Les guirlandes choisies ici comportent 240 LED de 4 couleurs différentes, 17 mètres de long.

Elles peuvent être utilisées en intérieur comme en extérieur. Cela éclaire très bien.
Un peu moins de 9€ pour ces 240 LED, assemblées, et une alimentation secteur : on peut se demander comment c'est possible, commercialement...

Ces guirlandes comportent bien sur leur système d'alimentation.

Ici il s'agit d'illuminations à fonctionnement fixe, donc il n'y a pas d'électronique de clignotement incluse dans cet adaptateur secteur.

Voici un des adaptateurs : d'un côté le connecteur standard 230V (sans connexion de terre) et de l'autre côté un petit connecteur femelle avec filet extérieur, c'est un boîtier "étanche" pour usage externe.
La guirlande compoerte un connecteur mâle qui s'enfiche dans le connecteur femelle de cet adaptateur.Ce connecteur mâle comprend une corolle filetée qui se visse sur le filet de cet adaptateur, pour faire étanchéité.

Ne sachant pas ce qui se trouve dans ces adaptateurs, et s'ils peuvent être utilisés en mode clignotant, les guirlandes vont donc être alimentées par le séquenceur (chenillard) directement en courant continu. Ces adaptateurs ne serviront donc pas ici, mais ne seront ni détruits ni jetés : pour le cas ou, dans le futur, les guirlandes seraient réutilisées de façon autonome.

Regardons avant tout l'étiquette signalétique de l'adaptateur secteur.

Nous y lisons le fabricant et ses coordonnées, le modèle, l'indice de protection IP44, la tension de service d'entrée (220-240V) et la fréquence (50-60Hz), le brochage du connecteur de sortie, la caractéristique de sortie, plusieurs homologations européennes de différents pays (Hollande, Allemagne, Suède, Finlande...). Pas de logo CE ici ?

Ce qui nous intéresse surtout est la tension de sortie nominale : 31V DC pour une puissance max de 3,6W.

De l'autre côté du bloc, gravé dans la matière plastique :

Voilà le logo CE ! Ensuite la mention SELV pour Safety Extra Low Voltage. A droite, on trouve le dessin représentant un transformateur de sécurité enveloppé, et résistant aux court-circuits.

En dessous, le dessin de gauche représente un élément mobile (non fixé), puis au milieu le symbole d'un appareil à double isolation et enfin, à droite, l'habituel symbolique indiquant que cet appareil ne doit pas être jeté mais recyclé.

Double isolation et SELV (traduit en TBTS en français, Très Basse Tension de Sécurité). Je veux bien, mais comment est réalisée la conversion à l'intérieur de l'appareil ?

Même pour une puissance si faible (3,6W) il ne s'agit pas d'un transfo ordinaire qui ne tiendrait pas (mécaniquement) dans un tel coffret. On peut donc trouver 3 systèmes : alimentation à découpage isolée, idem non isolée, condensateur-impédance + redresseur et zener. Dans ces deux derniers cas il y a  "passage" entre le secteur et la sortie. Ce serait étonnant pour une telle application... mais sait-on jamais, et vérifions tout de même (par curiosité) !

Test à l'ohmmètre puis en position "diode" entre chaque fil de sortie et chaque connextion secteur. Aucun passage, cela semble bien être isolé.

Pour adapter le montage à créer aux guirlandes, il va falloir être certain de leur tension de service et de leur consommation.

Malrgé tout, méfiance, et pour les mesures en sortie de cet adaptateur, alimentation de celui-ci par un transfo d'isolation de faible puissance (ce transfo est dans la boîte métallique).

La tension de sortie est bien de 31,3V, conforme à l'étiquette.

Les guirlandes ne semblent pas comporter la moindre résistance de limitation de courant. Pourtant avec des LED c'est nécessaire !

