Jusqu’il y a peu, on sous-estimait l’importance de l’alimentation par rapport à la source LED. Pourtant, les exigences principales par rapport à une bonne alimentation sont sévères :

• La durée de vie doit être au moins la même que celle de la LED.
• Le rendement de conversion AC/DC de l’alimentation doit être supérieur à 85 %  pour garantir une bonne efficacité énergétique (en lm/W) de l’ensemble LED/driver.

• Le facteur de puissance (cos φ) doit être le plus proche possible de 1 et la distorsion (harmoniques) la plus faible possible de manière à réduire les pertes.

• Les perturbations électromagnétiques émises doivent être faibles.

Pilotage en courant continu DC

Le mode de pilotage des alimentations peut être de différents types :

• pilotage en tension ;
• pilotage en courant.

Relation courant-tension dans une LED.

Le pilotage en courant est souvent préféré au pilotage en tension pour les simples raisons :

• Comme le montre la figure ci-dessus, une petite variation de la tension aux bornes de la LED peut entrainer une variation importante du courant qui traverse sa jonction avec un risque de détérioration accru.

• Le flux lumineux est proportionnel au courant de jonction.

• Les coordonnées chromatiques des LEDs blanches peuvent varier en fonction du courant d’alimentation.

Un pilotage en tension de plusieurs LED en parallèle (courant différent dans chaque LED) peut aussi entrainer des différences de courant entre chaque LED qui sont sensées donner la même lumière.

Influence du courant sur la chromatique.

Pilotage en PWM

Le pilotage en PWM (Pulse Width Modulation) est souvent utilisé dans le domaine de l’éclairage sachant que les LEDs sont très peu sensibles à ce type de modulation. L’avantage également est que ce pilotage permet de réaliser un dimming comme le montre la figure suivante.

Modulation du courant en fonction de la modulation de la largeur d’impulsion.

Efficacité de la LED

Lorsque le luminaire LED est « dimmé » par son alimentation, une variation de l’efficacité et du facteur de puissance (cos φ) de l’alimentation apparait.

Couleur de la LED

En fonction du niveau de courant, une dérive du spectre des LEDs est observé et différent suivant le mode de pilotage et le type de technologie des LEDs blanches, à savoir :

• LED bleu + phosphore ;
• RGB (3 LED’s Red-Green-Blue).

Sur base du graphique ci-dessus, on peut retirer les grandes lignes suivantes :

• Une variation du courant d’alimentation provoque une plus grande dérive spectrale de la technologie RGB que celle au phosphore.

• Le pilotage PWM, par rapport au pilotage continu (DC), permet de modifier facilement le flux de la LED sans trop changer ses coordonnées chromatiques.

Le contrôle simultané du niveau de rouge et de vert pour la technologie RGB en mode de pilotage DC paraît délicat et coûteux.

Dans la mesure du possible, on préfèrera une alimentation déportée pour éviter d’influencer l’alimentation par la chaleur dégagée par la ou les LED(s) du luminaire. Cette configuration déportée devra tenir compte de l’adaptation :

• De la puissance de l’alimentation en fonction de la puissance de LED nécessaire ;
• De la valeur de courant à lui appliquer ;
• Ainsi que de la longueur de câble entre l’alimentation et la LED.

Dans le cas d’alimentation intégrée ou embarquée dans le luminaire, l’alimentation sera soumise par conduction, ou même par convection, à l’échauffement des LEDs. Il y a lieu d’en tenir compte.

Exemple : Le type de lampe développé ci-contre dispose de 3 dissipateurs thermiques radiaux (un tous les 120°). L’alimentation se trouve entre le culot et l’ampoule. Entre 2 dissipateurs, une ou plusieurs LEDs sont placées. La raison d’être des dissipateurs au niveau de la partie « éclairante » de la lampe s’explique par la nécessité d’évacuer la chaleur vers le bas plutôt que vers le haut sachant que l’alimentation se trouve au-dessus de la source lumineuse lorsque la lampe est « tête en bas ».

Starters.	Ballasts électromagnétiques.
Condensateur.

Le ballast électromagnétique (appelé aussi « inductif » ou « conventionnel ») est essentiellement constitué d’un bobinage. Il doit être associé à un starter pour provoquer l’allumage des lampes fluorescentes. Certains ballasts dits « à faibles pertes », ont une consommation nettement plus faible que celle des ballasts conventionnels. Il existe aussi des ballasts « à très faibles pertes » mais ils sont beaucoup plus volumineux.

