Alors que la fonction du ruban LED était autrefois essentiellement décorative, ces dernières années, elle devient de plus en plus la principale source d'éclairage dans les foyers.
Ce mode d'éclairage est très efficace et esthétique grâce à la grande variété de profils en aluminium disponibles.
L'un des aspects les plus compliqués à gérer lors de la mise en place d'un système électrique est l'espace à allouer pour l'installation de toutes les alimentations, parfois très nombreuses, connectées aux rubans LED.
En général, la commutation nécessite une à plusieurs alimentations en fonction de la puissance installée. L'emplacement doit également être soigneusement choisi afin de réduire la distance et, par conséquent, de limiter la chute de tension. 
En général, une chambre à coucher double comporte quatre transformateurs ou plus (deux pour les deux tables de nuit, un pour l'éclairage primaire et un pour l'éclairage secondaire décoratif). Avant d'examiner les avantages de l'utilisation de l'éclairage 48V, il convient de souligner quelques caractéristiques des rubans LED.

Chute de tension, nombre de LEDs et efficacité

Pour bien choisir un ruban LED, il est important de comprendre son fonctionnement et, selon le type, de connaître ses avantages et ses inconvénients.Sans tenir compte de la tension d'alimentation, d'un point de vue électrique, les rubans peuvent être classées en deux grandes catégories : En laissant de côté la tension d'alimentation, d'un point de vue électrique, les rubans peuvent d'abord être distinguées en deux grandes catégories : les rubans avec régulateur de tension (résistance) et avec stabilisateur de courant (transistor ou circuit intégré). Ils se distinguent ensuite par le nombre de LEDs en série pour chaque circuit. Les rubans de 24V ont normalement de 6 à 8 LEDs (parfois 9).

Contrôle de la puissance dans un ruban LED

La grande majorité des rubans LED sont fabriqués avec un contrôle de tension. Ce choix de conception garantit une réduction du coût final du produit et, dans de nombreuses applications, constitue un choix à faible coût. Donc, voyons comment les deux versions fonctionnent.

Régulateur de tension

Dans les rubans avec régulateur de tension, le courant circulant dans les LEDs - et par conséquent la puissance - est défini par la valeur de la résistance en série avec les LEDs. En effet, selon la loi d'Ohm, la valeur du courant est donnée par la tension Vr aux bornes de la résistance divisée par la valeur de la résistance elle-même. Par exemple, avec une tension sur la résistance de 6V et une résistance de 100 Ohm, on obtient un courant de 60mA. 

En supposant une tension nominale des LEDs (Vf) de 3V, dans un ruban LED de 24V avec 60 LEDs par mètre  coupés toutes les 6 LEDs, la tension totale sur les LEDs est de 3V * 6 = 18V et donc une tension sur la résistance de 24V - 18V = 6V. Si l’on utilise une résistance de 100 Ohm, l’on obtient un courant de 60mA, pour chaque bande de 6 LEDs. Ayant choisi le ruban de 10 coupes par mètre, je peux calculer la puissance par mètre : 60mA * 10 = 600mA ce qui correspond à 24V * 0.6A = 14.4W par mètre. 

Donc, dans des conditions idéales, la puissance par mètre du ruban est facilement réglable avec une simple résistance. Malheureusement, les choses sont beaucoup plus complexes dans le monde réel. Le premier point critique à considérer est l'hypothèse d'un Vf de 3V des LEDs. En fait, ce paramètre dépend du lot de production des LEDs et peut varier fortement. Cependant, les LEDs sont triées par tension et, en phase de production, il est possible d'avoir une précision de tension de 0,1 V (par exemple, de 2,9 V à 3,0 V). Cela permet donc de calibrer la résistance avec une valeur assez précise. Cependant, la valeur de la tension du LED varie en cours d'utilisation en fonction du courant et de la température. La valeur mesurée pendant la production du LED et indiquée sur l'emballage se réfère à la tension Vf et à la puissance nominale déclarée. Pour le LED 2835, elle est mesurée à 60mA.

