Brevet FR2255776A1 — publié le 19750718

La présente invention est relative à un dispositif électronique d'amorçage de tubes à décharge munis d'électrodes préchauffables et alimentés directement par le secteur alternatif à travers une impédance série dite ballasts, ledit dispositif, destiné à réunir électriquement dtune façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et un thyristor dont ltanode et la cathode sont respectivement reliées aux deux bornes précitées, l'électrode de déclenchement ou ng chette" dudit thyristor étant connectée à un diviseur de tension disposé entre les deux bornes de raccordement et comportant un tube à décharge à électrodes froides. On connait de nombreux dispositifs électroniques destinés à remplacer les starters à lueurs qui n'assurent pas un allumage franc et dont la fiabilité est incertaine. La plupart de ces dispositifs électroniques sont prévus pour fonctionner avec des ballasts de type Itinductif n c'est-à-dire constitués par une bobine de self-induction; or, il est très courant d'utiliser des réglettes d'éclairage dites compensées comportant deux tubes à décharge dont l'un est alimenté à travers un ballast inductif, et l'autre à travers un ballast dit capacitif11, ctest-à- dire constitué par un condensateur et une inductance montés en série. Cette disposition présente le double avantage de permettre la réalisation d'installation? dont le facteur de puissance est voisin de l'unité et de procurer un éclairement pratiquement dénué des fluctuations instantanées à une cadence double de la fréquence du secteur d'alimentation qui se produisent lorsque les tubes sont alimentés à travers un ballast d'un type unique. Parmi les starters électroniques interchangeables avec les starters à lueurs et fonctionnant avec des ballasts de type inductif ou capacitif, on peut citer ceux qui sont décrits dans la demande de brevet français nO 2 030 059, et qui sont basés sur la mise en oeuvre d'un élément commandé à conductibilité bilatérale connu sous le nom de "trial11; toutefois, on ne peut parler de compatibilité en ce sens que les circuits de commande de la gâchette du triac sont différents pour chaque type de ballast, ce qui impose évidemment de disposer de deux types de starter avec les inconvénients qui en découlent, tels que coût de fabrication plus élevé, risques d'erreurs lors de l'équipement des règlettes, etc... Un des buts de la présente invention est de réaliser un starter électronique interchangeable avec les starters à lueurs et fonctionnant indifféremment avec des ballasts de type inductif ou capacitif. Un autre but de l'invention est d'exploiter une anomalie des caractéristiques de composants semi-conducteurs ne satisfaisant pas à toutes les exigences de leur cahier des charges normal. Un autre dispositif ayant des buts similaires fait l'cb'jet de la demande de brevet français n 73 46110 déposée simultanément avec la présente demande et au nom de la même Demanderesse sous le titre "Dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes pré chauffables". Selon l'invention, le dispositif électronique d'amorçage de tubes à décharge munis d'électrodes préchauffables et alimentés directement par le secteur alternatif à travers une impédance série dite "ballast", ledit dispositif, destiné à réunir électriquement d'une façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et un thyristor dont l'anode et la cathode sont respectivement relies aux deux bornes précitées, l'électrode de déclenchement ou "gâchette" dudit thyristor étant connectée à un diviseur de tension disposé entre les deux bornes de raccordement et comportant un tube à décharge à électrodes froides, est notamment remarquable en ce qu'un second thyristor est connecté tête-bêche avec le premier, la gâchette du second thyristor étant reliée à un diviseur de tension disposé entre le tube à décharge à cathode froide et la cathode dudit second thyristor. Avantageusement, au moins un des thyristors utilisés présente un rapport IT.AV/IL supérieur à 10 et inférieur à 30 et de préférence, compris entre 15 et 25, et un rapport IT.AV/IH supérieur à 20 et inférieur à 60 et de préférence, compris entre 30 et 50, IT.AV, IL et IH étant respectivement le courant moyen commandé, le courant de verrouillage et le courant de maintien des thyristors utilisés. Sur le ballast inductif, seul le premier thyristor assure de façon connue le préchauffage et l'amorçage du tube; par contre, sur ballast capacitif, les deux thyristors fonctionnent alternativement, ce qui permet un fonctionnement normal en présence du condensateur série du ballast; en outre, la mise en oeuvre de thyristors possédant des rapports IT.AV/IL et IT.AV/IH relativement faibles améliore sensiblement le fonctionnement du dispositif sur ballast inductif. La description qui va suivre fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de starter selon l'invention. La figure 2 représente en traits pointillés l'oscillogramme de la tension du secteur, en traits pleins I'oscillogramme de la