Brevet FR2183540A1 — publié le 19731221

La présente invention concerne un procédé d'amorçage de tubes fluorescents équipés de deux filaments de pré chauffage ayant une fonction d'électrodes, alimentés en série à travers une inductance dite "ballast" depuis le secteur alternatif au moyen d'un dispositif électronique dit "starter1, fermant le circuit desdits filaments pendant la phase initiale d'amorçage du tube (ou des tubes) et l'ouvrant après ladite phase. L'invention concerne également des dispositifs de starter électronique, mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, dispositifs comportant deux bornes de raccordement à l'une des extrémités de chacun des filaments du tube fluorescent (ou des tubes fluorescents) et une cellule de redressement en pont de diodes dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation dudit starter en courant continu pulsé. On connaît de nombreux dispositifs électroniques destinés à remplacer les starters classiques, comportant un bilame enfermé dans un tube à néon, dont la fiabilité est incertaine. L'un de ces dispositifs, décrit dans la demande de brevet français -n02 041 024 comporte soit un thyristor, soit un triac qui, rendu conducteur à chaque demi-période de polarité convenable du secteur, ferme le circuit de préchauffage des filaments jusqu'à l'amorçage du tube. Si la fiabilité d'un tel montage par rapport à un starter à bilame est grandement améliorée, la coupure du thyristor ou triac se produit toujours au moment où le courant devient sensiblement nul, ce qui interdit de bénéficier de tout effet de surtension dans l'inductance ballast. Dans ces conditions, le tube doit s'amorcer sur la tension de crete du secteur, ce qui, à partir d'un certain degré d'usure du tube fluorescent, devient aléatoire; on préfère alors utiliser un ballast muni d'une prise le faisant fonctionner en autotransformateur élévateur de façon à bénéficier d'une tension d'amorçage plus importante. Malheureusement, un tel ballast est plus couteux et plus encombrant qu'une inductance "minimale" dont le rôle consiste simplement à limiter le courant d'arc circulant dans le tube fluorescent après l'amorçage. Le but de l'invention est de réaliser un starter électronique permettant d'obtenir à partir d'une inductance ballast "minimale" des pointes de tension largement supérieures à la tension de crête du secteur d'alimentation afin d'obtenir un amorçage rapide du tube fluorescent. Selon l'invention, le procédé d'amorçage de tubes fluorescents équipés de deux filaments de pré chauffage ayant une fonction délec- trodes, alimentés en série à travers une inductance dite "ballast" depuis le secteur alternatif au moyen d'un dispositif électronique dit "starter" fermant le circuit desdits filaments pendant la phase initiale d'amorçage du tube (des tubes) et l'ouvrant après ladite phase, est notamment remarquable en ce que, pendant la phase initiale d'amorçage, le courant circulant dans les filaments et dans l'inductance "ballast" est interrompu un grand nombre de ois pendant la durée de chaque demi-période du secteur d'alimentation au moyen d'un premier transistor découpeur dont la base est commandée par un circuit relaxateur comportant un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension coopérant avec un réseau à constante de temps, ledit circuit relaxateur étant mis hors service par un second transistor interrupteur temporisé courtcircuitant partiellement le réseau à constante de temps après un laps de temps suffisant pour assurer l'amorçage du tube (ou des tubes) fluorescent dans les conditions les plus défavorables de tension du secteur et de température ambiante.Avantageusement, le rapport entre la fréquence de découpage du courant et la fréquence du secteur d'alimentation s'étend de 10 à 10 000, et est de préférence compris entre 20 et 2 000. Egalement selon l'invention, les dispositifs de starter électronique mettant en oeuvre le procédé ci-dessus, dispositifs comportant deux bornes de raccordement à l'une des extrémités de chacun des filaments du (des tubes) fluorescent et une cellule de redressement en pont de diodes dont les bornes de sortie sont raccordées à deux conducteurs d'alimentation dudit starter en courant continu pulsé, sont notamment remarquables en ce qu'ils comprennent un premier transistor dont les électrodes de collecteur et d'émetteur sont respectivement reliées aux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé, un premier réseau comprenant une résistance et un condensateur en série également disposé entre les conducteurs d'alimentation et dont le point commun est relié par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac" à la base du premier transistor, un second transistor dont les électrodes de collecteur et d'émetteur sont respectivement reliées soit à l'un, soit à l'autre conducteur d'alimentation selon la polarité dudit second transistor et au point commun précité, et un second réseau à résistance et condensateur en série également disposé entre les conducteurs d'alimentation et dont le point commun est relié à la base du second transistor. Avantageusement, une résistance est connectée en parallèle sur le condensateur du second réseau à résistance et condensateur. Ainsi, la coupure périodique à fréquence élevée du courant circulant dans l'inductance ballast dès la mise sous tension provoque des surtensions importantes favorisant un allumage rapide du tube. De la sorte, l'apparente