Câblage d'une carte Force FX progressive

Ajouter un gradateur à une carte Force FX pour avoir de beaux effets lumineux peut s'avérer coûteux : comme plecterlabs en a arrêté la production, il faut se fournir aux Etats-Unis chez The Custom Saber Shop (TCSS).

Maître Hett, du Jedi Order, a eu l'idée de changer un transistor sur la carte Force FX et d'ajouter une série de 6 résistances pour avoir un pseudo effet d'allumage et d'extinction progressive de la lame.

Comme l'étude du mal nommé "gradateur du pauvre" à la Sen Tabesi en voulant utiliser les capacités de charge et de déchage d'un condensateur en guise d'allumage progressif, je dédie cet article à l'étude de Maître Hett.

Le transistor

Le transistor BD 139 est un transistor NPN moyenne puissance (12 Watts) d'usage général très courant. Il faut remplacer le transistor "audio" (celui qui est tout seul au milieu de la carte) qui amplifie le signal pour le Haut-Parleur.

Car quand une carte Force FX est alimentée avec 2 accumulateurs Li-ion, c'est le seul transistor qui chauffe plus que de raison.

Les tests de Maître Hett on révélé que la carte FX peut fonctionner sans problème à 7,4 V à partir du moment où ce transistor qui, s'il n'est pas remplacé, chaufferait jusqu'à la destruction et priverait votre sabre de son. Attention ! le brochage diffère et il est nécessaire de se procurer la documentation (datasheet) des 2 composants pour être sûr de bien câbler les pattes E (Emetteur), B (Base) et C (Collecteur) au bon endroit sur la carte. (voir schéma plus bas).

  Valeur des résistances

Le calcul des résistances est nécessaire pour :

- limiter le courrant dans la LED à la valeur choisie

- réaliser une pseudo rampe d'allumage selon la formule :

R_TOTALE = (V_alim - V_{f LED} - 0,7) / I

Pour connaître la valeur V_{f LED} de la LED utilisée, il est important de consulter la documentation de cette LED sur le site constructeur ou le site où vous l'avez achetée.

exemple : LED Cree XP-E bleue à 1A, sa tension est de 3,5V.

En utilisant la formule de Maître Hett, cela donne :

R_TOTALE = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 1 = 3,2Ω

R_TOTALE est la valeur de la résistance totale quand les 6 transistors conduisent (sabre allumé, pas quand il est en phase d'allumage ou d'extinction).

Comme la LED est alimentée par les 6 transistors en parallèle, 6 résistances  sont donc nécessaires pour donner une R totale de 3,2 ohms lorsqu'elles seront câblées en parallèle. Quand les 6 résistances sont identiques, il suffit de multiplier la R totale par le nombre de résistances :

R = 3,2 x 6 = 19,2Ω

Comme cette valeur de résistance n'existe pas, il faut préférer prendre la valeur légèrement au-dessus car quand les accumulateurs Li-ion sont chargés à pleine charge, ils fournissent au total une tension de 8,4V.

Dans le cas de notre exemple, R = 22Ω en 1/2W

Pour les différentes couleurs, on a donc les 6 résistances 1/2W adaptées en parallèle :
Cree XP-E :
-bleue à 700 mA : 33Ω, 1A : 22Ω (valeur théorique : 19,2Ω)
- vert à 700 mA : 27Ω, 1A : 18Ω (valeur théorique : 17,4Ω)
- ambre à 500 mA : 56Ω (valeur théorique : 52,8Ω)
- rouge-orange à 700 mA : 39Ω (valeur théorique : 38,5Ω)
- rouge à 700 mA : 39Ω (valeur théorique : 37,7Ω)

Cree XR-E R2
- blanc à 700 mA : 33Ω, à 1A : 22Ω (valeur théorique : 18Ω)

Cree XR-E Q3
- blanc neutre à 700 mA : 33Ω, à 1A : 22Ω (valeur théorique : 18Ω)

Cree XP-E Q2 :
- blanc chaud à 700 mA : 47Ω, à 1A : 33Ω (valeur théorique : 28,9Ω)

Lorsque les accus Li-ion sont chargés au maximum, leur tension est de 4,2V au lieu de 3,7V. En prenant des valeurs "moyennes" de résistances, on évite d'avoir un courant trop fort lorsque les accus sont en pleine charge et trop faible lorsque les accus voient leurs tensions revenir à la normale.