ten- sion aux bornes du tube à décharge pendant le temps de préchauffage et au moment de l'amorçage du tube, et en traits mixtes l'oscillogramme du courant de préchauffage des filaments (électrodes préchauffables) lorsque le ballast utilisé est du type inductif. La figure 3 représente les mêmes oscillogrammes que ceux de la figure 2 lorsque le ballast utilisé est du type capacitif. Sur la figure 1, l'une des extrémités (côté gauche) des filaments 1 et 2 d'un tube à décharge 3 sont respectivement reliées à une borne 4 et à une borne 5a elle-même réunie à une première' borne 5b de raccordement au secteur alternatif. A la borne 4 est raccordée l'extrémité d'un ballast soit inductif 6, soit capacitif 7, l'autre extrémité du ballast utilisé étant reliée à une borne 8 qui est elle-meme réunie à une seconde borne 9 de raccordement au secteur. Les deux autres extrémités (côté droit) des filaments 1 et 2 sont réunies respectivement à deux bornes 10 et Il 'de raccordement d'un starter -12 selon l'invention, deux conducteurs 13 et 14 d'ali mentation en courant alternatif du starter étant reliés auxdites bornes. Entre les conducteurs 13 et 14 est disposé un réseau constitué par un condensateur antiparasites 15 monté en série avec une résistance 16 limiteuse de courant d'une part, et deux thyristors 17 et 18 montés tete-beche d'autre part. Les gâchettes des thyristors 17 et 18- sont reliées respectivement, l'une au conducteur 14 et l'autre au conducteur 13 par deux résistances 19 et 20 à coefficient de température négatif (CTN). L'anode d'une diode 21 est reliée au conducteur 13, la cathode étant par ailleurs réunie à l'extrémité d'une résistance 22 dont l'autre extrémité est couplée à la gâchette du thyristor 17 par une lampe à néon 23 d'une part, et à la gâchette du thyristor 18 par une résistance 24 d'autre part-. Le fonctionnement du starter 12 selon l'invention peut s'expliquer de la façon suivante, en regard de la figure 2, lorsqutun ballast de type inductifTest branché entre les bornes 4 et 8. A l'instant où croit une alternance positive du secteur (to), la tension aux bornes de la lampe à néon 23 augmente jusqu'à la valeur d'amorçage (+ v2); à ce moment (tl) le thyristor 17 devient conducteur et les bornes 10 et 11 sont court-circuitées jusqu'à ce que le courant tombe en dessous du seuil de conduction du thyristor 17 (t2), ee qui se produit sensiblement au voisinage de la tension de crête (- vl) de l'alternance négative du secteur, en raison du retard de l'intensité sur la tension. Dans ces conditions, au moment où le thyristor 17 cesse de conduire, le condensateur 15 se charge rapidement à une tension ( v3) sensiblement égale double de la tension de crête du secteur (- vl).La tension entre les-bornes 10 et Il présente alors un caractère oscillatoire amorti décroissant jusqu'à zéro, puis cette tension change de signe au début de l'alternance positive suivante t'o), et le processus ci-dessus se répète. En raison du fait que le courant de préchauffage des filaments 1 et 2 ne circule que pendant -les laps de temps tels que t1 à t2, et t'1 à t'2, la bobine du ballast 6 est parcourue- pendant la phase de pré-amorçage par une composante moyenne de courant continu qui diminue son impédance en saturant le noyau magnétique; il en résulte un accroissement du courant efficace de chauffage des filaments, ce qui les porte plus rapidement à la température favorable à- l'a- morçage; lorsque celui-ci intervient par exemple au moment d'une pointe de tension (- v3) de la troisième alternance négative (fig.2) la tension entre les bornes 10 et Il devisent égale à la tension d'arc du tube 3 (- v4P,/+ v4) et la composante moyenne de courant continu circulant dans la bobine du ballast 6 devient nulle. Le fonctionnement tel qu'il vient d'être expliqué se rapporte à l'utilisation de thyristors d'un courant moyen commandé (IT.AV) de 3 ampères pour lesquels les intensités du courant maximal de maintien (IH) et de courant maximal de verrouillage (IL) sont respectivement de 25 et 50 milliampères, les valeurs moyennes typiques étant de l'ordre de 5 à 10 milliampères respectivement. Or, on a constaté que le fonctionnement du starter était très sensiblement amélioré par la mise en oeuvre de thyristors dont pour un même courant moyen commandé (IT.AV) de 3 ampères, le courant réel de maintien (IH) est de l'ordre de 80 milliampères et le courant réel de verrouillage (IL) de l'ordre de 160 milliampères; ceci se traduit par l'apparition, au moment de la mise en conduction du thyristor 17 (tel), de brèves mais intenses pointes de tension (+v5) ainsi qu'un accroissement à une valeur (- v6) de la pointe de tension aux instants de blocage du thyristor 17. Le résultat en est tout à la fois une réduction du temps d'amor çage ainsi que l'absence complète de papillotement pendant toute la phase du pré-amorçage. Ceci peut s'expliquer, aux instants de la mise en conduction (tel, t'l, tl) par un phénomène de relaxation en liaison avec le condensateur antiparasites 15; en effet, à cet