Test des sources lumineuses automobiles à LED

Sommaire

Équipement et méthode de test

Photométrie et test du scintillement

Le test photométrique a été réalisé à l'aide de Opple Light Master 4 (Amazon).

Cet appareil permet de mesurer plusieurs caractéristiques importantes de la lumière : Lux, Ra, R9, température de couleur, coordonnées CIE x et y, valeur duv et scintillement. Toutes ces caractéristiques ont été mesurées pour chaque échantillon testé.

Paramètres photométriques :

Lumen - quantité totale de lumière émise par une source.
Lux - éclairement, soit la quantité de lumière reçue par une surface. 1 lux correspond à 1 lumen par mètre carré.
CRI Ra - indice de rendu des couleurs. Il quantifie la capacité d'une source lumineuse à restituer fidèlement les couleurs de différents objets par rapport à une source idéale ou naturelle. L'échelle va de 0 à 100. Pour les applications où la restitution correcte des nuances est importante (éclairage de vitrines, ateliers d'art et de design, studios photo, cuisines), la valeur Ra doit être supérieure à 90, idéalement >95.
CRI R9 - capacité d'une source lumineuse à restituer la composante rouge (>600 nm). Ce paramètre est très important, notamment en photographie, dans les cuisines et les établissements médicaux, car il influe fortement sur la restitution correcte du teint de la peau. Qu'est-ce que le CRI R9 et pourquoi est-il important ?
Coordonnées CIE X et Y et valeur duv - les coordonnées décrivent la couleur dans l'espace colorimétrique CIE 1931, tandis que duv indique son écart par rapport à la couleur émise par un corps noir à une température de couleur donnée. Pour en savoir plus, consultez ce lien.

Paramètres du scintillement :

Indice de scintillement - tient compte de l'aire de la forme d'onde au-dessus et au-dessous du niveau moyen du flux lumineux.
Profondeur de modulation (pourcentage de scintillement) - caractérise la différence entre l'intensité lumineuse maximale et minimale au cours d'un cycle.
Fréquence - la plupart des personnes ne perçoivent pas le scintillement à une fréquence >90Hz, mais une lumière dont la fréquence est <400Hz peut agir sur l'organisme à son insu par l'intermédiaire du système visuel.
Risque (IEEE PAR1789) - évaluation globale du risque fondée sur les paramètres ci-dessus.
Pour en savoir plus sur le scintillement et ses effets sur l'être humain, consultez cet article.

Vous pouvez également consulter les données de la norme européenne EN 12464-1 sur les niveaux d'éclairement et les valeurs Ra recommandés pour différents locaux de travail.

Quelle est la précision du test de luminosité ?

Pour recueillir la lumière émise et réduire l'influence de l'angle d'émission, j'ai fabriqué un banc de test avec une sphère à parois réfléchissantes et un orifice pour le photomètre.

Pour obtenir les résultats de mesure de luminosité les plus précis possible, il fallait étalonner le banc de test.

Pour l'étalonnage, j'ai utilisé une LED Nichia 519A 4000K aux caractéristiques connues et stables. D'après les mesures de plusieurs sources, son flux lumineux approximatif est de 635 lumens à 2A.

J'ai ensuite mesuré 21000 lux avec l'Opple LM4. Pour mon banc de test, cela donne un coefficient de conversion Lux/Lumen de 33.07, que j'utilise pour estimer le flux lumineux des autres LED en lumens.

Mesure de la température des LED

Pour mesurer la température des LED, j'utilise une caméra thermique infrarouge Xinfrared InfiRay P2 Pro (Amazon).

La mesure de température est importante, car les LED puissantes doivent disposer d'un dissipateur thermique pour évacuer l'excès de chaleur, qui leur est nocif.

Pour la plupart des LED produites en série, il est préférable de maintenir la température sous 60°C si possible et de ne pas dépasser 85°C, car une température plus élevée peut réduire leur durée de vie. Certaines LED peuvent supporter jusqu'à 150°C, mais on ne peut pas présumer d'une telle résistance thermique pour les LED courantes.

Quel courant faut-il fournir à une LED ?

