Brevet FR2255777A1 — publié le 19750718

La présente invention est relative à un dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables, alimentés directement par un secteur alternatif à travers une impédance série appe- lée "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 une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit électronique mettant en oeuvre un thyristor et ùn réseau à constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à ltélectrode de déclenchement, ou "gâchette" du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de diac. On connaît 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 sont prévus pour fonctionner en liaison avec des ballasts de type "inductif, 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 aliment à travers un ballast inductif, et l'autre à travers un ballast dit t'capacitif", c'est-à- dire constitué par un condensateur et une inductance montés en serie. Cette disposition présente le double avantage de permettre la réalisation d'installations 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 ali mentés 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 dTun élément commandé à conductibilité bilatérale connu sous le nom de "triac"; 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 starters, avec les inconvénients qui. en découlent, tels que cout de fabrication plus élevé, possibilité d'erreurs lors de l'équipement des réglettes, 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. semiconducteurs ne satisfaisant pas à toutes les exigences de leur cahier des charges normal. Un autre dispositif ayant des buts similaires fait l'objet de la demande de brevet français nO déposée simultanément avec la présente demande et au nom de la meme Demanderesse sous le titre 1,Dispositif d'amorçage de tubes à décharge". Selon l'invention, le dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables, alimentés directement par un secteur alternatif à travers une impédance série appelée "ballast", ledit dispositif, destiné à réunir électriquement de façon temporaire les électrodes du tube à amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées à deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit éle.ctro- nique mettant en oeuvre un thyristor et un réseau à constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à ltélectrode de-déclenchement, ou "gâchette" du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac", est notamment remarquable en ce que le point commun du circuit à constante de temps est relié par une seconde résistance à une extrémité de l'une des électrodes préchauffables du tube à décharge. De préférence, une résistance à coefficient de tension (VDR) est disposée en série avec la seconde résistance. Avantageusement, le thyristor utilisé 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.A!L et IM étant respectivement le courant moyen commandé, le courant de verrouillage et le courant de maintien du thyristor utilisé. Sur ballast inductif, le thyristor débite pendant une alternance sur deux; par contre, sur ballast capacitif, le thyristor est amorcé à chacune des deux alternances du secteur ce qui permet un fonctionnement normal en présence du condensateur série du ballast; en outre, la mise en oeuvre d'un thyristor 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 être réalisée. La figure 1 représente le schéma de principe du dispositif de starter selon lrinvention. La figure 2 représente en traits pointillés l'oscillogramme de la tension du secteur, en traits pleins ltoscillogramme de la tension aux bornes du tube à décharge pendant le temps de préchauffage et au moment de l'amorçage du tube, et en traits mixtes l'oscillo- gramme du courantode préchauffage des filaments (électrodes préchauffables) lorsque le ballast utilisé est du type inductif. La figure 3 représente les memes 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 dlun tube à décharge 3 sont respectivement reliées à une borne 4 et à une borne 5a qui est elle-même -réunie à une pre mière borne 5b de raccordement au secteur alternatif. A la borne 4 est raccordée une 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-même réunie à une seconde borne 9 de raccordement au secteur. Les deux autres extrémités (côté droit) des filaments 1 et 2 du tube 3 sont réunies respectivement à deux bornes de raccordement 10 et 11 d'un starter 12 selon l'invention, lesdites bornes étant respectivement reliées aux points communs anode-cathode de deux groupes de diodes 13-14 et 15-16 connectées en pont de redressement; entre les bornes 10 et 11 sont également disposés un condensateur antiparasites 17 monté en série avec une résistance 18 limiteuse de courant Aux cathodes réunies des diodes 13 et 15 et aux anodes réunies des diodes 14 et 16 sont connectés respectivement les conducteurs positif 19 et négatif 20 d'alimentation du starter en courant continu pulsé. L'anode et la cathode d'un thyristor 21 sont respectivement reliées aux conducteurs 19 et 20, la gâchette dudit thyristor étant reliée d'une part au conducteur 20 par une résistance de fuite 22, et d'autre part par un diacn 23 au point commun d'un réseau à constante de temps constitué par une résistance 24 et un condensateur 25 montés en série, ledit réseau étant disposé entre les conducteurs 19 et 20 de telle façon que ltextrémité libre de la résistance 24 soit reliée au conducteur positif 19 et que l'armature libre du condensateur 25 soit reliée au conducteur négatif 20. Le point commun à la résistance 24 et au condensateur 25 est également relié à la borne Il par une résistance 26 à coefficient de tension (VDR) en série avec une résistance 27, une résistance 28 à coefficient de température négatif (CTN) étant par ailleurs disposée en parallèle sur le condensateur 25. Le fonctionnement du starter 12 selon l'invention peut s'expliquer de la façon suivante, en regard de la figure 2, lorsqu'un ballast de type inductif 6 est branché entre les bornes 4 et 8: A l'instant (to) ou la polarité de la borne Il devient positive par rapport à celle de la borne 10, le condensateur 25 se charge tout à la fois à travers la résistance 24 d'une part et les résistances 27 et 26 autre part, jusqu'à ce qu'une tension (+ v2) entraîne la conduction du diac 23; à ce moment (t1) le thyristor 21 s'amorce et les bornes 10 et Il sont court-circuitées jusqu'à ce que le courant tombe en dessous du seuil de conduction du thyristor 21 (t2); en raison.du décalage en arrière de l'intensité