Brevet FR2046804A1 — publié le 19710312

204680'» La présente invention concerne un circuit électrique comprenant une lampe à décharge électrique fonctionnant en étant montée directement, en série avec un dispositif de commutation, aux "bornes d'une source de courant alternatif 5 et elle concerne également un procédé pour le faire fonctionner On utilise des circuits électriques selon l'inven tion pour des systèmes d'éclairage de porte-modèles et? pour des systèmes d*éclairage par l'arrière ou d'éclairage par transparence, ces deux types de systèmes étant utilisés conjointe-10 ment avec des caméras pour arts graphiques. On peut également utiliser ces circuits pour des sources lumineuses d'agrandisseurs en noir et blanc ou en couleur, du type à condensateur tout comme du type à lumière diffusée. On peut en outre utiliser ces circuits pour exposer des matières de reproduction 15 pré-sensibilisées telles qu'on les utilise- pour le tirage par contact, ou avec des châssis d'impression sous vide tels qu'on les utilise dans les arts photographiques ou graphiques. On a conçu,jusqu'à présent, des circuits électriques destinés à fonctionner sur le mode puisé pour produire 20 plusieurs éclairs lumineux successifs et comprenant des dispositifs d'accumulation de l'énergie, tels que des inductances et des condensateurs, reliés en série ou en parallèle avec les lampes à décharge gazeuse. On croyait que ces éléments étaient nécessaires pour emmagasiner l'énergie électrique afin 25 de charger fortement de façon instantanée les lampes à décharge de façon à effectuer un conversion efficace de l'énergie électrique en énergie lumineuse sous forme d'éclairs de forte intensité. Les éléments de ces circuits étaient chers, volumineux, et parfois sujets aux pannes dans les conditions 30 de fonctionnement répétitif. Dans la demande de brevet français PV n° 181 915 déposée le 30 décembre 1968 par la demanderesse, on présente un circuit électrique comprenant une lampe à décharge montée directement sur une ligne à courant alternatif, ladite lampe 35 ayant une tension de fonctionnement supérieure à la tension de la ligne, de sorte qu'elle s'éteint à la fin de chaque demi-alternance et se rallume durant l'alternance suivante. Dans la demande de brevet américain S.N. déposée le 21 avril 1969 #ar la demanderesse, on présente 40 un circuit électrique comprenant une lampe à décharge montée 70 22049 2 2046804 directement sur une ligne à courant alternatif subissant des variations entre des tensions supérieure et inférieure, la tension de fonctionnement de la lampe étant égale à la tension inférieure, tandis qu'un dispositif de commande de l'angle 5 de phase du dispositif de commutation permet de brancher la lampe plus tard au cours de chaque demi-alternance sur des tensions supérieures à sa tension nominale, de façon à maintenir à un niveau désiré la charge de puissance de la lampe. Au cours du fonctionnement des circuits de lam-10 pes à décharge utilisant des circuits d'amorçage séparés comprenant des dispositifs de commutation séparés comme dans les demandes de brevet américain citées plus haut, il faut prendre soin de s'assurer que le circuit d'amorçage est synchronisé avec le circuit de commande ou la ligne d'alimentation pour 15 obtenir un fonctionnement en phase pendant le cycle d'amorçage ou d1 allumage des lampes. On a trouvé que si les circuits - d'amorçage sont déphasés par rapport aux circuits de commande, les lampes peuvent ne pas s'amorcer du tout, ou bien s'amorcer en avance de phase, ce qui entraîne une charge de 20 puissance des lampes beaucoup plus forte que celle que l'on désire et le risque corrélatif d'endommager le dispositif de commutation des lampes et les autres composants. Ce déphasage peut aussi se présenter pour une tension d'entrée extrêmement élevée lorsque, le fonctionnement étant normal, la com-25 mande de phase retarde les impulsions dans le cycle, de façon à obtenir une puissance de fonctionnement normale de la lampe« Une autre difficulté présentée par le déphasage entre les circuits d'amorçage