Ces variables rendent donc impossible un réglage exact de la puissance avec ce mode de contrôle. C'est pourquoi on parle de puissance nominale du ruban LED et de puissance réelle. Dans nos rubans, la puissance réelle est "environ" 10% inférieure à la puissance nominale.
À ce problème, difficile à résoudre au stade de la conception du produit, s'ajoute un deuxième problème essentiellement lié à l'utilisation du ruban LED : la chute de tension sur le circuit.
Le ruban LED est en fait un circuit qui peut être très long et, selon la façon dont il est alimenté, les chutes de tension peuvent être très importantes. Le circuit qui abrite les LEDs comporte des pistes de cuivre qui, selon leur épaisseur, ont une résistance qui varie avec la longueur. Sur des longueurs de 5 mètres, avec une alimentation d'un côté et une puissance réelle de 13 W par mètre, des chutes de tension de 1,5 V peuvent se produire. Cette chute de tension entraîne une perte de puissance de 25 à 30 % entre le début et la fin du ruban. Cela signifie que si, approximativement, le premier mètre du ruban consomme 13W, le dernier consomme 9,1W.
Il est donc évident qu'avec cette façon de contrôler la puissance dans un ruban LED, il est pratiquement impossible de déterminer a priori la puissance d'une lumière installée. Il y a trop de facteurs qui influencent la puissance réelle en watts.

Stabilisateur de courant

Dans les rubans LED avec stabilisateur de courant, le circuit devient plus compliqué, ce qui augmente son coût, mais il est possible d'éviter tous ou la plupart des problèmes rencontrés dans la version avec régulateur de tension. Il n'entre pas dans le cadre de ce texte de voir comment ces circuits fonctionnent et quels sont les avantages et inconvénients des différentes implémentations.
Il suffit de savoir que la partie "active" du circuit, qui remplace la résistance, est capable de contrôler le courant circulant sur le LED indépendamment de la tension qui alimente la série de LED. Ces circuits ne sont évidemment pas idéaux, et il est seulement nécessaire de signaler un problème que tout le monde rencontre. Pour fonctionner, ils ont besoin d'une différence de tension suffisante entre la tension d'alimentation et la tension des LEDs. En général, on considère qu'il faut au moins 1V.
Donc, tant que la tension d'alimentation est supérieure d'au moins 1V à celle des LEDs, dans ces rubans, le courant circulant sur les LEDs est toujours le même que celui défini lors de la conception du produit. Cela implique que dans l'exemple ci-dessus du ruban de 13W par mètre, la puissance du dernier mètre est toujours de 13W malgré le fait que la tension d'alimentation du dernier mètre n'est plus de 24V mais d'environ 23,5V. Cette solution entraîne certainement des coûts plus élevés. Chaque série a un contrôle de courant au lieu d'une résistance.

