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Nous utilisons des lampes LED tous les jours. Nous les voyons dans nos maisons, nos bureaux et nos voitures. Mais vous êtes-vous déjà arrêté pour réfléchir au fonctionnement de ces lampes ? Derrière ces minuscules points lumineux se cache un composant très important. Ce composant est appelé circuit imprimé (PCB). Le circuit imprimé est le cœur de la lampe à DEL. Il garantit que la lumière s'allume correctement et qu'elle fonctionne correctement pendant longtemps.
Qu'est-ce qu'un circuit imprimé ?
Avant de parler du circuit imprimé d'une lampe à DEL, il faut d'abord comprendre ce qu'est un circuit imprimé. PCB est l'abréviation de "Printed Circuit Board" (circuit imprimé). Vous pouvez le considérer comme une maison et un système de transport pour les pièces électroniques.
Mon article ci-dessous présente le circuit imprimé en détail.
Pourquoi une lampe à DEL a-t-elle besoin d'un circuit imprimé ?
Pourquoi une petite lampe LED a-t-elle besoin d'une telle pièce ? La réponse est simple. Une lampe LED génère de la chaleur lorsqu'elle fonctionne. Et elle a besoin d'un circuit stable pour l'alimenter. Le circuit imprimé est la solution parfaite à ces deux problèmes.
Gestion de la chaleur
Les lampes LED sont formidables. Il ne s'agit pas d'une exagération. Par rapport aux ampoules traditionnelles, les LED transforment la majeure partie de l'énergie électrique en lumière et non en chaleur. Cependant, une petite partie de l'énergie se transforme toujours en chaleur. Une seule petite puce LED peut généralement supporter cette chaleur, mais de nombreuses puces LED sont souvent serrées les unes contre les autres dans un luminaire. La chaleur s'accumule alors et ne peut plus s'échapper.
La température élevée est le plus grand ennemi d'une puce LED. De longues périodes de chaleur élevée entraînent plusieurs problèmes :
- Décroissance de la lumière : La chaleur accélère le vieillissement des puces, ce qui entraîne une baisse de la luminosité et de l'intensité lumineuse de la lampe.
- Changement de couleur : Les LED blanches peuvent changer de couleur sous l'effet d'une forte chaleur, rendant la lumière plus bleue ou plus jaune.
- Durée de vie plus courte : Une chaleur constante peut endommager les pièces internes de la puce et provoquer une défaillance prématurée de la lampe. Dans les cas les plus graves, la chaleur peut brûler la puce.
L'évacuation de la chaleur des puces LED est donc un élément clé de la conception des lampes. Un circuit imprimé n'est pas seulement une carte de câblage. C'est aussi un élément important du système de refroidissement. Un circuit imprimé en aluminium est conçu pour résoudre ce problème de chaleur. L'aluminium évacue bien la chaleur.
En tant que base du circuit imprimé, il peut rapidement évacuer la chaleur des puces, puis la déplacer vers le boîtier de la lampe et dans l'air. Une bonne conception thermique permet de maintenir les LED à une température sûre et de préserver la luminosité, la stabilité des couleurs et la durée de vie.
Circuits stables et fiables
Outre la chaleur, une lampe LED a également besoin d'un circuit très stable pour l'alimenter. Les puces LED sont très sensibles à l'électricité. Elles ont besoin d'un flux de courant précis et constant pour fonctionner correctement. Si le courant est trop élevé, la puce LED grillera. Si le courant est trop faible, la lampe ne sera pas assez lumineuse.
Le circuit imprimé constitue la plate-forme idéale pour ce circuit d'alimentation. Grâce à une bonne conception du circuit imprimé, les ingénieurs peuvent placer toutes les pièces du circuit d'alimentation de manière petite et organisée. Ces pièces comprennent des puces de commande, des résistances et des condensateurs.
Les traces de cuivre sur le circuit imprimé garantissent que les connexions entre toutes ces pièces sont exactes et solides. Cela permet d'éviter les problèmes de fils lâches ou de courts-circuits qui peuvent survenir lors d'un câblage manuel.
En outre, le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés est en grande partie automatique. Cela signifie que chaque carte PCB fabriquée est presque exactement la même. Cette cohérence est très importante lorsque vous fabriquez des milliers ou des millions de lampes LED.
Cela garantit que chaque lampe LED qui quitte l'usine présente la même qualité et les mêmes performances. Cet aspect est crucial pour les grands projets et pour instaurer la confiance sur le marché. Lorsque les propositions du marché exigent des produits fiables et cohérents, cartes de circuits imprimés de haute qualité sont essentiels.