L’utilisation de ballasts électromagnétiques induit un facteur de puissance relativement bas (cos = 0,5), ce qui peut être pénalisé par le distributeur électrique. Il n’est donc pas rare de devoir ajouter des condensateurs soit en tête d’installation, soit au niveau des luminaires afin de compenser l’effet inductif. On peut aussi insérer des condensateurs (d’une capacité double) dans 50 % des circuits de lampes pour compenser l’effet inductif total. Ceci permet d’économiser un condensateur sur deux.

Exemples de raccordement interne d’un luminaire avec ballast électromagnétique. C = condensateur, S = starter, TL = tube fluorescent
	Circuit inductif à un tube Cos  φ= 0,5 (inductif).
	Circuit compensé Cos φ = 0,9.
	Circuit de deux lampes (une capacitive et une inductive). Raccordement en parallèle Cos φ = 0,95.
	Circuit de deux lampes (circuit « duo »). Raccordement en série avec un seul ballast Cos φ = 0,5.

L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur de compensation du cos φ peut être remplacé par un ballast électronique avec ou sans préchauffage des cathodes.
Celui-ci alimente les lampes sous haute fréquence (entre 25 et 60 kHz). Il est appelé également ballast HF (haute fréquence).
Son facteur de puissance est proche de 1 et il n’y a donc pas de nécessité de compenser celui-ci par l’utilisation de condensateurs.
Ce système, ne nécessitant pas de starter, présente nettement moins de pertes.

Ballast électronique avec préchauffage (ou cathode chaude)

Le ballast électronique avec préchauffage des cathodes présentent bon nombre d’avantages :

• Il a une consommation plus faible qu’un ballast conventionnel.

• Il augmente l’efficacité lumineuse et la durée de vie des lampes fluorescentes (jusqu’à 16 000 h).

• Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence et prolonge ainsi leur durée de vie. La diminution de papillotement diminue aussi la fatigue visuelle provoquée par les tubes fluorescents.

• Il coupe automatiquement l’alimentation d’une lampe défectueuse et évite son clignotement en fin de vie.

• Son facteur de puissance est proche de 1.

• Il diminue le niveau de bruit.

• Il a une consommation constante pour une large plage de tension.

Ballast électronique sans préchauffage

Le seul avantage d’un ballast électronique sans préchauffage des cathodes est qu’il consomme moins qu’un ballast conventionnel. Par contre, il n’évite pas, lors de l’allumage du tube, une surtension au travers des cathodes. Cela entraîne un déclin du tube suite à son noircissement au droit des cathodes.

Ballast électronique dimmable

Les ballasts électroniques dimmables permettent de contrôler le flux lumineux des lampes dans une certaine proportion. La plupart ont une plage de dimming de 3-10 % à 100 %. Ce type de ballast permet donc de générer une économie d’énergie vu que la consommation électrique est quasi proportionnelle au flux lumineux sur toute la plage de dimming.

Exemple de ballast électronique dimmable pour lampe fluocompacte à broche.

Le ballast électronique dimmable, raccordé à un simple dimmer, permet d’ajuster le niveau d’éclairement à la demande. On corrige ainsi le surdimensionnement inévitable des nouvelles installations.

Le plus courant des ballasts électroniques dimmables est commandé/géré en 0-10V. On les appelle aussi les ballasts électroniques dimmables analogiques. À l’inverse les ballasts électroniques de type DALI sont numériques et adressables.

Ce ballast sera aussi utilisé lorsque le flux lumineux doit s’adapter à l’apport en éclairage naturel.

Ballast électronique pour lampe sodium basse pression.

L’ensemble starter, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique, appelé également ballast HF (haute fréquence). À l’opposé des ballasts électroniques pour lampes fluorescentes, il n’existe qu’un seul type de ballast électronique pour lampes au sodium basse pression.

Les avantages de ce ballast par rapport au ballast conventionnel sont :

• Une consommation propre plus faible qu’un ballast conventionnel (75 % en moins).

• Il diminue le papillotement des lampes à décharge en alimentant les lampes sous haute fréquence.

• Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension.

• Contrairement au ballast conventionnel, la puissance consommée reste pratiquement constante pendant toute la durée de vie de la lampe.

• Il est moins encombrant et se monte plus facilement.

Ballast électronique pour lampe HID.

Il existe un ballast électronique dimmable pour lampe au sodium haute pression et lampe aux iodures métalliques.

