Brevet FR2047988A1 — publié le 19710319

i .2047983 Cette invention concerne un circuit de régulation de puissance, et plus particulièrement un circuit d'atténuation à variation continue pour charges de lampe à résistance négative. Dans le Brevet Ë.U.A. N° 3.103.618 délivré à S.I. Slater, il 5 est décrit un gradateur à variation continue pour lampes électriques. En gros, ce gradateur comprend la charge de lampe à régler, une source de tension alternative pour alimenter en énergie ladite charge de lampe, et un redresseur au silicium (SCR) pour réguler le niveau de puissance qui est fourni à ladite charge de lampe. 10 En agissant sur la partie de chaque cycle du courant alternatif pendant laquelle le SCR est conducteur, on peut réguler la puissance qui est fournie à ladite charge de lampe et donc son intensité d'éclairement. Lorsque la charge de lampe se compose de une ou plusieurs lampes incandescentes ordinaires, un tel circuit peut. 15 être conçu de façon à permettre un réglage suffisant de l'intensité luirtineuse sur un intervalle appréciable jusqu'à une intensité minimale d'éclairement approchant de zéro. Lorsque la charge de lampe se compose d'une lampe fluorescente, ou de quelque autre charge à résistance négative, cependant, le 20 circuit devient insuffisant. Une lampe fluorescente a pour propriété d'être traversée par un courant très faible jusqu'à ce que soit atteinte une certaine tension minimale d'allumage aux bornes de la lampe. Ceci signifie que, pour qu'une lampe fluorescente soit à tout le moins allumée, lorsqu'elle est intégrée dans le circuit 25 de Slater, il serait nécessaire que le SCR soit rendu conducteur pendant la partie du cycle de courant alternatif appliqué où la tension est supérieure à cette tension d'allumage minimale. Si le SCR est rendu conducteur à tout autre moment, il ne passera pratiquement pas de courant dans la lampe car la tension sera trop 30 faible, et la lampe restera éteinte. On peut en déduire qu'en utilisant le circuit de Slater pour régler une lampe fluorescente, l'intensité minimale qui peut être atteinte correspond au moment où le SCR est rendu conducteur, à l'instant du cycle de courant alternatif appliqué précédant immédiatement le moment où la tension 35 décroît au-dessous de la tension d'allumage. Comme on l'expliquera plus en détail ci-après, ceci représente un niveau d'éclairement substantiel et il serait souhaitable de pouvoir régler l'intensité de la lampe jusqu'à un certain niveau inférieur. En outre, pour les faibles niveaux d' intensité tin réglage précis de la grandeur 40 de l'intensité est très difficile. Une très faible variation du 70 23582 2 2047983 moment où le SCR est rendu conducteur entraîne une variation substantielle de l'intensité lumineuse. De très faibles variations de l'intensité lumineuse seraient très difficiles à commander dans cet intervalle. 5 II est donc souhaitable de disposer d'un circuit d'atténuation perfectionné ayant une susceptibilité particulière d'emploi avec des charges à résistance négative, et en particulier de disposer, d'un circuit d'atténuation pour charges à résistance négative dans lequel on parvienne à un meilleur réglage de 1'intensité lumineuse, lO notamment aux faibles niveaux de puissance, et dans lequel on puisse atteindre une intensité minimale plus faible qu'avec les circuits conventionnels. Selon cette invention, on atteint les objectifs ci-dessus et d'autres objectifs souhaités en tirant parti de la propriété qu'a 15 une lampe fluorescente de rester allumée une fois la tension minimale d'allumage atteinte et la lampe allumée, jusqu'à ce que la tension tombe à zéro. Par conséquent, si l'on pouvait s'assurer que la lampe s'allume automatiquement lorsque la tension atteint la tension d'allumage, il deviendrait possible de rendre le SCR 20 conducteur à tout moment du cycle du courant alternatif jusqu'à la tension zéro, et pas seulement dans la région où la tension est supérieure à la tension d'allumage, et l'on pourrait ainsi réaliser un meilleur réglage de l'intensité. Ceci peut se faire en branchant une impédance en dérivation aux bornes du SCR de telle sorte qu'il 25 y aura un circuit fermé que le SCR soit ou non conducteur. Avec l'inclusion de cette impédance, dès que la tension du courant alternatif appliqué atteint au cours de son cycle le point où la tension dépasse la tension d'allumage de la lampe, le courant passe dans la lampe qui s'allume et reste allumée jusqu'à ce que la ten-30 sion retombe à zéro à la fin des premiers 180° du cycle. En faisant en sorte que cette impédance soit relativement importante, l'intensité minimale de la lampe sera très