En résumé, une lampe à LED a besoin d'un circuit imprimé pour deux raisons principales :
Bonne gestion de la chaleur : Le circuit imprimé, surtout s'il est métallique, fait office de dissipateur thermique. Il éloigne la chaleur des puces LED pour les protéger.
Connexion électrique fiable : Le circuit imprimé constitue une base stable pour le circuit d'alimentation des DEL. Elle permet de s'assurer que les puces LED reçoivent la bonne quantité d'électricité pour fonctionner correctement.
Sans un circuit imprimé bien conçu, même la meilleure puce LED ne peut pas fonctionner correctement. Elle tomberait rapidement en panne.
Commençons par les étapes nécessaires à la conception d'une LED simple.
Commencez par une idée claire et un plan
Avant de toucher aux outils ou aux pièces, vous devez avoir un plan précis. Vous devez décider du type de lampe LED que vous souhaitez fabriquer. À quoi servira-t-elle ? Répondre à cette question est la toute première étape.
Vous souhaitez peut-être fabriquer une simple lampe de lecture pour votre bureau. Ou peut-être voulez-vous créer des lampes à led noires pour la décoration. Vous avez peut-être une idée pour un miroir led pour votre salle de bains. L'objectif de votre lampe LED déterminera tout le reste. Il déterminera la taille, la luminosité et les éléments dont vous avez besoin.
Une fois que vous avez votre idée principale, vous devez penser aux détails. Quelle doit être la luminosité de la lampe ? Cela vous indiquera le nombre de puces LED dont vous avez besoin. Quelle couleur de lumière souhaitez-vous ? Les DEL existent dans de nombreuses couleurs, du blanc chaud au blanc froid, en passant par le rouge, le vert et le bleu.
Vous devez également penser à l'alimentation. Où la lampe sera-t-elle alimentée en électricité ? Se branchera-t-elle sur une prise murale ? Ou utilisera-t-elle des piles ? Cette décision est très importante. Elle affectera la conception de votre circuit imprimé et les pièces que vous choisirez. Une lampe qui se branche sur une prise murale nécessite des pièces qui peuvent supporter une tension élevée. Une lampe alimentée par des piles nécessite des pièces qui utilisent l'énergie de manière très efficace.
Rédigez votre plan. Dressez une liste simple de ce que vous attendez de votre lampe LED.
- Quel est son objectif ? (Exemple : une lampe de bureau)
- Quelle doit être sa luminosité ? (Exemple : suffisamment clair pour lire)
- Quelle est la couleur de la lumière ? (Exemple : blanc chaud)
- Comment sera-t-il alimenté ? (Exemple : se branche au mur)
Il est très important d'avoir un plan clair comme celui-ci. Il facilite grandement toutes les étapes suivantes. Un bon plan est comme une carte. Il vous montre où vous allez. Sans carte, vous risquez de vous perdre.
Avec un bon plan, vous êtes prêt à commencer le véritable travail de conception. Cette étape de planification est similaire à la façon dont les entreprises créent des propositions orientées vers le marché. Ils partent d'un besoin clair et élaborent une solution pour y répondre.
Créez votre schéma de circuit
Maintenant que vous avez un plan, il est temps de concevoir le circuit. Le circuit est le chemin électrique qui permet aux DEL de s'allumer. Le plan de ce circuit s'appelle un schéma. Un schéma est un dessin. Mais il s'agit d'un type de dessin particulier. Il utilise des symboles pour représenter les pièces électroniques. Et il utilise des lignes pour montrer comment ces pièces sont connectées.
Vous aurez besoin d'un logiciel pour dessiner votre schéma. De nombreux programmes sont disponibles. Certains sont gratuits pour les amateurs et les débutants. Ces programmes disposent de bibliothèques de pièces. Vous pouvez choisir les symboles de vos diodes électroluminescentes, de vos résistances et de votre source d'alimentation.
Tout d'abord, vous devez choisir vos puces LED. Le plan que vous avez établi à l'étape 1 vous sera utile. Vous savez quelle luminosité vous souhaitez pour votre lampe. Vous pouvez donc choisir des DEL qui produisent la bonne quantité de lumière.
Ensuite, vous devez calculer les bonnes résistances. Les LED sont sensibles. Elles ne peuvent pas être connectées directement à une source d'alimentation. Elles ont besoin d'une résistance pour limiter la quantité de courant électrique qui les traverse. Si une DEL est traversée par un courant trop important, elle grillera. La valeur de la résistance dépend de votre source d'alimentation et du type de DEL que vous utilisez. Il existe des formules simples pour calculer cette valeur. Vous pouvez trouver ces formules en ligne.
