis-à-vis de la LED et de l'intensité de flash souhaitée.

Pourquoi s'arrêter en si bon chemin ? D'une manière étrange, je n'ai quasiment jamais vu de montage qui triple la mise en effectuant la même astuce de l'autre côté de la LED.

Il faudra générer les signaux adéquats pour piloter les deux capacités, mais au final on pourra avoir trois fois la tension d'alimentation, ce qui sera utile surtout pour les LEDs blanches ou bleues, qui présentent une tension de seuil plus importante.

Un élévateur de tension est souvent basé sur une inductance = une bobine de fil sur un cœur magnétique. Quand on interrompt le courant brusquement, l'énergie magnétique stockée est libérée et la tension s'élève.

C'est le principe de base des circuits dit Joule Thief :

Dans le circuit Joule Thief, on s'arrange pour avoir un oscillateur qui va provoquer un cyclage permanent, assez rapide pour que l'œil ne le détecte pas.

Dans notre cas, on voudra piloter une seule impulsion, alors on pourra utiliser un pilotage simple avec un transistor MOSFET :

Le principal défaut de ce circuit est la présence de l'inductance, un composant généralement assez gros, et onéreux par rapport à une capacité.