faible et, en fait, inférieure au minimum que le circuit conventionnel permet d'atteindre. Pour accroître l'intensité il suffirait de déclencher périodiquement 35 le SCR à un instant quelconque au cours du cycle du courant alternatif pour court-circuiter l'impédance et accroître ainsi le courant dans la lampe et donc sa brillance..En outre, puisque 1'impédance permet au SCR d'être déclenché périodiquement à tout instant du cycle de la tension alternative jusqu'à la tension -, 40 zéro, et non juste dans l'intervalle supérieur à la tension 70 23582 3 2047938 d'allumage, on peut parvenir à un réglage plus fin de l'intensité. Les particularités ci-dessus de cette invention seront plus aisément comprises, ainsi que d'autres particularités, par référence à la description détaillée suivante d'un mode de réalisation 5 préféré considéré conjointement aux dessins annexés, dans lesquels : La Figure 1 est un schéma de circuit gradateur construit selon cette invention. La Figure 2 est un graphe tension-intensité représentant les caractéristiques d'une lampe fluorescente, l'intensité étant portée 10 à l'échelle logarithmique. Les Figures 3 et 4 sont des graphes qui sont présentés pour faciliter l'explication du fonctionnement de cette invention. La Figure 1 représente un circuit selon cette invention destiné à permettre le réglage continu, sur un intervalle appréciais ble, de la puissance qui est fournie à une charge à résistance négative. A la borne d'entrée t^ d'une source de tension alternative est raccordée la charge 10, qui dans ce mode de réalisation est considérée comme étant une lampe fluorescente, cette lampe est 20 raccordée à l'électrode anode 16 d'un redresseur au silicium 14 par l'intermédiaire d'une résistance chutrice 12. L'électrode cathode 18 du SCR est raccordée en retour à l'autre borne t2 de la source de tension. A l'électrode porte 20 du SCR est raccordée une source 22 d'impulsions de porte. La source d'impulsions 22 a pour 25 rôle d'appliquer un signal approprié à l'électrode porte à des moments déterminés pour déclencher la conduction par le SCR, et peut être d'un type quelconque bien connu dans la technique. Une source d'impulsions appropriée est "représentée sur la Figure 1 du Brevet E.U.A. N° 3.358.186. Le SCR lui-même joue essentiellement le 30 rôle d'un commutateur unipolaire à une seule direction ayant un état conducteur et un état non conducteur. Lorsqu'un signal est appliqué à son électrode porte, le SCR commence à être conducteur, et continue à l'être tant que la tension entre l'anode et la cathode reste positive. 35 Ce circuit, tel qu'il a été décrit jusqu'à présent, et tel qu'il est indiqué par le cadre en pointillé 24 de la Figure 1, constitue un circuit d'atténuation conventionnel tel qu'il est connu dans la technique. Pour comprendre pourquoi un tel circuit est insuffisant pour le réglage fin d'une lampe fluorescente aux 40 faibles intensités de lampe, il serait utile d'examiner d'abord la 70 23582 4 2047938 Figure 2 qui montre les caractéristiques tension-intensité d'une lampe fluorescente. Comme on peut le voir sur la Figure 2, lorsqu'une tension alternative est d'abord appliquée aux bornes de la lampe, une 5 quantité de courant relativement faible la traverse (ligne 30). Cette situation persiste jusqu'à ce que la tension d'allumage soit atteinte (point 32). En ce point, le courant devient brusquement surintense dans la lampe et, en fait, le courant deviendrait excessif n'était la présence de la résistance chutrice 12 en série 10 avec la lampe pour la réguler. Comme indiqué par la ligne 34 sur la Figure 2, lorsque la tension d'allumage est atteinte, une augmentation d'intensité entraîne ensuite une diminution de la tension aux bornes de la lampe, ceci constitue la région à résistance négative de la lampe. Dans une lampe fluorescente, le courant con-15 tinue à passer, sous contrôle de la résistance en série avec la lampe, jusqu'à ce que la tension tombe à zéro, moment où la tension doit remonter à la tension d'allumage pour allumer la lampe. Dans une charge normale, telle une lampe incandescente, une augmentation de tension entraîne une augmentation d1 intensité sur 20 son intervalle opératoire. Considérons maintenant la Figuré 3, sur laquelle on explique en détail l'utilisation du circuit conventionnel compris dans le cadre 24 de la Figure 1, appliquée à une lampe fluorescente. La Figure 3A est une courbe tension-temps des premiers 180° 25 du cycle de courant alternatif fourni. Le trait pointillé 40 indique la tension d'allumage de la lampe. La Figure 3B représente la courbe intensité-temps correspondante. Comme déjà indiqué, l'intensité