Le test suivant consiste à connecter la guirlande, avec un milliampèremètre en série (le multimètre à affichage rouge sur la photo) afin de connaître leur courant de service, et aussi mesurer la tension sortant de l'adaptateur secteur une fois en charge.
Il existe bien une limitation de courant dans le bloc : la tension chute à 29V et le courant consommé est de 112mA.

Le cahier des charges du montage à créer :

Il s'agira d'avoir 8 sorties en tout, utilisées ou non, mais disponbles. Ces sorties devront pouvoir sortir les 29V nécessaires à ces guirlandes, avec limitation du courant. Si d'autres guirlandes doivent être utilisées, il faudra alors adapter les résistances séries sur le montage. Il suffit de faire les mêmes mesures pour déterminer tension et courant de service.

La séquence ne devra pas être répétitive (pseudo aléatoire à long cycle) et avoir des passages en lumière "sautillante", et puis à d'autres moments ralentir et passer les enchaînements en mode fondu enchaîné.

Le générateur aléatoire est repris d'un très ancien montage dans Elektor (swinging poster, 1981) le reste est création personnelle. Circuits intégrés CMOS, amplis-op ordinaires, transistors... Du grand classique !

Et enfin montage à réaliser avec le plus possible de "fonds de tiroir", excepté bien sur les guirlandes LED !

Voici le montage réalisé sur une platine d'essais de 100 x 160mm !

Le plus gros des deux dissipateurs est pour les deux régulateurs de tension, le plus petit pour le transistor de commande commun aux 8 sorties. A gauche le bornier d'alimentation et les deux fusibles, à droite le bornier avec les sorties vers les guirlandes. 8 LED rouges permettent de voir la séquence en cours.

Description du montage, partie puissance :

Schéma de la partie puissance.

L'alimentation DC externe arrive sur le bornier X1. Elle est issue d'un transformateur 24V / 100VA suivi d'un redresseur 15A et d'un condensateur 10mF. Cette tension d'alimentation vaut donc √2 *24 = 34V. Ceci est bien sur dépendant de la tension du secteur, de plus le transfo utilisé a un primaire prévu pour le 220V et est utilisé ici ou la tension nominale est 230V : la tension au secondaire est donc légèrement supérieure à 24V, donnant une tension redressée autour de 35V DC.

Le fusible F1 protège la partie puissance tandis que F2 protège toute la partie commande. T1 est un premier régulateur de tension qui alimentera le quadruple ampli-op IC5 (LM324), et aussi le régulateur IC1 (7812) qui serait survolté par la tension d'entrée sans cela.
T1 et IC1 sont montés sur un dissipateur (T1 isolé).

L'ensemble des IC de logique (IC2 à IC4 et IC6 à IC9) sont alimentés par le +12V, chaque IC a un condensateur de découplage de 47nF installé en parallèle sur son alimentation.

Le transistor T2 alimente l'ensemble des sorties, il est piloté par un ampli-op IC10 (OP97). Ce composant peut être alimenté jusque 40V, ce que ne permet pas le LM324 utilisé pour les fondu-enchaînés (voir schéma commande ci-dessous). IC10 est monté sur un petit circuit imprimé à proximité de T2 (sur dissipateur aussi).

Les 8 sorties sont identiques, et constituées de 8 transistors (T101, 201, etc...) qui travaillent en collecteur commun. Ces transistors sont pilotés par des plus petits (T100, 200, etc...), eux mêmes commandés par les circuits de logique (voir schéma commande ci dessous). Il y a donc inversion de signal : quand une sortie des IC de commande est à 1, la sortie du montage est à 0V et la guirlande connectée est éteinte ! La séquence de commande étant pseudo aléatoire, cela n'a pas d'importance... Et cela va permettre de réaliser une fonction "statique" (pratique pour tester les guirlandes) très simplement.
8 LED miniature montées sur le circuit imprimé permettent de visualiser l'état des sorties.