instant, ce dernier fournit une pointe de courant qui n'atteint la valeur de verrouilla très geIL)que pendant un temps/bref et retombe ensuite à une valeur in férieure au courant de maintien (IH); à cet instant, le thyristor17 se rebloque, et ainsi de suite jusqu a ce que le courant de maintien (IH) soit fourni de façon permanente par l'accroissement du courant dans la bobine du ballast 6. Quant à l'accroissement de la tension (- v3) à la valeur (- v6), au moment de la eoupure du thyristor 17 (t2), on peut ltex- pliquer par la surtension résultant de la coupure d'un courant de maintien (IH) relativement élevé par rapport à celui d'un thyristor normal. On a constaté expérimentalement que le phénomène ci-dessus se produit pour des thyristors présentant des eourants (IH) et (IL) réels minima de l'ordre de 50 et 100 milliampères, ceci quelle que soit la valeur du courant moyen commandé (IT.AV). Il est à remarquer que les contrôles normaux de fabrication des thyristors éliminent les thyristors dont les courants (IH) et (IL) sont anormalement élevés; le starter selon l?invention permet donc d'exploiter une anomalie des caractéristiques de composants dont l'utilisation est impossible dans le cadre des applications classiques de ces composants. Il est à noter dans tout ce qui précède que le thyristor 18 n'intervient pas dans le fonctionnement sur ballast inductif: en effet, le rapport élevé du pont de résistances 20-24 joint au seuil de tension de la lampe à néon 23 font que le courant de gâchette nécessaire à l'amorçage du thyristor 18 n'est jamais atteint dans ces conditions. Il n'en est pas de même lorsqu'un ballast de type capacitif 7 est branché entre les bornes 4 et 8; en effet dans ce cas, en l'absence du thyristor 18 le fonctionnement est impossible car le thy ristor 17 se comporte alors comme un redresseur et charge le condensateur du ballast 7, bloquant ainsi le système après quelques alternances. En regard de la figure 3, dans le starter à deux thyristors selon l'invention, le thyristor 18 est conducteur pendant environ la moitié de la durée d'une alternance positive du secteur (borne 5b positive par rapport à la borne 9), puis se bloque (to); à ce moment la tension entre les bornes 10 et 11 croit jusqu'à une valeur - v7) en raison de la montée progressive de la tension aux bornes du condensateur du ballast 7, le caractère oscillatoire complexe de cette croissance étant dû à une double résonance entre l'inductance du ballast et le condensateur 15 d'une part, et entre l'inductance du ballast et le condensateur série d'autre part. Lorsque la tension (- v7) est suffisante, le thyristor 17 devient conducteur (tel) jusqu'à environ la moitié de la durée d'une alternance négative du secteur, puis se bloque (t2) en créant une pointe de tension (+ v8) qui provoque presque aussitôt la mise en conduction du thyristor 18 (t3), et le processus ci-dessus se répète. Lorsque les filaments 1 et 2 sont suffisamment chauds, l'amour çage du tube 3 intervient. La diode 21 a pour fonction, lors du fonctionnement sur ballast inductif, d'éviter d'amortir les pointes de tension (- v3-v6) en bloquant toute possibilité de débit à travers les résistances 19, 22 et le tube à néon 23 lorsque la borne 10 est négative par rapport à la borne 11. Les résistances CTN 19 et 20 constituent de façon connue une sécurité en cas de non-allumage du tube 3, en interdisant au bout d'un certain temps le déclenchement des thyristors 17 et 18. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif électronique d'amorçage de tubes à décharge munis d'électrodes préchauffables et alimentés directement par le secteur alternatif à travers une impédance série dite nballastn, ledit dispositif, destiné à réunir électriquement d'une façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et un thyristor dont l'anode et la cathode sont respectivement reliées aux deux bornes précitées, l'électrode de déclenchement ou gâchette dudit thyristor étant connectée à un diviseur de tension disposé entre les deux bornes de raccordement et comportant un tube à décharge à électrodes froides, caractérisé en ce qu'un second thyristor est connecté tete-beche avec le premier, la gâchette du second thyristor étant reliée à un diviseur de tension disposé entre le tube à décharge à cathode froide et la cathode dudit second thyristor. 2.- Dispositif électronique d'amorçage selon la revendication 1, caracterisé en ce qu'au moins le premier thyristor présente un rapport IT.AV/IL supérieur à 10 et inférieur à 30 et de préférence compris entre 15 et 25, et un rapport IT.AV/IH supérieur à 20 et inférieur à 60 et de préférence compris entre 30 et 50, IT.AV, IL et IH étant respectivement le courant moyen commandé, le courant de verrouillage et le courant de maintien. 3.- Dispositif électronique d'amorçage selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les valeurs minimales absolues du courant de maintien (IH) et de verrouillage (IL) d'au moins du-premier thyristor sont respectivement de 50 et 100 milliampères.