Caractéristiques des lampes Archives

Binning des LEDs

Lors de la conception d’une lampe et d’un luminaire LED, les différentes unités LED sont prises parmi un lot. Les unités LED d’un même lot peuvent avoir des caractéristiques différentes en termes d’intensité et de couleur. Pour assurer une production de luminaire de mêmes caractéristiques photométriques et de température de couleur, les constructeurs ont mis au point le « binning ».
Le binning est caractérisé par le tri en fonction de critères spécifiques :

Tri selon la couleur ;
Tri selon le flux lumineux ;
Tri selon la tension directe.

Pour un « bin » de couleur déterminée, une qualité de lumière constante est garantie.

Température de couleur corrélée (Correlated Color Temperature : CCT)

Le CCT permet de qualifier une source lumineuse émettant de la lumière blanche comme chaude, neutre ou froide. Comme référence, le CCT se base sur l’émission de couleur du corps noir qui passe par différentes couleurs lorsqu’il est chauffé : du rouge (le plus froid) au bleu (le plus chaud).

Schéma températures de couleurs spécifiques ANSI.

Des températures de couleurs spécifiques ANSI ont été établies par rapport à des variations de couleurs autour de 8 valeurs de référence de CCT, à savoir :

ANSI C78.377A CCT Standard
CCT nominal (K)	Variation du CCT (K)
2 700	2 725 + 145
3 000	3 045 + 175
3 500	3 465 + 245
4 000	3 985 + 275
4 500	4 503 + 243
5 000	5 028 + 283
5 700	5 665 + 355
6 500	6 530 + 510

Ellipses de MacAdam

Au-delà de la qualification d’une source comme étant chaude, neutre ou froide (CCT), il est très important pour les fabricants de LED de définir une variation maximale de température de couleur par rapport à une température cible caractérisant un luminaire LED. Cette précaution permet d’éviter de se retrouver dans un même espace avec une série de luminaires émettant une lumière différente.

Pour y arriver, les fabricants se servent des ellipses de MacAdam représentant un contour à l’intérieur duquel la variation des couleurs devient plus ou moins perceptible par l’œil.

% de population qui perçoit une différence.

L’échelle des ellipses de MacAdam est définie par une succession de SDMN (standard deviation of color matching) ou les dispersions de couleurs :

À l’intérieur de l’ellipse 1 SDMC (« tep »), ne sont pas visibles ;
Entre les ellipses 2 et 4 SDMC sont légèrement visibles ;
Au-delà de l’ellipse, 5 SDMC sont franchement visibles.

Les huit températures de couleur (CCT) définies par ANSI ont, quant à elles, une dispersion de couleurs définies par des « boîtes » entourant l’ellipse 7 SDMC.

D’après ANSI, un lot de puce LED est considéré comme ayant la même température de couleur selon leur appartenance à l’ellipse 4 SDMC.

Posted By : 25 Sep, 2007

Gradation du flux lumineux (dimming)

Principe

Le principe du « dimmer » réside dans le contrôle électronique du niveau de tension d’alimentation du luminaire qui soit à basse (0…230 V) ou très basse tension (0 – 10 V du ballast par exemple).

En contrôlant le temps de déclenchement du « dimmer » avec le bouton gradateur, le niveau de tension de sortie varie.

Schéma principe du dimmer.

Application aux lampes à incandescence et halogène

Les dimmers

Le contrôle du flux des lampes à incandescence et halogènes est relativement simple. Un simple « dimmer » 0-100 % (230 V) contrôle directement la tension de la lampe ou indirectement la tension d’un transformateur intermédiaire entre l’alimentation 230 V et les sources halogènes de 12 V par exemple.

Les cellules de mesure de niveau d’éclairement

Qu’elles soient centralisées ou en local, les cellules de mesure du niveau d’éclairement permettent, en général, de gérer le flux lumineux d’une lampe, mais en 0-10 V, ce qui limite son champ d’application aux lampes fluorescentes équipées d’un ballast électronique « dimmable ».

Application aux lampes fluorescentes

Avec les lampes fluorescentes, on peut réaliser du « dimming » (variation continue du flux lumineux).

Une tension de 1 à 10 V DC (courant continu) vient alimenter un ballast électronique dimmable. Cette tension variable provient de la cellule de mesure du niveau d’éclairement ou d’un régulateur des systèmes intégrant les signaux de différents éléments de gestion de commande.

Système avec régulateur.