Les modèles exacts de transistors n'a que peu d'importance, j'ai fait avec ce que j'avais sous la main... Ils doivent avoir une tension Vce minimale de 40V. Pour les transistors de sortie, même s'ils ne passent que 110mA ou moins, autant prendre des modèles plus solides (Ic = 3A ou plus) qui leur permettra de résister à un éventuel court-circuit. Ici les BD437 utilisés sont donnés pour 45V et 4A.

Une autre vue du montage réalisé.

Le circuit est placé dans un support spécial qui permet d'installer simplement un circuit imprimé sur un rail DIN standard en armoires électriques. Sous ce support se trouvent en effet deux clips permettant d'encliqueter l'ensemble sur un tel rail. C'est bien pratique !

Tous les composants utilisés ici sont anciens mais jamais utilisés pour la plupart, et de très bonne qualité. Ce genre de réalisation doit toujours subir un "burn-test" surveillé avant d'être installé pour de bon.

Description du montage, partie commande :

Schéma de la partie commande.

Le circuit intégré IC1 (doublon de numéro avec le régulateur 7812 du schéma de puissance) constitue l'horloge du montage, la vitesse est adaptable par l'ajustable P1. Le signal d'horloge est divisé par IC6 (4040), compteur binaire. La sortie Q1 ne sert pas, une LED y est connectée pour voir l'horloge fonctionner (pas obligatoire). La sortie Q2 sera utilisée pour la fonction "sautillante" et c'est Q3 qui va faire avancer les registres à décalage de séquence (IC2 et IC3) en mode normal, et en mode fondu-enchaîné ce sera Q6 qui les pilotera .

IC2, IC3 et IC4 constituent le chenillard séquenceur. Il y a donc 16 sorties en tout et seulement 8 (une sur deux) sont utilisées ici. Ces sorties vont vers les transistors Q100 à Q800 de la partie puissance, voir ci-dessus. Les entrées "données" des 4 registres à décalage sont connectées à la sortie Q4 du registre précédent, et l'entrée du premier registre est connectée à  une série de portes XOR de IC4, ceci produit une "contre-réaction" qui est fonction de l'état de plusieurs sorties. Cet ensemble crée une séquence pseudo aléatoire, un très long cycle qui semble effectivement totalement aléatoire. Dans la cas ou toutes les sorties seraient à zéro, D1 à D16 constituent une porte OR dont la sortie est inversée par T3, ceci pour éviter un blocage de la séquence : dans ce cas c'est un "1" logique qui sera envoyé vers l'entrée du premier registre.

Les sorties Q9, Q10 et Q11 de IC6 sont connectées vers un décodeur BCD-binaire, IC7 (4028). Ainsi les sorties de IC7 changent d'état après un certain nombre de cycles du chenillard. Ceci va permettre de changer de modes : enchaînement classique, sautillant, ou encore en fondu-enchaîné.

Les sorties Q0 et Q4 de IC7 sont connectées à une bascule S-R (deux portes NOR de IC8, 4001). Reset par Q0 et set par Q4 : lorsque la bascule est active (broche 11 de IC8 à 1) le montage passe en mode fondu enchaîné. Via les portes AND de IC9 (4081) l'horloge de IC2 et IC3 provient dans ce mode de Q6 de IC6, cela ralentit la vitesse d'enchaînement.