Une LED est un composant semi-conducteur commandé en courant. Sa caractéristique courant-tension I-V est non linéaire et approximativement exponentielle : une fois la conduction directe amorcée, une légère hausse de tension peut provoquer une forte augmentation du courant. Il faut donc utiliser les LED avec une limitation de courant.

Si vous utilisez un ruban LED ou une ampoule à LED prête à l'emploi, il contient déjà des résistances de limitation de courant ou un circuit de régulation du courant. Il suffit donc d'appliquer la tension indiquée.

En revanche, si vous utilisez une LED seule, vous devez savoir à quelle valeur limiter le courant. Le fabricant indique généralement cette information dans le datasheet ou sur la fiche produit, mais elle n'est pas toujours disponible. Il arrive de devoir utiliser une LED quelconque sans disposer de ces données.

Que faire ?

Si les caractéristiques de la LED sont inconnues, ne la branchez pas directement à une source de tension sans limitation de courant pour tenter de déterminer son courant de fonctionnement. Utilisez une alimentation de laboratoire avec limitation de courant ou une résistance en série suffisamment élevée. Commencez par un faible courant, puis augmentez-le progressivement en surveillant la tension directe, la luminosité et la température.

Sans données du fabricant, cette méthode permet seulement de déterminer un point de fonctionnement prudent, et non un courant maximal garanti.

La tension directe dépend de la longueur d'onde de la lumière émise, donc de la couleur de la LED. Valeurs indicatives pour les LED sans revêtement de phosphore :

Infrarouge (IR) - 1.5V
Rouge/orange/jaune - 1.8V
Vert - 2V
Blanc/bleu/ultraviolet (UV) - 3.2V

On voit parfois des puces LED dotées d'un revêtement jaune. Il s'agit d'un revêtement de phosphore (luminophore) appliqué sur une LED bleue. Les LED bleues ont une grande efficacité énergétique et le phosphore réémet une partie de la lumière à d'autres longueurs d'onde, créant ainsi un spectre plus riche. C'est l'aspect de la plupart des LED utilisées comme sources lumineuses.

Une LED peut supporter une tension et un courant plus élevés, mais il vaut mieux l'éviter : une forte sollicitation réduit l'efficacité énergétique, produit davantage de chaleur et accélère la dégradation de la LED. Pour améliorer le rapport Lumen/Watt et prolonger sa durée de vie, il est parfois judicieux de réduire au contraire le courant.

Après avoir choisi le courant optimal pour la LED en fonction de sa luminosité et de son efficacité, il faut soit régler la limitation de courant correspondante sur l'alimentation, soit réaliser un circuit avec une résistance de limitation de courant en série. Pour calculer sa valeur, vous pouvez utiliser ce calculateur en ligne.

Une LED peut être alimentée par toute tension supérieure appropriée avec une résistance correctement choisie. Toutefois, plus l'écart entre la tension directe de la LED et la tension d'alimentation est grand, plus l'efficacité globale du circuit diminue, car davantage de puissance électrique est dissipée dans la résistance.

Je teste les LED à différentes tensions et aux courants correspondants afin de pouvoir comparer leur efficacité et leur luminosité dans différentes conditions.

Qu'est-ce qu'une COB LED ?

Une COB LED (chip-on-board LED) est un module unique comportant de nombreuses puces LED montées sur un substrat assurant une bonne dissipation thermique et recouvertes d'une couche uniforme de phosphore. En pratique, ces assemblages sont moins efficaces sur le plan énergétique que les LED individuelles, mais ils offrent un éclairage plus uniforme et réduisent l'effet de source lumineuse ponctuelle, ce que leur conception met à profit.

Opple Light Master 4

Banc de test avec sphère à parois réfléchissantes

Banc de test sous la sphère à parois réfléchissantes

Nichia 519A 4000K

Xinfrared InfiRay P2 Pro

5/3mm signal LED typical forward voltage

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Problèmes liés à l'utilisation d'ampoules automobiles à LED

Certains automobilistes peuvent rencontrer un problème en remplaçant les ampoules à incandescence classiques (halogènes) par des ampoules à LED : l'ampoule à LED ne s'allume pas ou clignote. Dans certaines voitures, un message signalant une ampoule défectueuse apparaît aussi sur le tableau de bord.

Ce problème se rencontre dans certaines voitures modernes équipées d'un système de détection des ampoules grillées.