et de commande est la diffi-30 culté d'amorçage des lampes. Par ailleurs, si l'on utilise un signal d'amorçage à déclenchement aléatoire, on ne peut pas agir sur l'intensité lumineuse et la charge de puissance des lampes lors du-signal d'amorçage. La présente invention vise à assurer un fonc-35 tionnement amélioré à scintillation réduite pendant les périodes d'amorçage de lampes à décharge actionnées directement aux bornes du réseau en assurant une synchronisation entre les impulsions d'amorçage et de commande. : Selon 1*invention, un circuit d'amorçage et 40 de commande pour lampe à décharge gazeuse est caractérisé 70 220W 3 20^6804 en ce qu'il utilise un seul dispositif de commutation pour décharger un condensateur à travers un dispositif d'amorçage et pour relier la source à la lampe, de façon que les impulsions d'amorçage et de commande soient synchronisées. Le 5 circuit conforme à 1'invention présente également l'avantage de nécessiter moins de composants que les circuits antérieurst et de permettre une réduction notable du temps passé à aligner les circuits. La description détaillée qui va suivre en regard 10 du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention petit être réalisée. La figure 1 est un diagramme schématique de circuit électrique conforme à 15 invention, dans lequel le condensateur d'impulsions d'amorçage est en parallèle avec le 15 dispositif de commutation. La figure 2 est un diagramme schématique d'un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le condensateur d'impulsionsd'amorçage est en série avec le dispositif de commutation. 30 Les figures 3& à 3E représentent une série de formes d'onde illustrant le fonctionnement du circuit éléc-trique conforme à 1'inventions La figure 1 est un diagramme schématique d'un circuit électrique conforme à l'invent5.on 35 La lampe à décharge V1 est montée en série avec le secondaire d'un transformateur d'amorçage T1 et un dispositif de commutation à semi-conducteurs TRI entre les bornes 1 et 2. Bien qu3 il soit représenté avec son secondaire monté en série dans le circuit, le transformât-e\îr d'amorçage 3?1 70 22049 4 2046804 peut être monté de n'importe quelle façon classique, par exemple au moyen d'une troisième électrode comme sur la figure 2, ou bien présenter un couplage capacitif comme connu dans la technique, le dispositif de commutation à transistors TR1 5 peut être n'importe quel dispositif approprié, tel qu'un basculeur de la famille des thyristors appelé quelquefois "biswitch" et qui sera désigné ci-après par le mot basculeur, un thyristor bidirectionnel ou triac, une diode de commutation, ou deux redresseurs commandés, tous ces dispositifs 10 pouvant être commandés par des moyens connus dans la technique. Un organe de commande approprié pour faire fonctionner le circuit conforme à l'invention utilisant un triac comme organe de commutation comprend un diac D1 relié à la porte de l'organe TR1. Le dispositif de commande du diac D1 cok-15 prend ùne résistance R2 en série avec une résistance variable R3 et un condensateur C3 monté en parallèle avec le triac TR1. Une résistance R4- est reliée entre le point de branchement de la résistance variable R3 et du condensateur C3 à la porte du diac D1, un condensateur de filtrage C4- étant monté entre 20 l'extrémité de la résistance R4- reliée au diac et la borne 2» Le fonctionnement de ce circuit est bien connu dans la technique et décrit dans "General Electric, SCR Manual, 4-thédition"t chapitre 9, pages 173 à 182 et, en particulier, figures9, 15 page 189, subdivision 9, 4, 2. 