Il présente certains avantages par rapport au ballast électromagnétique :

• Il réduit l’influence de la fluctuation de la tension et augmente la durée de vie des lampes (15 à 20 %).

• Il diminue le clignotement des lampes à décharge, ce qui atténue la fatigue visuelle provoquée par la lampe.

• Il est moins encombrant et se monte plus facilement.

• Le temps de mise en service est réduit.

Pour certaines marques, ces ballasts électroniques permettent un réamorçage à chaud instantané.

Néanmoins, l’usage de ces ballasts est limité à certaines lampes (certaines puissances et certains types de culots).

Ce type de ballast, grâce à son « intelligence embarquée », est en mesure de reconnaître les différentes lampes fluorescentes T5 uniquement de manière autonome et de les amorcer de façon optimale.

Lors du premier amorçage de la lampe, le microprocesseur du ballast électronique effectue plusieurs mesures des paramètres de la lampe fluorescente et compare celles-ci avec les valeurs de références normalisées enregistrées dans sa mémoire telles que :

• le courant de préchauffage,
• la tension d’électrode,
• l’impédance de l’électrode,
• le courant normal de régime,
• la tension de service de la lampe.

L’identification terminée, les paramètres de fonctionnement du ballast sont fixés en fonction du type et de la puissance de la lampe fluorescente détectée et enregistrés dans sa mémoire (EPROM).

Lors des amorçages suivants, seul un très court test de vérification est effectué si les paramètres de la lampe n’ont pas changé.

Le ballast multilampes s’adapte en général à différentes gammes de puissances reprises dans le tableau suivant :

Longueur de tube	Puissance des lampes
550 mm	14 et 24 W
850 mm	21 et 39 W
1 150 mm	28 et 54 W
1 450 mm	35, 49 et 80 W

Ballast électronique de type DALI.

En mettant à profit les possibilités de l’électroniques, les ballasts électroniques permettent de réaliser (en fonction du modèle) la gradation des lampes fluorescentes ou d’être intégrés dans des systèmes de gestion numérique de l’éclairage tel que, par exemple, le standard d’interface numérique DALI (Digital Addressable Lighting Interface). À partir de cet instant, on peut parler de « réseau adressable d’éclairage » offrant beaucoup d’avantages au niveau de :

• la flexibilité et la modularité de l’installation d’éclairage en fonction du zonage des grands espaces,

• l’amélioration du confort des utilisateurs et de l’efficacité énergétique.

A contrario, un tel type de réseau engendre des coûts d’installation et d’équipement non négligeables.

Les ballasts à régulation adressable électronique DALI ressemblent aux ballasts électroniques gradables classiques et ne se différentient que par le sigle suivant :

Les ballasts DALI ont les caractéristiques suivantes :

• placé en réseau, chaque ballast est adressable séparément en donnant beaucoup de flexibilité à l’installation (moins de problème dans le câblage en conception et en rénovation),

• le flux lumineux de la lampe peut être régulé entre 3 et 100 % en assurant une bonne gestion énergétique par rapport à l’occupation des locaux et l’apport de lumière naturelle,

• les constructeurs annoncent jusqu’à 60 % d’économie d’énergie (à vérifier !).

• les états des ballasts sont analysés en permanence (défaut de lampes, durée de vie, .

Les ballasts électroniques dimmables de type numérique DALI se positionnent entre les systèmes analogiques 1-10 V et les systèmes bus de type EIB (KNX) par exemple.

Les ballasts de type DALI peuvent tout aussi bien gérer des luminaires dans une configuration des plus simples qu’intégrer un sous-système de gestion par bus. Comme le montre le schéma ci-dessus, les ballasts électroniques DALI sont un bon compromis entre la fonctionnalité embarquée et les coûts.

La directive européenne 2000/55/CE et l’Arrêté Royal du 05 mars 2002 établit des exigences de rendement énergétique des ballasts pour lampes fluorescentes.

Il ressort de la Directive et de l’Arrêté que les classe C et D (ballast électromagnétique à moyennes et fortes pertes) sont dorénavant interdites.

Le CELMA (Fédération des Associations Nationales de Fabricants de Luminaires et de composants Electrotechniques pour Luminaires de l’Union Européenne), quant à lui, va plus loin en proposant une classification énergétique de l’ensemble ballast + lampe; ce qui est plus logique au sens énergétique du terme. Pour en savoir plus : La puissance absorbée par les lampes fluorescentes et leurs auxiliaires (ballast) !