Le dimming a l’avantage d’éviter le surdimensionnement des installations, mais la consommation totale à faible flux lumineux sera plus importante vu que le ballast garde toujours sa consommation propre.

Dans la directive européenne 2000/55/CE on définit une classification énergétique des ballasts permettant de garantir l’optimisation de la consommation des ballasts électroniques dimmables.

Pour en savoir plus : La puissance absorbée par les lampes fluorescentes et leurs auxiliaires (ballast).

Application aux lampes fluo compactes

Le flux lumineux des lampes fluo compactes peut être contrôlé à condition qu’elles soient spécifiées »dimmables ». Le niveau de « dimming » est lié à la qualité du ballast.

Lampe à ballast intégré

La plage de « dimming » pour ce type de lampe est comprise entre 7 et 100 %.

Lampe à ballast séparé

Ce type de lampe, associée à un ballast électronique, offre des performances meilleures. On considère que la plage de régulation du flux lumineux se situe entre 3 et 100 %.

Application aux LED

L’alimentation d’une lampe LED est en courant continu. Vu que le réseau européen est en courant alternatif, un redresseur AC/DC est nécessaire pour alimenter les LED. Le contrôle du flux lumineux des LED est souvent réalisé grâce à un courant pulsé par modulation de largeur d’impulsion (PWM : Pulse Width Modulation).

Modulation de la largeur d’impulsion.

La modulation du flux lumineux s’effectuera plus en courant qu’en tension, car la LED est très sensible aux faibles variations de tension et le flux lumineux est presque proportionnel au courant.

Diagramme tension-courant dans le sens passant et bloquant de la diode.

(++) L’avantage d’une telle modulation réside dans la bonne conservation des propriétés colorimétriques de la LED.

(–) Le redresseur AC/DC ne donne pas un signal continu parfait. Une composante résiduelle ondulatoire persiste. Contrairement à la lampe à incandescence, la LED possède une très faible rémanence lorsqu’elle est soumise à un signal ondulatoire. Il en résulte un phénomène non négligeable de « papillotement » qui peut altérer le confort visuel.

Application aux lampes à décharge haute pression

Les ballasts électroniques dimmables pour lampes à décharge haute pression ont fait leur apparition sur le marché le 1er janvier 1999. Ce type de ballast permet, lors du dimming, les clignotements dû à la fréquence de 50 Hz et d’augmenter sensiblement la durée de vie de la lampe.

Un autre moyen d’obtenir un flux lumineux variable se fait par découpage de la sinusoïde de tension.
Ce découpage est obtenu par un « hacheur ». Il permet de faire varier le flux lumineux par palier.

Hachage de la sinusoïde de tension.

Ce découpage peut se réaliser avec les lampes à mercure haute pression et au sodium haute pression, mais pas avec les lampes aux halogénures métalliques qui risquent de changer de couleur.

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Posted By : 25 Sep, 2007

Durée de vie d’une lampe

Définitions

La durée de vie moyenne d’un lot de lampes est le nombre d’heures pendant lesquelles ces lampes ont fonctionné jusqu’au moment où 50 % d’entre elles ne fonctionnent plus.

La durée de vie utile d’un lot de lampes est le nombre d’heures après lequel elles n’émettent plus que 80 % du flux lumineux d’origine.

La perte de 20 % du flux lumineux provient d’une part de la diminution progressive du flux des lampes et d’autre part de l’arrêt de fonctionnement d’un certain nombre de lampes.

Elle correspond également à la durée de service, c’est-à-dire la durée après laquelle les lampes doivent être remplacées.

Courbes de durée de vie

1. Chute du flux lumineux

Le flux lumineux d’une lampe diminue progressivement.

Le schéma ci-dessous montre la chute du flux lumineux de différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

2. Durée de vie moyenne

Après un certain temps, une lampe s’arrête de fonctionner.

Dans un lot de lampes, celles-ci ne s’arrêtent pas toutes en même temps. Au début, quelques lampes s’arrêtent de fonctionner. Ensuite, les lampes restantes s’arrêtent les une après les autres.

Le schéma ci-dessous indique l’évolution du pourcentage de lampes survivantes pour différents lots de lampes aux iodures métalliques d’un fabricant donné.

La durée de vie moyenne est l’abscisse correspondant à 50 % de lampes « survivantes ».

La durée de vie moyenne de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 15 000 heures.

3. Durée de vie utile

Si l’on multiplie, pour chaque heure de fonctionnement, le « pourcentage du flux lumineux d’une lampe » par le « pourcentage de lampes survivantes », on obtient le « flux lumineux restant de l’ensemble de l’installation ».