de la lampe dépend de l'instant particulier, au cours du cycle du courant alternatif qui est fourni, où un signal est 30 appliqué à l'électrode porte du SCR pour le rendre conducteur. Ainsi, plus tôt le SCR commence à être conducteur au cours du cycle, plus il passe de courant dans la lampe et plus son intensité est grande. Cette intensité est indiquée par la surface comprise „ sous la courbe intensité-temps de la Figure 3B. Or, en ce qui 35 concerne une lampe fluorescente, il existe un facteur supplémentaire : pour que le courant passe dans la lampe, le SCR doit être rendu conducteur au cours de la partie du cycle où la tension d'allumage est dépassée, comme indiqué par la partie de la courbe qui se trouve au-dessus de la ligne 40 sur la Figure 3A. Ainsi, 40 si le SCR est déclenché périodiquement en un point quelconque du 70 23582 5 2047938 cycle avant t^ ou après.t3 la tension d'allumage n'apparaît pas aux bornes de la lampe et la lumière reste éteinte. On en déduit que de toute évidence 1'intensité minimale que 1'on peut atteindre en utilisant le circuit conventionnel correspond au moment où le 5 SCR est déclenché à un certain point précédant immédiatement le temps tg. Cette intensité est indiquée par la surface sur la Figure 3B. Cette surface représente un pourcentage appréciable de la surface totale comprise sous la courbe. Or, si on voulait accroître l'intensité de la lampe d'une 10 petite quantité, il serait nécessaire de déclencher le SCR un peu plus tôt au cours du cycle, au temps t2 par exemple. Comme on peut le voir sur la Figure 3B, une légère variation de 1'angle d'allumage ou de porte produit une augmentation relativement importante de l'intensité de lampe, la nouvelle intensité étant indiquée par 15 la surface a^ + a^. Pour n'obtenir qu'une très faible augmentation d'intensité, il faudrait que le temps t2 soit presque le même que le temps tg, ce qui serait très difficile à obtenir pratiquement, en particulier par des moyens de commande manuels. Comme indiqué ci-dessus, si l'on voulait réduire 1.'intensité de lampe d'une 20 petite quantité au-dessous de celle qui est indiquée par la surface a^ sur la Figure 3B, il serait nécessaire de déclencher le SCR un certain temps après t^. Dans un tel cas cependant, la tension d'allumage nécessaire n'apparaît pas et la lumière reste éteinte. On peut donc voir que, lorsqu'une lampe fluorescente est 25 réglée par le circuit d'atténuation conventionnel, des inconvénients surviennent quant à l'intensité minimale disponible et aussi quant à la possibilité d'obtenir de très faibles variations de l'intensité. Revenons à la Figure 1 : on a résolu ce problème en ajoutant 30 au circuit conventionnel une résistance 26 montée en dérivation aux bornes du SCR entre l'anode et la cathode. On peut comprendre l'effet de cette résistance dans le circuit en se référant à la Figure 4. La Figure 4A est analogue à la Figure 3A et la Figure 4B'représente la courbe intensité-temps correspondante obtenue 35 avec ce nouveau circuit. Avec une résistance relativement importante 26 branchée aux bornes du SCR, il y a un circuit fermé qui passe par la lampe que le SCR soit conducteur ou non. Par conséquent, indépendamment de toute action du SCR, lorsque la.tension appliquée atteint la 40 tension d'allumage, il y a un circuit fermé et une faible quantité 70 23582 6 2947988 de courant passe dans la lampe. Ce courant continue à passer jusqu'à ce que la tension revienne au zéro à la fin du demi-cycle, et l'intensité de lampe très faible qui en résulte est indiquée par la surface a^ sur la Figure 4B. Comme on peut le voir sur. cette 5 Figure, le courant qui passe dans la lampe est constant par rapport au temps et est réglé par la somme de la résistance chutrice 12 et de la résistance de shunt 26 qui est en série avec elle. En choisissant de façon appropriée la valeur des résistances chutrice et de shunt, on peut rendre l'intensité minimale réalisable plus 10 faible que celle qui est possible avec le circuit non modifié (surface a^ sur la Figure 3bK Si maintenant on veut rendre la lampe légèrement plus brillante, il suffit d'appliquer un signal . à l'électrode porte 20 du SCR, Le SCR sera rendu conducteur, en court-circuitant la résistance de shunt et en augmentant le courant 15 et donc l'intensité dans la lampe. Puisque la lampe reste éclairée, dans ce cas, jusqu'à ce que la tension tombe à zéro, ce signal peut être appliqué à tout moment entre t. et t.. Pour rendre la 4 o lampe légèrement plus brillante, on peut déclencher le SCR, par exemple, au temps t^ et l'intensité augmentera d'une quantité 20 indiquée par a^. En comparant les Figures 3B et 4B, on s'aperçoit de toute évidence que, lorsque le temps compris entre t^ et t^ est le même que le temps compris entre t^ et t^, l'intensité indiquée sur la Figure 4B s'accroît d'une quantité plus petite que l'intensité indiquée sur la Figure 3B. Des variations limitées 25 de la position temporelle de l'impulsion de porte produisent alors des variations de pourcentage relativement faibles des surfaces composites de la Figure 4B. Ainsi, de petits réglages de l'intensité de lampe sont plus faciles à réaliser à ces faibles niveaux de puissance. 