L'ordinateur de bord de ces voitures surveille la charge électrique du circuit de l'ampoule. Si la résistance est nettement supérieure à celle d'une ampoule à incandescence, ou si aucun courant ne circule, le système détecte une défaillance, affiche un message d'erreur et peut couper l'alimentation de l'ampoule. Une ampoule à incandescence consomme environ 2-7 fois plus de courant qu'une ampoule à LED. Le courant est inversement lié à la résistance : plus la résistance est élevée, plus le courant est faible.
Dans les voitures dépourvues de cette fonction, les ampoules à LED remplacent généralement les ampoules à incandescence classiques sans aucun problème, ce que confirme aussi mon expérience.

Si ce problème survient dans votre voiture, plusieurs solutions existent :

Désactiver la détection des ampoules grillées dans l'ordinateur de bord. C'est la solution la plus fiable, mais elle nécessite généralement l'aide d'un électricien automobile.
Installer une résistance de charge en parallèle avec l'ampoule à LED, entre le fil d'alimentation et la masse. Cela augmente le courant consommé et permet de simuler la charge électrique d'une ampoule à incandescence pour le système de détection des ampoules grillées. La résistance doit pouvoir dissiper une puissance suffisante, généralement 50W, et avoir une valeur d'environ 6-10Ohm. Elle n'a pas de polarité et se branche en parallèle sur le circuit de l'ampoule. Comme elle peut devenir très chaude, fixez-la solidement sur une surface métallique, à l'écart du plastique et des autres pièces sensibles à la chaleur. Il existe aussi des kits d'adaptation à placer entre la douille et l'ampoule, sans couper les fils. Toutefois, ni la résistance ni l'adaptateur ne garantissent la compatibilité avec toutes les voitures : certains systèmes surveillent la charge très précisément et la résistance des ampoules à LED varie. Cette méthode est néanmoins efficace dans la plupart des cas.
Certaines ampoules à LED comportent des circuits intégrés de suppression des erreurs CAN Bus. Cela ne garantit pas leur compatibilité avec toutes les voitures, car les systèmes de surveillance des véhicules et les circuits utilisés dans les ampoules à LED diffèrent.

Dans certaines voitures, le problème peut concerner les feux de signalisation et les DRL (feux de jour), qui utilisent des ampoules 21W à un contact au lieu d'ampoules 21/5W à deux contacts, avec une luminosité réglée par PWM. Le PWM (Pulse Width Modulation) interrompt l'alimentation de l'ampoule à une fréquence et avec un rapport cyclique donnés pour régler la luminosité apparente et la consommation d'énergie. Certaines ampoules à LED ne fonctionnent pas correctement dans ce mode et se mettent à scintiller de façon visible.

Solution : il existe des adaptateurs munis de condensateurs de grande capacité qui lissent le PWM et éliminent le scintillement des ampoules à LED. Ils empêchent toutefois le réglage de luminosité que la voiture cherche à effectuer. Ces adaptateurs comportent souvent une résistance intégrée. Choisir une ampoule conçue pour fonctionner correctement avec une régulation PWM peut être une solution plus appropriée.

Conclusion: si vous n'avez encore jamais utilisé d'ampoules à LED (éclairage de l'habitacle, de la plaque d'immatriculation, feux de signalisation, feux de jour, feux de croisement/route), il est prudent d'acheter la première dans un magasin qui accepte les retours, au cas où elle ne fonctionnerait pas dans votre voiture ou si vous ne parveniez pas à résoudre le problème de compatibilité. Cela vaut aussi pour les adaptateurs et les résistances.
Je rappelle que les problèmes décrits ne concernent que certains modèles de voitures. Sur ma Peugeot 308 de 2008, les ampoules à LED de l'habitacle, des feux de jour et des feux de signalisation fonctionnent correctement sans résistances supplémentaires.

Kit de résistance de charge pour ampoules automobiles à LED

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Test d'ampoules automobiles de signalisation et de position 12V (64 ampoules)

Ce test vous sera utile si vous envisagez de remplacer les ampoules halogènes d'origine de votre voiture par des ampoules automobiles à LED dotées du même type de culot. Ce remplacement est intéressant si vous souhaitez réduire la consommation d'énergie du véhicule (à luminosité égale, elle est divisée par 4 ou davantage) et/ou augmenter la luminosité de l'éclairage.