25 Le dispositif de déclenchement destiné à amorcer la lampe à décharge V1 comprend le primaire P du transformateur T1 relié au point commun entre le condensateur 02 et la résistance R1 montés entre les bornes 1 et 2. Un interrupteur S1 est monté en série avec le primaire P. 30 On peut monter une impédance de découplage R5 aux bornes du dispositif TR1. L'impédance R5 est appelée impédance de maintien et est incorporée pour maintenir l'ionisation dans les lampes à pression plus élevée. Par exemple, il n'y a pas besoin d'impédance dans le circuit de la figure 1 pour une 35 lampe à décharge de 20 à 35 mm de pression. Une lampe de 40 mm de pression requiert une impédance de 500 ohms environ, tandis qu'une lampe de 70 mm de pression pourrait requérir ■une impédance d'environ 200 ohms. L'impédance R5 est, de préférence, une résistance, bien que l'on puisse remplacer, dans 40 certains cas, ladite résistance par une bobine d'arrêt ou un 70 22049 5 2046804 condensateur en série avec une résistance. L'impédance R5 constitue un trajet pour le courant d'ionisation de la lampe à décharge pendant la période au cours ds laquelle le dispositif ÏR1 ne conduit pas. Dans le circuit de la figure 2, 5 l'impédance R5 constitue également un trajet pour le courant de charge du condensateur 05- On amorce la lampe à décharge gaseuse V1 en fermant l'interrupteur S1 pendant deux ou trois secondes. L'interrupteur 31 peut être un interrupteur à action diffé-10 rée normalement fermé pendant une période de deux ou trois secondes. Le condensateur de déclenchement 02 se décharge par le primaire P du transformateur d'amorçage 51. Selon les valeurs de sélection de la résistance RI et du condensateur C2, une ou plusieurs impulsions traverseront le transformateur 15 d'amorçage Î1. Quand la tension aux bornes du dispositif TR1 atteint une valeur de déclenchement préréglée, il se met à décharger le condensateur 02 dans le primaire du transformateur 11, ce qui a pour effet de faire apparaître simultanément la tension de haute fréquence et la tension de fonctionne-20 ment aux bornes de la lampe V1, si bien que ladite lampe s'ionise et conduit . Le circuit à impulsions de dLémarrage à haute - fréquence e.st complété par le condensateur CI au cas où on l'utilise. Le condensateur 01 joue aussi le rôle de filtre antiparasite pour les fréquences radio en inhibant tout rayon-25 nement possible émanant des impulsions de démarrage à haute fréquence. On choisit les valeurs de R1 et G2 de façon à produire une impulsion d'amorçage satisfaisante sans faire passer trop de puissance par le dispositif de commutation TR1. $0 Si la valeur de R1 est trop faible, il passera trop de courant, ce qui n'est pas souhaitable du fait que l'intensité lumineuse pendant la période d'amorçage sera beaucoup plus élevée qu'on ne le désire et la taille des composants doit être nécessairement plus grande- Si la valeur de R.1 est trop 35 élevée9 le courant sera trop faible, ce qui rend la lampe difficile à amorcer. Dans le circuit représenté sur la figure 1 avec une résistance R1 de 150 ohms et un condensateur C1 de 2 mi1, le nombre d'impulsions par demi-alternance est égal à 4-0 quatre. Pendant la période au cours dé laquelle la ^.ampe re 70 22049 6 2046804 çoit des impulsions a^ant-d© s*ame£3©?9 les impulsions agissent? de facos à chauffer les électrodes &s la lampe et à ioniser son gaz® On utilise l'impédance El à des fins de limitation du coœaat. Au cas où l'on utilisa us® réactance inductive à 5 la place d© la résistance liraiteuse P/s, il est pratique d'actionner le dispositif d4amorçage fie façon continue sans utiliser 1!interrupteur à action différée S1, car le courant traversant le dispositif d® commutation '2R1 est inférieur à celui qui le traverse avec une résistance et, ainsi, la 10perte de puissance est faible» En se référant axac figures 3A à 3E, les formes d'onde des figures 3A, 3B et 30 proviennent du circuit de la figure 1. la forme d'onde de la figure 3-i représente la tension aux bornes du condensateur C2 avant que la lampe V1 n'ait été 15 amorcée et ne conduise. On notera quo l'on distingue nettement quatre impulsions. La forme d5 onde de la figure 3B représente la tension aux "bornes du condensateur'-Qê après l'amorçage de la lampe V10 On notera La figure 2 représente on autre mode de réalisation de -1 • invention, danâ laquai les 'composants "correspondants sont désignés, par les mêmes référenças que sur la figure 1 lorsqu'ils sont analogues® Le cirsuit de la figure 2 diffère .30 du circuit représenté sur la figure 1 en c© que le condensateur d8impulsions d'amorçage C5 de la figure 2 est monté en série avec le dispositif de commutation $B1. Comme on 1'a exposé précédemment s sur la figure 1 l'a. .