complexité et le coût du dispositif sont largement compensés par l'économie réalisée sur le ballast qui étant du type "minimum", est environ quatre fois moins couteux qu'un ballast élévateur de tension. De plus, les pertes magnétiques et par effet Joule d'un tel ballast étant réduites au minimum, il en résulte tout à la fois un échauffement moindre et une diminution sensible de la consommation d'énergie électrique. En outre, le dispositif selon l'invention est protégé contre tout dommage dans le cas où le (les) tube refuse d'amorcer pour une raison quelconque; en effet, le découpage du courant est interrompu automatiquement quelques secondes après la mise sous tension, la puissance absorbée devenant alors négligeable par rapport à la puissance consommée en régime de découpage. La figure 1 représente le schéma de principe d'un dispositif d'amorçage mettant en oeuvre le procédé selon l'invention. La figure 2 représente la forme de la tension aux bornes du tube fluorescent de la figure 1 au moment de la mise sous tension. La figure 3 représente la forme de la tension aux bornes du tube immédiatement après l'amorçage de celui-ci. La figure 4 représente la forme de la tension aux bornes du tube plusieurs secondes après la mise sous tension du dispositif. Sur la figure 1, deux bornes 1 et 2 du secteur alternatif sont reliées respectivement à une extrémité des filaments de préchauffage 3 et 4 d'un tube fluorescent 5, la première à travers l'inductance ballast 6 et la seconde directement. Les autres extrémités des filaments 3 et 4 sont reliées respectivement aux bornes de raccordement 7 et 8 constituant le point commun anode-cathode de deux groupes de diodes 9-10 et 11-12, montées en pont de redressement. Les bornes de sortie 13 et 14 du pont de diodes sont respectivement reliées aux conducteurs d'alimentation positif 15 et négatif 16 du starter électronique. Un transistor découpeur 17, de type NPN, est disposé entre les conducteurs . 15 et 16, le collecteur côté positif et l'émetteur côté négatif, tandis que la base est réunie au conducteur négatif 16 par une résistance de fuite 18. Un premier réseau à constante de temps, constitué par une résistance 19 en série avec un condensateur 20, est disposé entre les conducteurs 15 et 16, le point commun aux deux éléments du réseau étant relié par un "diac" 21 à la base du transistor 17. Le collecteur d'un transistor interrupteur 22, de type NPN, est relié au point commun à la résistance 19 et au condensateur 20, tandis que l'émetteur. est directement connecté au conducteur négatif 16. Un second réseau à constante de temps, constitué par une résistance 23 en série avec un condensateur électrochimique 24, est disposé entre les conducteurs 15 et 16, le point commun aux deux éléments du réseau étant relié par une rés-istance 25 à la base du transistor 22, une résistance de fuite 26 étant par ailleurs disposée en parallèle sur le condensateur électrochimique 24. Le fonctionnement du montage de la figure 1 peut s'expliquer de la façon suivante : au moment de la mise sous tension, le tube 5 n'est pas amorcé et le pont de diodes 9-11 et 10-12 est soumis à travers le ballast 6 à la quasi-totalité de la tension du secteur, alimentant ainsi le transistor dé coupeur 17 en redressement double alternance. Au depart, le transistor 17 est bloqué et le condensateur 20 se charge à travers la résistance 19 jusqu'à ce que la tension à ses bornes ait atteint le seuil de conduction du diac 21; à ce moment, le transistor 17 est porté à saturation et ferme à travers le pont de diodes le circuit de préchauffage du tube 5. Lorsque le condensateur 20 est déchargé, le transistor 17 se bloque à nouveau, - condensateur 20 se recharge, et le processus se renouvelle un grand nombre de fois pendant la durée de chaque demi-alternance d'alimentation du secteur redressé, le rapport cyclique conduction-coupure du transistor 17 étant suffisamment élevé pour que les filaments 3 et 4 du tube 5 atteignent rapidement une température convenable. La succession de coupures rapides du courant circulant dans l'inductance 6 provoque à chaque demi-période du secteur des surtensions importantes aux bornes du tube 5 (fig.2), entraînant rapidement l'amorçage de ce dernier. A ce moment (fig.3), les surtensions diminuent considérablement en raison du courant du tube 5 qui circule en permanence dans l'inductance 6, mais le transistor 17 continue de fonctionner en découpage, ce qui entralne une consommation d'énergie en pure perte, et constitue une source importante de parasites radioélectriques. Afin de pallier ce défaut, le processus de découpage est interrompu après un laps de temps suffisant pour permettre au tube 5 de s'amorcer dans les conditions les plus défavorables de tension d'alimentation et de température; pour ce faire, le transistor 22 court-circuite le condensateur 20 en devenant conducteur lorsque la charge du condensateur électrochimique 24 à travers -la résistance 23 est devenue suffisante pour porter la base du transistor 22 à une tension positive élevée l'amenant à saturation. A ce moment, le transistor 17 reste bloqué en permanence et la tension aux bornes du tube 5 (fig.4) est pure de tout découpage. Afin de permettre un réallumage rapide après une extinction éventuelle, le condensateur 24 est déchargé en un court laps de temps par la résistance 26. En régime permanent d'allumage du tube 5, la consommation résiduelle du montage se compose de la somme du