On peut faire le récapitulatif dans le tableau suivant :

Principe de fonctionnement

→ activation du sabre

→ le 1^er transistor,  T₁, conduit :

• la résistance R_TOTALE = R₁ = 22Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 22 = 0,145A = 145 mA

→ le second transistor, T₂, conduit en plus du premier :

• la résistance R_TOTALE = 22Ω / 2 = 11Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 11 = 0,273A = 273 mA

→ T₃ conduit à son tour :

Le calcul de la résistance se fait différemment car une résistance de 11Ω est en parallèle avec une de 22Ω : on utilise l'inverse de la résistance totale : 1/R_TOTALE = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + 1/R₄ + 1/R₅ + 1/R₆

Comme les résistances sont identiques, il suffit de compter le nombre de transistor allumés et d'en déduire le nombre de résistances utilisées :

• 1/R_TOTALE = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ = 1/22 + 1/22 + 1//22 = 3/22 = 0,14 → R_TOTALE = 1/0,14 = 7,3Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 7,3 = 0,436A = 436 mA

→ T₄ conduit à son tour :

• 1/R_TOTALE = 4//22 = 0,18 → R_TOTALE = 1/0,18 = 5,5Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 5,5 = 0,582A = 582 mA

→ T₅ conduit à son tour :

• 1/R_TOTALE = 5/22 = 0,23 → R_TOTALE = 1/0,23 = 4,4Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) /4,4 = 0,727A = 727 mA

→ T₆ conduit à son tour :

• 1/R_TOTALE = 6/22= 0,27 → R_TOTALE = 1/0,27 = 3,67Ω
• I_LED = (7,4 - 3,5 - 0,7) / 3,67 = 0,873A = 873 mA au lieu de 1A, car la valeur théorique de la résistance est de 19,2Ω et que la valeur de résistance réelle la plus proche est de 22Ω.)

Puissance des résistances

La formule pour définir la puissance dissipée par une résistance lors de son utilisation est :

P = R x I²

Cette puissance est la puissance "en trop" que fournirait les batteries à la LED s'il n'y avait pas les résistances.

Ainsi, pour une résistance, on a :

P = 22 x 0,145²

P = 0,47W

Il convient donc d'utiliser des résistances 1/2W.

Au total, la puissance dissipée est de 0,47*6 = 2,79W

Cette puissance, qui vient des batteries, est perdue : c'est l'inconvénient majeur de l'utilisation de résistances. 

Schéma de câblage

Le transistor à changer est le H8050 (entouré en rouge sur les cartes sur lesquelles il se trouve). Le BD 139 le remplace. Attention à la position des pattes E, B et C.

Choisir, en fonction des caractéristiques de fonctionnement à relever dans la documentation de la LED utilisée 6 résistances à câbler sur chaque fil de couleur en sortie du bornier LED.

Pourquoi 2 Li-ion ?

Une seule cellule Li-Ion ne suffit pas à assurer un bon fonctionnement du circuit de protection. Lorsque la cellule est déchargée, le courant n'est pas suffisant pour une bonne mesure de la tension de celle-ci, provoquant une décharge trop profonde de l'accu. Il a été possible ainsi descendre à 1 volt environ sur une cellule Li-ion avec circuit de protection. De quoi l'endommager irrémédiablement.
Tandis qu'avec 2 Li-Ion, la tension en fin de charge avant coupure est de 5,5 volts, ce qui donne : 5,5-3,7-0,7 / 3 = 366mA, ce qui assure une bonne détection de la tension de l'accu, le circuit de protection coupe franchement arrivé à cette valeur, protégeant la cellule contre les décharges profondes.