Tous les détails des tests réalisés dans cette catégorie de LED se trouvent dans ce document Google (onglet "Car Signal/DRL Light").

Les tests se poursuivent : la liste des ampoules et les recommandations seront donc mises à jour au fil du temps et complétées par de nouveaux échantillons.

J'ai personnellement acheté toutes les ampoules destinées aux tests suivants avec mon propre argent.

Types d'ampoules testées

Cette catégorie comprend les ampoules utilisées comme feux de signalisation ou de position :

- Clignotants

- Feux stop/feux de position

- Feux de jour (DRL)

- Feux de recul

Les types de culots (connecteurs) les plus courants pour ces ampoules sont :

P21/5W (culot : 1157, BAY15D, BA15D) - 2 contacts (puissance élevée/faible)
P21W (blanche), PY21W (jaune) (culot : 1156, BA15S, BAU15S) - 1 contact
W21/5W (culot : T20, 7443, 7443 SRCK, W3x16q) - 2 contacts (puissance élevée/faible)
W21W, WY21W (culot : T20, 7440, W3x16d) - 1 contact
P27/5W (culot : 3157, T25, W25x16q) - 2 contacts (puissance élevée/faible)
P27W (culot : 3156, T25, W25x16d) - 1 contact

Certains fabricants d'ampoules à LED utilisent la même partie lumineuse avec différents types de culots, ou changent la couleur des LED installées (blanc, jaune, rouge), mais cela ne modifie pas les caractéristiques de l'ampoule selon le type de culot. En revanche, la couleur de la lumière peut influer légèrement sur la luminosité.

Dans mes tests de cette catégorie d'ampoules automobiles, je me suis principalement concentré sur les ampoules de type P21/5W.

Détermination de la couleur principale

La plupart des ampoules testées sont blanches, mais certaines sont jaunes ou rouges. Pour décrire la couleur d'une ampoule, le paramètre essentiel est sa couleur principale. Si la nuance exacte est importante, il faut se référer à la température de couleur mesurée. Les ampoules des clignotants doivent avant tout émettre une lumière jaune. Certains feux stop et feux de position arrière nécessitent une lumière rouge vif si le boîtier du feu n'est pas lui-même rouge et n'utilise pas une ampoule blanche ou transparente. Cette couleur principale a également été déterminée et indiquée dans le document Google.

Types de mesures pour chaque ampoule

Les mesures de luminosité et de consommation d'énergie ont été réalisées à 4 tensions différentes :
- 14V (moteur de la voiture en marche),
- 13V (pour les besoins du test),
- 12V (valeur de référence),
- 11V (pour les besoins du test),
- Je mesure également la tension de démarrage (tension minimale à laquelle la LED s'allume).

Le test photométrique et la mesure du scintillement ont été réalisés à 14V (moteur de la voiture en marche), car c'est la principale tension de fonctionnement de ces ampoules.
Test de température des LED. Je réalise 3 mesures :
- 10 secondes - pour les besoins du test.
- 30 secondes - pour vérifier si la LED convient comme ampoule de signalisation avec une température limite de 85°C.
- 60 secondes - pour vérifier si la LED reste sous 85°C et peut être utilisée comme DRL (feu de jour).
- Si la température reste dans les limites acceptables, je réalise une mesure supplémentaire après 90 secondes.
- Si l'ampoule est dotée d'une enveloppe en verre ou en plastique, il est impossible de mesurer correctement la température de la puce LED. Dans ce cas, je mesure la partie la plus chaude de l'ampoule, généralement son corps. Sa température est habituellement inférieure de 25-30°C à celle de la puce LED. Avec un corps en plastique, la température de la puce LED peut être encore plus élevée, car le plastique évacue mal la chaleur.
La plupart de mes tests portent sur des ampoules P21/5W à deux contacts, avec des modes de puissance élevée/faible. La différence de consommation d'énergie entre ces modes figure dans la section des paramètres supplémentaires du document Google - dans l'onglet "Car Signal/DRL Light". Le test de luminosité et les mesures photométriques sont réalisés en mode de puissance élevée.