Le fondu enchaîné lui-même (allumage est exctinction progressive des LED) est crée par les 4 ampli-op de IC5 (LM324). En mode normal, la sortie de l'inverseur IC8B est à 1, mettant la sortie de IC5B à +20V (gain de 1,5 par R21 et R22). Dans ce cas la tension de sortie des autres amplis-op est constante, et en sortie de IC5C on retrouve aussi +20V. Ce signal va vers IC10 qui amplifie encore cette tension pour piloter T2 et mettre à la tension maximale les sorties vers les guirlandes (voir schéma de puissance ci-dessus).
En mode fondu-enchainé, c'est l'horloge lente (Q6 de IC6) inversée, qui va piloter IC5B. Au changement d'horloge (Q6 de IC6 à l'état haut donc 0V en entrée de IC5C), IC5A (intégrateur) va décharger C20 (via P2 et R23). Ceci est une fonction inverseuse et donc ICD va inverser à nouveau le "sens" du signal, pour aller vers IC5C. On trouve donc un signal à tension diminuant progressivement (fonction du réglage de P2). Ceci éteint lentement les guirlandes. Quand la sortie Q6 de IC6 tombe à zéro (les registres ne bougeant pas puisqu'ils changent d'état à flanc montant), le signal à la sortie de IC8B repasse à 1, et le cycle inverse se produit : C22 se charge et la tension en sortie de IC5C décroit lentement, rallumant progressivement les guirlandes. Au changement d'état d'horloge suivant, les registres à décalage vont changer d'état, et l'intensité lumineuse des guirlandes va diminuer, puis augmenter... Puis nouveau changement d'état des registres avec extinction progressive des guirlandes, et ainsi de suite...
Il est ainsi crée un fondu-enchaîné assez convaincant, il faut trouver le bon réglage de P2 en fonction de la vitesse choisie avec P1. Si un effet de fondu enchaîné encore plus lent est souhaité, il est possible d'utiliser la sortie Q7 de IC6 à la place de Q6. Dans ce cas il faudra changer les valeurs de C22 et P2.

L'effet sautillant ne peut pas se faire pendant le fondu enchaîné et est commandé par les portes AND IC9A et IC9B. L'équation est : ET NON fondu enchaîné (broche 1 de IC9A) ET Q2 de IC7 ET Q2 de IC2 (active tous les X cycles d'horloge : cette équation est alors envoyée à la base de T4, qui va mettre le signal de commande commun des sorties à 0V, éteignant les guirlandes. Ceci se fait en demi cycle (Q2 de IC 6 pilotant le sautillement alors que Q3 pilote les deux registres) : donc une extinction puis allumage à chaque cycle des registres.

Le switch S1 permet, lorsque fermé, de mettre à zéro le compteur IC6 et les deux registres IC2 et IC3. Les sorties de ces deux derniers pilotant les guirlandes via des transistors inversant les signaux, toutes les sorties de puissance seront alors à 1 et toutes les guirlandes allumées statiquement. Inerrupteur ouvert, les IC peuvent alors compter et décaler, fonctionnant alors normalement.
On peut aussi mettre un condensateur de quelques centaines de nF en parallèle sur l'interrupteur : ainsi à l'allumage tous les IC seront réinitialisés, mais alors la séquence commencera toujours de la même façon. Sans cela, l'état de ces IC est inconnu à la mise sous tension et cela démarre "n'importe comment"...

Le montage est placé sur la platine de fond du coffret électrique.
Sur le rail du dessus sont placées les bornes d'alimentation 230V, puis à droite celles de raccordement des câbles allant aux guirlandes. Ici c'est des bornes double étage avec celle du dessous qui est commune pour le négatif. A côté de ce bornier, le fusible de protection du secondaire du transfo (4AT). Ensuite en regardant vers la droite, le redresseur sur un petit dissipateur, puis le transformateur 24V / 100VA.

En dessous à gauche le montage est placé sur un rail DIN; à sa droite le condensateur 10mF/100V et le disjoncteur de protection primaire du transfo. Ce condensateur est surdimensionné pour ce montage (surtout en tension, nul besoin d'un 100V ici), mais j'ai fait avec ce que j'avais sous la main. Et ces condensateurs Philips sont excellents...

Pour les essais c'était un disjoncteur de 2A qui était placé (visible sur la photo ci-dessus), mais lors de l'installation en coffret ce disjoncteur fut changé par un 0,5A courbe C, mieux adapté au primaire du transformateur de 100VA.