Nombre de LEDs en série et rendement lumineux

Cet aspect de la conception des rubans LED est peu connu mais, comme nous le verrons, il est extrêmement important car cela en influence considérablement les performances.
La première caractéristique qui varie dans un ruban LED en fonction du nombre de les en série est le rendement lumineux. Comme nous le savons, le rendement d'une lumière est mesurée en lumens par Watt. Dans une installation de 13W par mètre, 60 LEDs/m et une série de 6 LEDs émettant 1400 lumens par mètre, le rendement est d'environ 108 lumens/W. Ce ruban comporte 10 circuits en série par mètre (60 LEDs par mètre divisé par 6 LEDs). Si l’on modifie le schéma de câblage et l’on augmente à 7 le nombre de LEDs en série tout en conservant 10 circuits par mètre, l’on obtient un ruban de 70 LEDs par mètre. Si le courant traversant les LED reste inchangé, la puissance par mètre est toujours de 13W. Qu'arrive-t-il au rendement ? Le nouveau ruban a 10 LEDs par mètre de plus que l'ancienne. Si l’on considère que la lumière émise par les LEDs ne dépend que du courant qui circule sur celles-ci, le nouveau ruban aura 10/60*100 = 16,6% de lumière en plus, donc 1630 lumens par mètre et une un rendement de 126 lumens/W.
Si le nouveau ruban comportait 8 LEDs en série, nous aurions alors 80 LEDs par mètre et une augmentation de l'efficacité de 20/60*100 = 33,3 % (144 lumens/W). Une transformation incroyable pour le seul coût des LEDs supplémentaires.
Ces améliorations sont facilement réalisables en modifiant le schéma de câblage des rubans mais ils ont un effet secondaire dont il faut tenir compte. La chute de tension dans les rubans LED avec stabilisateur de tension entraîne une chute de puissance plus importante.
Prenons toujours comme exemple le ruban de 60 LEDs/m, 24V avec une tension Vf de 2.8V. Comment calculer la résistance à installer, si l’on veut avoir un courant de 60mA sur les LEDs ? 6 LEDs * 2,8V = 16,8V → 24V-16,8V = 7,2V → R = 7,2V / 0,06A = 120 Ohm.
Dans le même type de ruban mais avec 70 LEDs/m l’on a plutôt une résistance de : 7 LEDs * 2.8V = 19.6V → 24V-19.6V = 4.4V → R = 4.4V / 0.06A = 73 Ohm.
Finalement, dans la version avec 80 leds/m l’on a plutôt une résistance de : 8 LEDs * 2,8V = 22,4V → 24V-22,4V = 1,6V → R = 1,6V / 0,06A = 26,6 Ohm.
Comme nous l'avons mentionné précédemment, le courant qui traverse les LEDs dépend de la valeur de la résistance et de la tension qui la traverse. Les calculs se réfèrent à la condition idéale au début du ruban LED. Si, en raison de la chute de tension le long du ruban, l’on a une perte de 1,5 V, la puissance du dernier mètre du ruban varierait considérablement en fonction du nombre de LEDs en série. En effet, on constate qu'avec 6 LEDs en série, l’on a 5,7V sur la résistance au lieu des 7,2V calculés lors de la conception. Avec cette tension, l’on obtient donc un courant de 47,5mA sur la résistance au lieu de 60mA (-21%). Dans le ruban avec 7 LEDs en série, nous avons 2.9V sur la résistance au lieu des 4.4V calculés avec un courant de 39.7mA (-34%). Finalement dans le ruban avec 8 LEDs en série nous avons 0.1V ( !!) au lieu des 1.6V calculés avec un courant de 4mA (-93%).
Il est évident que dans ces conditions de fonctionnement, le ruban LED avec 8 LEDs en série ne peut pas être utilisé, car la chute de tension nuit à son fonctionnement sur de longues distances. On peut donc en déduire que les rubans LED haute performance comportant 8, voire 9 LED en série, sont extrêmement sensibles aux chutes de tension et doivent être utilisés avec beaucoup de précautions. Ils doivent également être fabriqués avec des circuits plus épais (coût plus élevé) afin de réduire les chutes de tension et donc les problèmes que cela entraîne.

Conclusions

Comme nous l'avons vu, un ruban LED idéal doit comporter un grand nombre de LEDs en série pour chaque branche et un stabilisateur de courant pour éliminer l'effet négatif de la chute de tension.
Les rubans LED 48V sont un bon compromis. En effet, avec cette tension, il est possible de réaliser une série de 16 LEDs avec stabilisateur de courant pour réduire les courants impliqués avec la même puissance, et donc pour limiter la chute de tension. Avec les solutions 48V, il est possible de réaliser des rubans deux fois plus longs qu'avec le 24V et de ne pas augmenter excessivement le coût du ruban lié au stabilisateur de courant (en effet, il faut un circuit pour chaque série et les rubans 48V ont deux fois moins de séries par rapport au 24V).
Donc on est bon ? Presque. Le plus gros problème est la longueur minimale de coupe de ruban qui est le double de celle des rubans 24V. Heureusement, les rubans LED comportant de nombreuses LEDs, tels que les 240 LED/m, ne sont pas particulièrement limités dans les applications d'éclairage, même si la longueur de coupe est doublée. Certaines astuces permettent de ne pas être affecté par la coupe minimale dans les installations avec des profilés montés dans le placoplâtre (il suffit de cacher le morceau de ruban excédentaire à l'intérieur de la structure en placoplâtre).