Le schéma ci-dessous indique l’évolution du flux lumineux de l’ensemble des lampes aux iodures métalliques de différents lots d’un fabricant donné.

La durée de vie utile est l’abscisse correspondant à un flux lumineux utile restant de 80 %.

La durée de vie utile de la lampe associée au graphe ci-dessus est de 5 000 heures.

Si l’on regarde sur le graphe donnant la durée de vie moyenne, on voit que cela correspond à un arrêt de fonctionnement d’environ 5 % des lampes du lot. Cette correspondance permet de savoir, en pratique, quand la fin de la durée de vie utile (la durée de service) est atteinte : lorsque 5 % des lampes ne fonctionnent plus il est temps de procéder au remplacement de toutes les lampes.

Ces courbes sont données par les fabricants pour chaque type de lampes.

Remarque.

Les durées de vie des lampes présentées ici sont les durées de vie utiles. Dans leur catalogue, les fabricants utilisent soit les durées de vie moyennes, soit les durées de vie utiles (inférieures aux durées de vie moyenne). Quelle que soit la définition utilisée, il faut être conscient que ces données sont déterminées dans des conditions particulières souvent différentes des conditions réelles de fonctionnement (par exemple : cycles d’allumage/extinction différents). Elles sont donc indicatives et ne peuvent être considérées comme absolues.

Attention : certains fabricants (principalement américains) utilisent une autre définition de la durée de vie d’une lampe : c’est la durée mesurée jusqu’à la mise hors service de la lampe. Ainsi, les lampes américaines sembleront avoir une durée de vie 2 à 3 fois plus élevée que celle des lampes européennes. Ce n’est évidemment pas le cas en réalité.

Posted By : 25 Sep, 2007

Efficacité lumineuse des lampes

On évalue la qualité énergétique d’une lampe par son efficacité lumineuse (en lm/W) définie comme le rapport du flux lumineux (en lumen) par la puissance électrique absorbée (en watt).

À partir des catalogues de fournisseurs, il est possible de connaître exactement l’efficacité lumineuse d’une lampe.

Attention : l’efficacité lumineuse est fonction de la température ambiante autour de la lampe en situation stable. Une lampe fluorescente T8 (26 mm de diamètre) a une efficacité lumineuse maximale à 25°C de température ambiante tandis que la lampe fluorescente T5 (16 mm de diamètre) atteint, quant à elle, sa valeur optimale à 35°C. La performance énergétique des LED dépend fortement de la température. Les LED aiment le froid. Une bonne évacuation de la chaleur produite par la diode est donc très importante pour le rendement lumineux de la source. Pour autant que l’on s’écarte des températures idéales, les valeurs des flux lumineux chutent très vite.

Exemple : voici un extrait d’un catalogue existant. On y repère pour la première lampe, un flux lumineux de 1 000 lm pour une puissance de 15 W, ce qui équivaut à une efficacité lumineuse de 1 000 lm / 15 W = 67 lm/W.

Type	Watt	Teinte	K	ICR	Tension arc V	Courant A	Flux lum lm	Culot	Diam
TL’D	15 W	82	2 650	85	51	0.34	1 000	G13	28
	–	83	3 000	85	51	0.34	1 000	–	–
	–	84	4 000	85	51	0.34	1 000	–	–
TL’D	18 W	82	2 650	85	59	0.37	1 350	G13	28
	–	83	3 000	85	59	0.37	1 350	–	–
	–	84	4 000	85	59	0.37	1 350	–	–
	–	86	6 500	85	59	0.37	1 300	–	–

Posted By : 25 Sep, 2007

Spectre lumineux d’une lampe

La lumière d’une source est constituée généralement d’une infinité de radiations à longueurs d’onde différentes. C’est de cette distribution de longueurs d’onde, représenté par un spectre lumineux, que dépendent la température de couleur et l’indice de rendu des couleurs.

Exemple.

Tube fluorescent rayonnant une lumière très proche de la lumière naturelle (IRC = 98).
Tube fluorescent ayant un bon IRC (IRC = 75) mais pour laquelle les teintes rouges sont accentuées. Ce type de lampe est par exemple recommandée dans les boucheries car elle donne un aspect plus agréable aux marchandises.

Tube fluorescent avec un mauvais IRC (IRC = 50).
Lampe à vapeur de sodium avec un très mauvais IRC (IRC = 20). Elle est principalement utilisée pour les éclairages routiers.

Spectre lumière naturelle.

Lampe à incandescence.

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