Autres caractéristiques des ampoules à LED et critères de recommandation :

Certaines ampoules ont un corps en aluminium, ce qui constitue un avantage notable : il sert de dissipateur thermique, évacue la chaleur et prolonge la durée de vie des LED.
Certaines ampoules sont plus puissantes que d'autres. Si une ampoule puissante et lumineuse n'a pas un bon dissipateur thermique, elle surchauffe rapidement, sa luminosité diminue et les LED se dégradent vite. Les ampoules puissantes qui chauffent beaucoup peuvent servir de feux stop ou de clignotants, car elles ne s'allument que brièvement et peuvent refroidir entre deux allumages. Il vaut toutefois mieux éviter de les utiliser comme DRL (feux de jour).
Ne vous fiez pas à la puissance nominale en watts indiquée sur la fiche produit sur AliExpress - dans la plupart des cas, à de rares exceptions près, elle ne correspond pas à la réalité. Mes mesures permettent de vérifier la puissance réelle de l'ampoule, sa température, son efficacité énergétique et de nombreux autres paramètres.
Ma recommandation finale tient compte de plusieurs paramètres :
- Conception/qualité, impression générale
- Résultats des mesures de dissipation thermique
- Efficacité énergétique
- Niveau de luminosité et stabilité. La luminosité doit atteindre au moins 75% de celle d'une ampoule halogène classique.

Ampoules à LED que je recommande dans cette catégorie parmi les 64 échantillons testés :

CSL_18 - Très bonne ampoule, bonne luminosité (89% de la luminosité d'une ampoule halogène), température dans les limites acceptables, efficacité énergétique impressionnante, puissance 4.7W. Peut servir de DRL. Prix - 3USD par ampoule.
CSL_25 - Très bonne ampoule ! Bonne luminosité stable (76% de la luminosité d'une ampoule halogène), température très basse et stable, bon dissipateur thermique en aluminium, faisceau concentré grâce à la lentille, bon emballage, puissance 5.9W. Meilleur choix pour les DRL. Prix - 3.4USD par ampoule.
CSL_29 (Lien alternatif) - Très bonne luminosité stable (103% de la luminosité d'une ampoule halogène), bonne dissipation thermique (dissipateur en aluminium), bonne efficacité énergétique, puissance 6W Convient aux DRL. Prix - 3.8USD par ampoule.
CSL_32 (Lien alternatif) - Bon emballage, construction solide, dissipateur thermique en aluminium, luminosité très élevée (156% de la luminosité d'une ampoule halogène), puissance 9.8W, peut servir de DRL. Prix - 3.6USD par ampoule.
CSL_34 (Alternative link) - Construction solide, dissipateur thermique en aluminium, luminosité stable et très élevée (171% de la luminosité d'une ampoule halogène), très bonne efficacité énergétique, puissance 9.6W. Peut servir de DRL. Prix - 5.2USD par ampoule.
CSL_46 - Excellente construction en aluminium, luminosité élevée et stable (126% de la luminosité d'une ampoule halogène) à différentes tensions, température dans les limites acceptables (jusqu'à 80°C après 90 secondes), convient aux DRL. Grande efficacité énergétique. Puissance :7.1W Prix : 3.7USD par ampoule.
CSL_48 (Lien alternatif) - Construction solide, corps en aluminium, bonne luminosité (79% de la luminosité d'une ampoule halogène), excellente dissipation thermique (maximum 62°C après 90 secondes), convient aux DRL. Bonne efficacité énergétique. Puissance :5.5W Prix : 6.3USD par ampoule.
CSL_53 (Lien alternatif) - Format compact, excellente luminosité (105% de la luminosité d'une ampoule halogène), température acceptable (maximum 68°C après 90 secondes, mesure sur le dissipateur thermique), convient aux DRL. Efficacité énergétique impressionnante. Puissance :6.1W Prix : 6.3USD par ampoule.
CSL_62 (Lien alternatif) - Excellente luminosité (139% de la luminosité d'une ampoule halogène), bonne dissipation thermique (maximum 76°C après 90 secondes, mesure sur les puces LED), convient aux DRL. Bonne efficacité énergétique. Puissance :8.6W Prix : 3.5USD par ampoule.