Évolutions des installations

Il est important de faire quelques remarques sur l'évolution des systèmes d'éclairage avec des rubans 48V. Une première modification importante du système d'éclairage qui peut être réalisée avec des rubans 48V est la réduction substantielle des transformateurs nécessaires à une installation en les plaçant dans l'armoire de commande. Grâce au 48V, en effet, il est possible de distribuer les points d'éclairage directement à 48V depuis le tableau général sans avoir à se soucier de la chute de tension et donc de la distance des points d'éclairage par rapport au tableau.
Une première modification importante du système d'éclairage que l'on peut obtenir avec des rubans 48V est la réduction substantielle du nombre de transformateurs nécessaires qui peuveut être placée dans le tableau électrique de l’installation. En effet, grâce au 48V, il est envisageable de distribuer les points d'éclairage directement en 48V depuis le tableau électrique sans avoir à se soucier de la chute de tension et donc de la distance des points d'éclairage par rapport au tableau.
Les choix dépendent de la puissance concernée, mais normalement un point d'éclairage dans une maison ne dépasse pas 100-150W, ce qui correspond à 3A.Avec cette charge, l’on peut utiliser un conducteur de 1,5 mm2, qui convient également à un point d'éclairage de 230V. Si la puissance est plus élevée, comme cela pourrait être le cas dans un salon, l’on peut utiliser un conducteur de 2,5 mm2 ou plus (mais il est toujours conseillé de poser plusieurs conducteurs en parallèle et de desservir des rubans différents même s’ils appartiennent au même point d'éclairage). Le câblage est un autre avantage puisque l’on aura 2 conducteurs au lieu de 3 (il n'y a pas de mise à la terre).
Ce système permet également de concentrer toute la domotique dans le tableau électrique via des variateurs basse tension et d'utiliser un seul transformateur sur rail DIN tel que nos Meanwell xxx-480. Les avantages sont moins évidents si l'installation de la maison ne dispose pas de domotique, mais ils restent néanmoins intéressants. Les points d'éclairage individuels peuvent être contrôlés avec les commandes de la série civile, garantissant une plus longue durée de vie de ces derniers sans avoir le problème du courant d'appel à l'allumage typique des transformateurs (même 60A !).
L’on peut également optimiser la consommation si l’on utilise un transformateur 48V pour alimenter les équipements de réseau et d’autres services qui peuvent être alimentés en 48V (il faudra le vérifier lors de l'achat: commutateurs réseau POE, VDR, routeurs, etc.).
De plus, la distribution de 48V réduit les champs électriques dans la maison générés par le 230V, ce qui est parfois demandé par les clients.
L'auteur de cet article est convaincu que l'utilisation généralisée de la basse tension pour l'éclairage domestique peut entraîner de nombreux avantages qui deviennent importants si l'on utilise la domotique pour le contrôle de l'éclairage. 
Il faudra encore un certain temps avant que les fabricants de régulateurs n'incluent dans leurs catalogues des dispositifs adaptés au contrôle des charges de 48V DC, mais cela ne devrait pas tarder. Certains fournissent déjà des appareils capables de fonctionner avec ces tensions, d'autres ont dans leur catalogue des contrôleurs qui, sur le papier, fonctionnent à 12-24V mais qui, en réalité, peuvent aussi fonctionner à 48V.
Cette méthode d'installation a été utilisée dans un système d'éclairage complexe basé sur des rubans LED 48V CCT avec des LED à haut CRI et sans composant bleu dans les LED 3000K. Tous les points d'éclairage ont été câblés avec 3 fils (pour le CCT) et conduits au panneau d'éclairage (un par étage). Toute l'alimentation est fournie par 1 ou 2 transformateurs, en fonction de la consommation maximale des lumières.
Chaque point d'éclairage est donc contrôlé par un variateur KNX. La mise en place d'une installation aussi complexe avec d'autres systèmes aurait impliqué l’utilisation de dizaines de transformateurs avec autant de systèmes de contrôle complexes (dédiés, dali, ou autres), la recherche d'espace dans les boîtes de jonction, une augmentation du câblage, et une importante prolifération de problèmes au fil du temps. Nous sommes bien conscients que chaque composant du système peut présenter un dysfonctionnement : avec moins de pièces à gérer, le risque de panne diminue également.
La concentration de tout l'éclairage dans un seul panneau permet également de gérer les éventuelles politiques d'éclairage de secours directement avec les rubans primaires à partir du panneau en insérant des dispositifs de secours sur les lumières choisies. Il est également possible de prévoir l'insertion du tableau d'éclairage sous une éventuelle unité de secours photovoltaïque avec un système de stockage. De cette façon,  moyennant un petit supplément, il est possible d'insérer toutes les lumières sous le circuit de secours.
Le premier inconvénient de cette approche est que toutes les lumières dépendent d'une seule source d'alimentation : en cas de panne, toute la maison est dans le noir. Heureusement, ces dispositifs sont très performants et, dans certains cas, ils peuvent même être connectés en parallèle et ainsi résister à la défaillance d'un transformateur.