Votre schéma indique la source d'alimentation. Puis il montrera la résistance. Puis il montrera la DEL. Une ligne les reliera toutes en une boucle, ou circuit. Si vous avez beaucoup de DEL, vous pouvez les connecter en série, comme une chaîne. Vous pouvez aussi les connecter en parallèle, chacune avec sa propre résistance. Votre schéma montrera clairement ces connexions.
Le dessin du schéma est un élément essentiel du processus de conception des circuits imprimés. Il s'agit de votre plan. Prenez votre temps pour cette étape. Vérifiez à nouveau toutes vos connexions. Assurez-vous que vos calculs pour les résistances sont corrects. Une erreur dans le schéma entraînera de gros problèmes par la suite. Un schéma correct signifie que vous disposez d'un plan solide pour votre circuit électronique.
Concevoir l'agencement du circuit imprimé
Votre schéma est complet. Il montre comment tous les composants sont logiquement connectés. Vous devez maintenant concevoir le circuit imprimé physique. Cette étape s'appelle la mise en page du circuit imprimé. A une bonne disposition des circuits imprimés est cruciale. Vous devez déterminer l'emplacement physique de chaque composant sur la carte. Vous devez également tracer les chemins du courant. Ces chemins sont les fils de cuivre.
Vous utiliserez le même logiciel que celui utilisé pour le schéma. La plupart des programmes comportent deux parties : un éditeur de schéma et un éditeur de mise en page. Vous pouvez importer votre schéma terminé dans l'éditeur de schéma. Le logiciel vous montrera toutes vos pièces et les connexions logiques entre elles. Votre travail consiste à disposer les pièces et à dessiner les traces.
Vous devez d'abord déterminer la forme et la taille de votre circuit imprimé. La planification de l'étape 1 vous aidera.
Si vous fabriquez une petite lampe de bureau, vous pouvez concevoir un PCB compact et rond.
Si vous fabriquez une longue bande lumineuse, vous pouvez concevoir un circuit imprimé long et étroit.
Ensuite, vous placez les pièces sur le tableau. Réfléchissez bien à l'emplacement de chaque pièce. Pour une lampe LED, l'emplacement des puces LED est très important.
Vous voulez que la lumière soit répartie de manière uniforme. Vous devez donc placer les LED de manière ordonnée, avec un espacement égal entre elles. Vous éviterez ainsi les points lumineux et les points sombres.
Vous devez également penser à la chaleur. Les DEL dégagent de la chaleur. Les pièces qui consomment beaucoup d'énergie dégagent également de la chaleur. Vous devez placer ces pièces chaudes avec un peu d'espace autour d'elles. Cela permet à la chaleur de s'échapper.
Si les pièces chaudes sont trop proches les unes des autres, la carte peut devenir trop chaude. Cela peut endommager les pièces et réduire la durée de vie de votre lampe. Une bonne conception de circuits imprimés tient toujours compte de la gestion de la chaleur.
Après avoir placé tous les composants, vous devez dessiner les traces. La largeur des traces est également importante. Si vous n'êtes pas sûr de vos calculs exacts, utilisez notre Calculateur de largeur de tracé en ligne. Après avoir placé tous les composants et dessiné tous les tracés, vérifiez votre travail. L'ensemble de ce processus constitue le cœur de la conception d'un circuit imprimé. Une bonne mise en page garantit un luminaire final fiable et efficace.
Faites fabriquer votre carte PCB
La conception de votre circuit imprimé est terminée. Vous disposez d'un fichier numérique qui représente votre carte finie. Vous devez maintenant transformer ce fichier numérique en une carte de circuit imprimé réelle et physique. Vous enverrez votre fichier de conception à un fabricant de circuits imprimés.
Il existe de nombreuses entreprises en ligne qui fabriquent des cartes de circuits imprimés personnalisées. Elles sont très accessibles, même pour de petits projets. Vous devez télécharger vos fichiers de conception sur leur site web. Ces fichiers sont généralement dans un format appelé "fichiers Gerber". Votre logiciel de conception de circuits imprimés peut créer ces fichiers pour vous.
Lorsque vous commandez votre planche, vous devez choisir certaines options.
- Matériau : Pour la plupart des projets de DEL, vous aurez le choix entre deux matériaux principaux. Le premier est le FR-4, qui est le matériau standard et bon marché. L'autre est l'aluminium. Si votre lampe à DEL est très puissante et dégage beaucoup de chaleur, vous devriez choisir un circuit imprimé en aluminium. La base en aluminium est excellente pour éloigner la chaleur des LED. Il s'agit d'un élément clé de la conception d'une lampe à LED. un éclairage plus vertUne lampe plus froide est plus efficace et dure plus longtemps.