-circuit- sérié- du condensateur 02 est monté en parallèle..avee le dispositif de commu-35 tation TR1o L'avantage du circuit de-la figure 2 réside dans le fait que le condensateur "05 se- décharge en série avec le dispositif de commutation TEIj ce qui. -élimine la résistance El qui doit être grande et dissipe ainsi une grande quantité de puissance. 70 22049 7 2046804 La capacité du condensateur 05 est environ dix fois plus grande que celle du condensateur C2 de la figure 1 et la valeur de la résistance E6 est d'environ 1/200 de celle de la résistance RI de la figure 2. Dans le circuit de la 5 figure 2, la résistance E6 est de 10W, tandis que la résis-tznce RI de la figure 1 est de 25W ou plus. Le rôle de la résistance R6 est de compenser le déphasage et de limiter le courant d'impulsions de crête qui traverse le dispositif de commutation TRI. On notera 10 que la forme d'onde de tension de la figure JD diffère de la forme d'onde correspondante de la figure 3A, en ce que ladite forme d'onde 3D ne présente que deux impulsions par demi-alternance. Cependant, en modifiant les valeurs des composants, on peut modifier comme on le désire le nombre d'impulsions. 15 La forme d'onde de la figure 3E représente la tension aux "bornes du condensateur C5 après allumage de la lampe. La forme d'onde de la figure 3D représente le courant traversant le circuit d'amorçage pendant l'amorçage. La forme d'onde de courant de la figure 32 présente un courant de crête 20 d'environ 80A, la durée de l'impulsion unique étant d'environ 150 microsecondes. Lorsqu'on étudie le circuit selon l'invention, il faut avoir présent à l'esprit le fait que tous les composants sont interdépendants et que la réalisation d'un circuit pré— 25 sentant un intérêt commercial pratique dépend d'un choix adéquat des composants du circuit. On a trouvé qu'un circuit électrique utilisant les constantes qui vont suivre pour ses composants fonctionnait de façon satisfaisante: Lampe à décharge VI General Electric ExA46, 3000 W,lon- 30 gueur d'arc de 46,4- cm, longueur totale de 61,57 cm, diamètre extérieur de 10 mm,diamètre intérieur de 8 mm enveloppe de quartz,gaz,xénon à une pression de remplissage de 40 mm. 35 Condensateur C1 : 2mF " C2 : 2 mF " C3 : 0,05 mF " C4- ï 0,1 mF " C5 : 20 mF 70 22049 8 2046804 Résistance R1 150 ohms R2 4-5 Kohms R3 56 Kohms R4 7,5 Kohms 5 R5 500 ohms R6 0,8 ohm PI Primaire : 3 spires Secondaire : 80 spires p Noyau de ferrite de 3,25 cm de surface 10 TRI RCA 2N5442 D1 RCA 1N54-11 S1 Retard 3a Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent 15 d'être décrits, notamment par substitution de moyens techniques équivalents sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. 22049 9 2046804 revsstioàhoss 1.- Circuit électrique émettant des impulsions de façon continue pour amorcer et faire fonctionner une lampe à décharge gazeuse directement à partir d'une source de cou- 5 rant alternatif, caractérisé en ce qu'il comprend une lampe à décharge gazeuse, un moyen d'amorçage de la lampe, un condensateur d'impulsions d'amorçage, des moyens permettant de charger le condensateur à partir de la source, des moyens de couplage dudit condensateur au moyen d'amorçage, un dis— 10 positif de commutation à seiai-conducteurs monté en série avec la lampe aux "bornes de la source et permettant de décharger le condensateur dans les moyens d'amorçage, et un moyen de commande de phase pour commuter ledit dispositif de commutation, au moins une impulsion d'amorçage et une impulsion de 15 commande étant envoyées en synchronisme à ladite lampe à décharge. 2.- Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un condensateur de découplage est "branché aux "bornes de ladite source. 20 3.- Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d5amorçage comprend un transformateur d'amorçage comportant un primaire et un secondaire, relié à la lampe de façon à l'amorcer, tandis que le moyen de commande de la phase comprend un condensateur de commande 25 de phase, un moyen permettant de charger le condensateur à partir de la source, et un moyen permettant de décharger ladite charge pour "brancher ledit dispositif de commutation. 4.- Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur d'impulsions d'amor-30 çage est "branché aux bornes de la source en série avec le primaire du transformeur d'amorçage et une impédance en parallèle avec le dispositif de commutation» 5«- Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur d'impulsions d'amor-35 çage est monté aux "bornes de la source en série avec le primaire du transformateur d'amorçage et une impédance en série avec le dispositif de commutation» 6.- Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur d'impulsions d'amorçage 70 22049 10 2046804 est branché aux "bornes de la source en. série avec le primaire du transformateur dTamorçage et une inductance. ?•- Circuit électrique selon la revendication 3s caractérisé en ce que le condensateur d'impulsions d'amor-5 çage est "branché aux "bornes de la source en série avec le primaire du transformateur d'amorçage et une résistance et un condensateur. 8.- Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce que le condensateur d'impulsions d'amorçage 10 est monté aux "bornes de la source en série avec le primaire du transformateur d'amorçage et une résistance. 9.- Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen permettant au dispositif de commutation de relier le dispositif de décharge 15 à la source et de décharger le condensateur d'impulsions d'amorçage à travers le primaire, ces deux opérations étant réalisées simultanément. 10.- Procédé poux5 amorcer et faire fonctionner une lampe à décharge gazeuse sur le aode puisé, ladite lampe 20 étant montée directement aux bornes d'une source de courant alternatif, en série avec ian dispositif de commutation à semi-conducteurs, caractérisé en ce que l'on envoie une charge dans un condensateur et on utilise ledit dispositif de commutatioa pour décharger le condensateur de façon à 25 produire au moins une décharge d'impulsion d'amorçage à travers la lampe à décharge 5 et on utilise simultanément ledit dispositif de commutation pour envoyer une impulsion de commande à la lampe à partir de la source. 11.- Procédé selon la revendication 10, caracté-50 risé en ce que l'on applique la charge au condensateur en série avec une impédance branchée aux bornes de la source, et un transformateur d'amorçage comportent un primaire et un secondaire relié à la lampe selon un montage d'amorçage utilise ladite charge pour commuter le dispositif de commutation à Béai-35 conducteurs de façon que la lampe soit branchée sur la source et que le condensateur se décharge à travers le primaire du transformateur d'amorçage de façon à produire ainsi au moins une décharge d'impulsion à travers ladite lampe de décharge. 12.- Procédé selon la revendication 10, caracté-40 risé en ce que l'on applique la charge au condensateur en 70 22049 n 2046804 série avec le dispositif de commutation aux bornes de la source, et un transformateur d'amorçage comportant un primaire et un secondaire relié à la lampe selon un montage d'amorçage utilise la charge pour commuter ledit disposif de commutation 5semi-conducteurs de façon que la lampe soit branchée aux bornes de la source et que la charge traverse l'enroulement primaire pour produire au moins une décharge d'impulsion à travers ladite lampe à décharge. 13»- Procédé selon la revendication 10, caractérisé 10en ce que l'on applique la charge au condensateur en parallèle avec le dispositif de commutation aux bornes de la source, et un transformateur d'amorçage comportant un primaire et un secondaire relié à la lampe selon un montage d'amorçage^ utilise la charge pour commuter ledit dispositif de commutation 15à semi—conducteurs pour que la lampe soit branchée sur la source et que la charge traverse le primaire de façon à produire au moins une décharge d'impulsion à travers la lampe à décharge.