courant circulant dans le transistor 22 avec le courant circulant dans les résistances 23 et 26, ladite somme étant pratiquement négligeable par rapport au courant circulant dans le tube 5. Un avantage supplémentaire du système de blocage décrit cidessus réside dans le fait qu'il fonctionne tout aussi bien dans le cas où le tube 5 est défectueux ou brisé, évitant ainsi au montage une destruction certaine par échauffement anormal dû à un fonctionnement prolongé du dispositif en régime de découpage. Les tensions indiquées sur les figures 2, 3 et 4 ont été relevées pour une tension secteur de 220 V entre les bornes 1 et 2. Le transistor 17 peut être choisi d'un type analogue à ceux utilisés pour le balayage horizontal des récepteurs de télévision, en ce qui concerne les tensions et courants maxima admissibles. Toutefois, en raison du caractère fugitif de son fonctionnement, les exigences, notamment en ce qui concerne la puissance maximale en régime permanent, peuvent être largement dépassées sans inconvénient, ce qui autorise l'emploi de transistors moins coûteux issus de déclassement de types normaux. A titre indicatif, le dispositif d'amorçage a été réalisé par la Demanderesse au moyen de composants dont les valeurs et les références sont indiqués ci-après - Tube 5 : TL 40 W - Ballast 6 : 35 Q 1 H - Diodes 9, 10, il et 12 : BY X 10 - Transistors 17 : BU 105 - Résistance 18 : 1 KQ - Résistance 19 : 15 KQ - Condensateur 20: 10 nF - Diac 21 : BR 100 - Transistor 22 : BC 107 - Résistance 23 : 1 MQ - Condensateur 24: 100 uF - Résistances 25 et 26 : 27 KQ - Fréquence de découpage : environ 25kHz Avec les valeurs indiquées ci-dessus, et pour une température ambiante de 250C, l'amorçage se produit pour un secteur à 220 V en environ 1/3 de seconde, et pour un secteur à 190 V en environ 1/2 seconde, le découpage cessant environ 5 secondes après la mise sous tension dans le premier cas, pour 8 secondes dans le deuxième cas. Il est canoter que le dispositif qui vient d'être décrit est utilisable avec des ballasts simples ou compensés pour des tubes fluorescents dont la puissance s'échelonne de 6 à 65 W. REVENDICATIONS - 1.- Procédé d'amorçage de tubes fluorescents équipés de deux filaments de préchauffage ayant une fonction d'électrodes, alimen- tés en série à travers une inductance dite "ballast" depuis le secteur alternatif au moyen d'un dispositif électronique dit "starter" fermant le circuit desdits filaments pendant la phase initiale d'amorçage du (ou des) titeet l'ouvrant après ladite phase, caractérisé en ce que, pendant la phase initiale d'amor çage, le courant circulant dans les filaments est interrompu un grand nombre de fois pendant la durée de chaque demi-période du secteur d'alimentation au moyen d'un transistor découpeur dont la base est commandée par un circuit relaxateur comportant un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension coopérant avec un réseau à faible constante de temps, ledit circuit relaxateur étant mis hors service après un laps de temps suffisant pour assurer l'amorçage du (ou des) tube fluorescent dans les conditions les plus défavorables de tension de secteur et de température ambiante. 2.- Procédé d'amorçage de tubes fluorescents selon la revendit cation 1, caractérisé en ce que le réseau à faible constante de temps est mis hors service au moyen d'un transistor interrupteur temporisé court-circuitant partiellement ledit réseau à faible constante de temps après le laps de temps précité. 3.- Procédé d'amorçage de tubes fluorescents selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre la fréquence de découpage du courant et la fréquence du secteur d'alimentation s'étend de 10 à 10 000 et est de préférence compris entre 20 et 2 000. 4.- Dispositifs de starter électronique mettant en oeuvre le procédé selon la revendication 1, dispositifs comportant deux bornes de raccordement reliées respectivement à l'une des extrémités de chacun des filaments du (ou des) tube fluorescent, et une cellule de redressement en pont de diodes dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé desdits starters, caractérisés en ce qu'ils comprennent un transistor dont les électrodes de collecteur et dté- émetteur Eonv recpectivement reliées aux conducteurs d'alimentaw tion en courant continu pulsé, et un réseau à faible constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série également disposé entre les conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé, réseau dont le point commun est relié à la base du transistor par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac". 5.- DispositiS de de starter électronique selon la revendication 4, caractérisés en ce qu'ils comportent un second transistor dont les électrodes de collecteur et d'émetteur sont respectivement reliées soit à l'un, soit à l'autre conducteur d'alimentation selon la polarité dudit transistor, et au point commun du réseau à constante de temps cité dans la revendication 4, et en ce qu'ils comportent un second réseau à grande constante de temps compris nant une résistance et un condensateur montés en série, également disposé entre les conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé et dont le point commun est relié à la base du second transistor. 6. Dispositif de starter électronique selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'une résistance est- connectée en parallèle sur le condensateur du second réseau à grande constante de temps.