- Couleur : Vous pouvez souvent choisir la couleur du masque de soudure. Le vert est la couleur la plus courante. Mais vous pouvez aussi choisir le rouge, le bleu, le noir ou le blanc. Si vous réalisez des lampes à led noiresEn choisissant un masque de soudure noir, vous donnerez à votre projet un aspect très professionnel.
- Quantité : Vous pouvez commander quelques planches seulement pour votre projet ou en commander plusieurs.
Une fois que vous avez passé votre commande, le fabricant utilise vos fichiers pour créer les cartes. Au bout d'une semaine ou deux, vos cartes de circuits imprimés personnalisées vous parviendront par la poste. Tenir la carte physique que vous avez conçue est un moment très excitant. C'est la véritable base de votre projet de lampe à DEL.
Rassemblez et organisez vos composants
Pendant que vous attendez la livraison de votre circuit imprimé, vous pouvez rassembler toutes les pièces électroniques dont vous avez besoin. Il est conseillé d'acheter quelques exemplaires supplémentaires de chaque petite pièce, comme les résistances. Dressez une liste de toutes les pièces dont vous avez besoin. Commandez les pièces à l'adresse suivante un fournisseur d'électronique.
Une fois que vos pièces sont arrivées, organisez-les. Utilisez de petits récipients ou des sacs étiquetés. Cela facilitera l'étape suivante, l'assemblage. Vous n'avez pas envie de chercher une petite résistance lorsque vous êtes prêt à souder. L'organisation est la clé d'une construction de projet réussie et sans accroc.
Souder les composants sur le circuit imprimé
Votre circuit imprimé personnalisé est arrivé. Tous les composants sont bien rangés. Il est maintenant temps d'assembler le tout. Ce processus s'appelle la soudure et nécessite un peu de pratique. Si vous n'avez jamais fait de soudure et que vous n'êtes pas familier avec ce procédé, je vous recommande de consulter mon article sur la soudure. soudure.
Voici une procédure simple pour souder vos pièces sur votre circuit imprimé :
- Commencez par les plus petites pièces.
- Placez le composant.
- Chauffez la connexion.
- Appliquez la soudure.
- Retirez la soudure et le fer à souder.
Répétez ce processus pour chaque élément de votre modèle. Prenez votre temps. Soyez patient. Une bonne soudure demande du soin et de l'attention aux détails.
Testez, assemblez et terminez votre projet de lampe à DEL
Tous vos composants sont maintenant soudés sur votre circuit imprimé. Vous avez un circuit assemblé. L'étape suivante consiste à le tester. Il est toujours préférable de tester votre circuit avant de le placer dans son boîtier final.
Branchez soigneusement votre source d'alimentation. Une fois qu'elle est correctement connectée, mettez l'appareil sous tension. Vos DEL doivent s'allumer ! Si elles s'allument toutes et que la luminosité est correcte, vous avez réussi à construire votre circuit. Félicitations !
Si quelque chose ne fonctionne pas, ne vous inquiétez pas. Il s'agit d'un aspect normal de la fabrication d'objets. Vous devrez procéder à un dépannage.
Une fois que vous avez un circuit fonctionnel, vous pouvez procéder à l'assemblage final. Il s'agit de placer votre circuit imprimé dans le boîtier de la lampe que vous avez planifié à l'étape 1. Le résultat final est une lampe LED finie. Vous avez transformé une idée en un objet réel et fonctionnel. Vous avez suivi l'ensemble du processus, depuis le plan initial et la conception du circuit imprimé jusqu'à la soudure et à l'assemblage final.
FAQ
Un fichier Gerber est un format de fichier standard utilisé par les fabricants de circuits imprimés pour créer votre circuit imprimé physique. Chaque fichier Gerber représente une couche différente de la conception de votre circuit imprimé. Il s'agit des pistes en cuivre, du masque de soudure et de la couche de sérigraphie. Cette méthode fournit des instructions claires et distinctes pour la fabrication de chaque partie de la carte. C'est important pour la réussite du produit final.
Pour améliorer l'efficacité et la durée de vie de votre lampe LED, concentrez-vous sur la gestion de la chaleur. Les LED et les autres composants électriques génèrent de la chaleur. Si cette chaleur n'est pas bien gérée, elle peut réduire la durée de vie de votre lampe. L'utilisation d'un circuit imprimé en aluminium est un excellent moyen d'éloigner la chaleur des LED. Cela permet de maintenir le circuit froid. Il en résulte une solution d'éclairage plus efficace et plus durable.
Les DEL sont sensibles au courant électrique et ont besoin d'une résistance pour limiter la quantité de courant qui les traverse. Sans résistance, un courant trop élevé traversera la DEL, ce qui la fera griller. La valeur de la résistance est calculée en fonction de votre source d'alimentation et du type de DEL que vous utilisez.