sur la tension, ceci se produit sensiblement au voisinage de la tension de crête (- vl) du secteur. Dans ces conditions, au moment où le thyristor 21 cesse de conduire, le condensateur 17 se charge rapidement à une tension (- v3) sensiblement égale au double de la tension de crête du secteur (- vl). La tension entre les bornes 10 et 11 présente alors un caractère oscillatoire amorti décroissant jusqu 'à zéro, puis cette tension change de signe au début de l'alternance positive suivante (to), et le processus ci-dessus se répète. En raison du fait que le courant de préchauffage des filaments ne circule que pendant les temps tels que t1 à t2, et t'1 à t'2, la bobine du ballast 6 est parcourue pendant cette phase de pré-amor çage par une composante moyenne de courant continu qui diminue son impédance par saturation du noyau magnétique; il en résulte un accroissement du courant efficace de chauffage des filaments 1 et 2, ce qui les porte plus rapidement à une température favorable à l'amorçage; lorsque ce dernier intervient par exemple au cours de la pointe de tension (- v3) de la troisième alternance négative, la tension entre les bornes 10 et il devient égale à la tension d'arc du tube 3 (- v4 puis + v4) et la composante moyenne de courant continu 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 du courant maximal de verrouillage (IL) sont respectivement de 25 et 50 milliampères, les valeurs moyennes typiques étant de l'ordre de 5 et 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 au moment de la mise en conduction du thyristor 21 (t1), par de brèves mais intenses pointes de tension (+ v5), ainsi que par un accroissement à une valeur (- v6) de la pointe de tension àux instants de blocage du thyristor 21. Le résultat en est tout à la fois une réduction du temps d'amorçage ainsi que l'absence complète de papillotement pendant toute la phase de pré-amorçage. Ceci peut s'expliquer aux instants de la mise en conduction (t1,t'l, t''1) par un phénomène de relaxation en liaison avec le condensateur antiparasites 17; en effet, à cet instant, ce dernier fournit une pointe de courant qui n1 atteint la valeur de verrouillage (IL) que pendant un temps très bref et retombe ensuite à une valeur inférieure au courant de maintien (IH); à cet instant, le 21 thyristor/se rebloque, et ainsi de suite jusqu'à ce que le courant de maintien (IH) soit fourni de façon permanente par l'accroissement du courant dans l'inductance du ballast 6. Quant à l'accroissement de la tension (- v3) à la valeur (- v6) au moment de la coupure du thyristor (t2), on peut l'expliquer par la surtension résultant de la coupure du 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 avec des thyristors présentant des courants (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 la présence de larésistance 24 n'intervient pratiquement pas dans le fonctionnement; en effet, sur ballast inductif, la mise en conduction du thyristor positive 21 se produit au cours d'une alternance/de la borne 5 par rapport à la borne 9 et la quasi totalité de la charge du -condensateur 25 s'effectue alors en mono-alternance à travers les résistances 27 et 26 dont la valeur totale est beaucoup plus faible que celle de la résistance 24. En regard de la figure 3, lorsqu'un ballast capacitif 7 est branché entre les bornes 4 et 8, le thyristor 21 est conducteur pendant environ la moitié de la durée d'une alternance positive du secteur puis se bloque (to); à ce moment, la tension entre les bornes 10 et 11 croît jusqu'à une tension (- 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 17 d'une part, et entre l'inductance du ballast et le condensateur série d'autre part. Lorsque la tension (- v7). est atteinte (t1) le thyristor 21 redevient conducteur pendant environ la moitié de la durée d'une alternance négative du secteur, puis se bloque (t2) en créant une pointe de tension (+ v8); à ce moment, le thyristor 21 se remet à conduire presque immédiatement (t3) en raison de la recharge très rapide du condensateur 25 dûe à ladite pointe de tension. Pendant les alternances positives du secteur (borne 5b positive par rapport à la borne 9) la charge du condensateur 25 s'effectue à la fois à travers les résistances 26 et 27 et la résistance 24, et seulement à travers la résistance 24 pendant les alternances négatives,et le processus se répète jusqu'à l'amorçage du tube 3. La résistance VDR 26 a pour fonction de verrouiller le fonctionnement de la branche à basse impédance du circuit de relaxation afin d'éviter tout amorçage intempestif du thyristor 21 après l'allumage du tube 3; quant à la-résistance CTN 28, elle constitue de façon connue une sécurité en cas de non-allumage du tube 3, tout en formant avec la résistance 24 un pont diviseur empêchant également tout amorçage indésirable du thyristor 21 après allumage du tube. - REVENDICATIONS 1.- Dispositif d'amorçage de tubes à décharge à électrodes préchauffables, alimentés directement par un secteur alternatif à travers une impédance série appelée "ballast", ledit dispositiftdesti- né à réunir électriquement d'une façon temporaire les électrodes du tube amorcer, comportant deux bornes de raccordement avec lesdites électrodes et une cellule de redressement en pont dont les bornes de sortie sont reliées a deux conducteurs d'alimentation en courant continu pulsé d'un circuit électronique mettant en oeuvre un thyristor et un réseau à constante de temps comportant une résistance et un condensateur montés en série dont le point commun est relié à l'électrode de déclenchement, ou "gâchette" du thyristor précité par un élément à conductibilité bilatérale et à effet de seuil de tension connu sous le nom de "diac", caractérisé en ce que le point commun du réseau à constante de temps est relié par une seconde résistance à une extrémité de l'une des électrodes préchauffables du tube à décharge. 2.- Dispositif d'amorçage de tubes à décharge selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance à coefficient de tension (VDR), est disposée en série avec la seconde résistance. 3.- Dispositif d'amorçage de tubes à décharge selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le 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. 4.- Dispositif d'amorçage de tubes à décharge selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les valeurs minimales absolues des courants de maintien (IH) et de verrouillage (IL) d'au moins du premier thyristor sont respectivement de 50 et 100 milliampères.