30 Pour la mise en oeuvre de cette invention, les valeurs sui vantes des éléments du circuit de la Figure 1 seraient caractéristiques : résistance chutrice 12 - 250 ohms; résistance de shunt : 24 - 1.000 ohms; SCR~300/étalonnage PIV. La résistance de shunt doit être relativement importante par rapport à la résistance 35 chutrice pour que l'intensité minimale de lampe puisse rester faible. Bien que le mode de réalisation qui est décrit ci-dessus ait employé comme élément de charge une lampe fluorescente, il faut comprendre que ce circuit pourrait tout aussi bien servir 40 de commande d'atténuation pour toute charge à résistance négative, 70 23582 7 2047938 telle une lampe à vapeur de mercure ou une lampe à arc. Quant au redresseur au silicium, il est évident que cet élément est utilisé fondamentalement comme commutateur et donc qu'on pourrait facilement lui substituer tout autre type de dispositif à déclen-5 chement périodique tel un triac ou ion thyratron. Un autre avantage de la présente invention est que l'on peut utiliser dans le circuit un dispositif de commutation moins coûteux. En l'absence de l'impédance de shunt, on peut appliquer des tensions atteignant la tension d'alimentation aux bornes du com-10 mutateur non conducteur ce qui entraîne une rupture destructrice à moins que le commutateur ait une tension d'entretien assez élevée. La présence de l'impédance de shunt fait dépendre la tension aux bornes du commutateur de l'intensité qui traverse l'impédance de shunt et de la grandeur de l'impédance de shunt. 15 Aussi peut-on utiliser un commutateur ayant une tension d'entretien plus faible. 70 23582 a £047938 RE VENDICATIONS 1. Un circuit de réglage de puissance comprenant : a) une charge à résistance négative ; b) une source de tension raccordée à ladite charge à résis-5 tance négative pour appliquer à ladite charge une tension à variation cyclique sur des intervalles prédéterminés ; et c) un moyen de commande raccordé à ladite source et à ladite charge pour faire passer une quantité de courant relative- 10 ment faible dans ladite charge au cours desdits intervalles prédéterminés, caractérisé.par le fait que ledit moyen de commande comprend en outre un moyen commutateur pour accroître sélectivement le courant qui passe dans ladite charge au cours 15 desdits intervalles prédéterminés, ainsi qu'un moyen pour actionner sélectivement ledit moyen commutateur à divers instants desdits intervalles prédéterminés pour faire varier la puissance qui est appliquée à ladite charge. 2. Un circuit de réglage de puissance selon la~revendication 1, 20 caractérisé par le fait que ledit moyen de commande comprend un dispositif à impédance raccordé à ladite source et à ladite charge pour faire passer ladite quantité de courant relativement faible dans ladite charge au cours desdits intervalles prédéterminés quel que soit l'état de conduction dudit moyen commutateur. 2 5 3. Un circuit de réglage de puissance selon la revendication 2, caractérisé par le fait que ledit dispositif à impédance est raccordé à ladite source et à ladite charge aux bornes dudit moyen commutateur, la conduction dans ledit moyen commutateur étant déclenchée par ledit moyen d'actionnement auxdits divers instants pour 30 accroître le courant qui passe dans ladite charge. 4. Circuit selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait que ladite charge à résistance négative est une charge de lampe et la régulation de la quantité de puissance qui est fournie à ladite charge de lampe commande l'intensité d'éclairement de 35 ladite charge de lampe. 5. Circuit selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé par le fait que ladite charge de lampe à résistance négative est une lampe fluorescente. 6. Circuit selon la revendication 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par une résistance chutrice ayant une première résistance en série avec ladite charge et ledit moyen de commande, et par le fait que ledit dispositif à impédance comprend une résistance ayant une 5 seconde résistance plus importante que ladite première résistance.