Ce montage étant prévu pour rester des heures sous tension, il est très important de protéger convenablement les éléments contre les incidents électriques.
- Le transformateur a donc côté primaire un disjoncteur de 0,5A (pratiquement le courant nominal du transfo).
- Le secondaire du transfo est protégé par fusible (en cas de court-circuit dans le redresseur ou au niveau du condensateur, ou encore dans le câblage) : 4A étant le courant nominal du secondaire de ce transfo. Il doit être retardé pour ne pas claquer à la mise sous tension avec l'appel de courant de charge du gros condensateur...
- Et enfin, sur la platine on trouve également deux fusibles, un protégeant l'électronique de commande (F2) et un protégeant la partie puissance (F1). A noter d'ailleurs que la valeur de F1 peut être réduite au minimum par rapport à la consommation totale de l'ensemble des guirlandes, la protection électrique n'en sera que meilleure.

Toujours garder à l'esprit l'aspect protection des circuits, surtout ici ou les câbles passent de l'intérieur vers l'extérieur du bâtiment, et ou les boîtes et guirlandes sont totalement à l'extérieur pendant une saison fort humide (voire neigeuse, ici dans la région c'est fréquent). Les guirlandes sont prévues pour usage extérieur, bien sur, mais tout peut arriver... Un rongeur peut aussi très bien attaquer les câbles, ou encore un autre incident comme l'arrachement par le vent... Et même si tout ceci (côté guirlandes) est en basse tension, cela doit être protégé tout de même !

Il faut d'ailleurs veiller à faire des connexions étanches lors de l'allongement des câbles d'alimentation des guirlandes ! Gaines thermorétractables de qualité ou boîtes hermétiques ! Et fixation correcte des câbles à l'extérieur et aux supports des guirlandes !

Une autre vue de la platine avant son installation dans le coffret.
Le montage est sous tension et on peut voir des LED allumées (présence tension, et certaines sorties).

Sur le transformateur et le gros condensateur, présence de plaques isolantes de protection contre les contacts directs. Il n'y a pas de danger de toucher les bornes du gros condensateur mais autant éviter les soucis...

Et voila le montage placé dans le coffret électrique. Les câbles arrivent par le dessus.

Ce coffret est métallique et mis à la terre, y compris la porte (liaison visible en-dessous à gauche sur la photo). L'alimentation électrique provient d'un circuit spécifique du tableau de distribution domestique, circuit servant également pour les éclairages extérieurs, protégé par un disjoncteur de 10A.

Les câbles de plus faible section vers les guirlandes (0,34mm²) sont connectés au bornier, et partent vers des boîtes de connexion hermétiques installées à l'extérieur du bâtiment. Ceci permet le démontage aisé des guirlandes quand la saison des illuminations est finie, tout en laissant tout le câblage en place...

Ce montage est mis en service par un interrupteur crépusculaire et une horloge active de 17h00 à minuit. Cette horloge se trouve dans le tableau de distribution de la maison.
Hors saison des illuminations, il est possible de mettre la sortie de l'horloge en mode manuel inactif "off" (fonction sur le module horloge) ou encore de couper le disjoncteur du petit coffret. Si un fonctionnement permanent est souhaité (par exemple les soirs de réveillon), il est possible de commuter la sortie de l'horloge en permancence sur "on" : dans ce cas le fonctionnement est uniquement sur la sonde crépusculaire.

Le résultat vu depuis la rue...

Seules les guirlandes extérieures sont pilotées par le montage, tout ce qui est intérieur est soit fixe (aux fenêtres) soit avec son pilotage propre (le sapin visible par la grande fenêtre latérale).

Pour le moment seules 6 sorties sont utilisées, reste à imaginer l'usage des deux autres pour l'année prochaine !

Sur le terrain latéral, 6 petits "arbustes" lumineux ont été placés.

Ces illuminations sont vendues à la pièce et fonctionnent sur 3 piles de 1,5V : la tension en sortie de boîte à piles est de 4V. Ici pour les faire aller sur l'animation, les connexions de ces arbustes sont sont toutes reliées en série : cela fait 24 volts en tout.
La méthode fut la même que pour les autres guirlandes : mesure tension et courant sur l'alimentation d'origine, et calcul de la résistance de limitation...

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