Brevet FR2308273A1 — publié le 19761112

La présente invention concerne un circuit pour régler l'éclairage de lampes decharge a electrodes chaudes, en particulier des lampes a fluorescence. Ce circuit pourra trouver des applications pour la gradation de ltéclairage dans les intérieurs de tous genres ainsi que dans l'eclairage exterieur. Dans l'etat actuel de la technique, la gradation de l'eclairage par lampes à décharge'à electrodes chaudes, en particulier par lampes fluorescentes, procède selon le principe suivant schématisé sur la figure I. La valeur moyenne des courants de lampe, et donc la valeur moyenne des courants de lumière, est reglee par un composant lateral 1 qui est monte dans le circuit en serie avec le groupe de lampes 3a, b..., y compris des composants auxiliaires 2a, b... en vue de la limitation du courant. Ce reglage est effectué soit par variation de l'impedance du composant lateral (Journal Siemens, 29eme annee, 1955, page 4-10) soit par un composant travaillant selon la méthode de coupure des phases (BBC-Nachrichten, 42sème annee, mars/avril 1960, p. 100-107 ; BBC Nouvelles, poème annee, cahier 17, 1968, p. 347-357 ; Lichttechnik, 22ème année, 1970, p. 96, 98-100). Il est alors évidemment indispensable de prevoir pour chaque lampe à decharge un transformateur de chauffage avec deux enroulements secondaires distincts 4a, 4b..., pour que les electrodes des lampes soient suffisamment chauffées, même en eclairage tres faible. Les puissances de chauffage nécessaires pour les électrodes dépendent de l'intensité de la lumiere parce que, lorsque les lampes sont obscures, le chauffage ne se fait qu'a travers les transformateurs de chauffage tandis que, en éclairage fort, le chauffage est assuré en plus par des courants de lampes. Par ailleurs, la gradation nTest pas parfaite avec ce systeme et on est souvent obligé d'utiliser des auxiliaires, tels que des grilles métalliques, sur toutes les lampes. La demande de brevet allemande P 23 GZ X 8iLindique un circuit de gradation qui permet de faire l'économie des transformateurs de chauffage pour le chauffage des électrodes de lampes a décharge et de rendre la puissance de chauffage des électrodes presque indépendante du degré de gradation. Ceci se réalise grâce - un commutateur électronique qui regle l'éclairage, découplé par des redresseurs en pont montés en parallele avec les électrodes chaudes d'un nombre quelconque de lampes a décharge.Ce commutateur fonctionne a une fréquence qui. est un multiple entier de la fréquence du réseau d'alimentation et le rapport entre la période de fermeture et d'ouverture sur le circuit peut être réglé a volonté entre les valeurs limites de OZ pour le courant d'éclairage maximum et de 100% pour le courant d'éclairage minimum Ce circuit de gradation a commutateurs paralleles est représenté sur la figure 2 et il sera décrit plus en détail par la suite car il permettra de mieux comprendre l'invention Un nombre quelconque de lampes a décharge 3 sont montées en parallele par l'intermédiaire de composants auxiliaires 2 sur des rails de groupement, qui sont reliés au réseau d'alimentation par l'intermédiaire d'un composant latéral 1. Un commutateur électronique 7 se trouve en parallele aux électrodes des lampes a décharge 3, et les diverses lampes a décharge sont découplées par des redresseurs en pont. Les ouvertures et fermetures de ce commutateur électronique 7, montées en parallèle (il peut s'agir de transistors. de diodes ou de triodes),sont syn chronisées a partir du réseau d'alimentation, la fréquence de fermeture et d'ouverture étant un multiple entier (de préférence le double ou le quadruple) de la fréquence du courant alternatif d'alimentation. C'est la possibilité de faire varier la durée de l'ouverture et de la fermeture de ce commutateur parallèle qui permet la gradation de l'éclairage. Si le commutateur 7 est constamment fermé, le courant alternatif I passe uniquement par les électrodes des lampes a décharge et sert comme chauffage auxiliaire. Les espaces de décharge des lampes sont sans courant et le courant de lumière est nul si on ne tient pas compte de l'incandescence des électrodes.Avec ce mode de fonctionnement on obtient aussi le pre-chauffage des électrodes après le branchement du groupe de lampes, ce qui évite un départ à froid. Lorsque le commutateur 7 est constamment ouvert, le courant alternatif I passe uniquement à travers les espaces de décharge des lampes et le courant lumineux engendré atteint sa valeur maximale. Les courants de lampe déterminent simultanément l'autochauffage des électrodes. Entre ces deux extrêmes, qui correspondent respectivement au passage du courant uniquement à travers les électrodes (commutateur 7 fermé) et au passage du courant uniquement à travers les espaces de décharge des lampes (commutateur 7 ouvert), les durées de passage du courant sur ces deux trajets peuvent être réglées en sens contraire. Le domaine de réglage de la valeur moyenne du courant lumineux est ainsi compris entre 0 et une valeur maximum. Les lampes à décharge sont allumées par les pointes de tension d'induction qui se forment lors de l'ouverture périodique du commutateur parallèle 7, mais ceci entraîne eertains inconvénients que l'on expliquera plus loin. Un commutateur 1, qui fonctionne selon la méthode de coupure de phases, est monté en série avec le groupe de lampes 3a, b, c,.. y compris les composants auxiliaires 2a,b,c..que l'on désignera chacun par "commutateur latéral", mais contrairement à l'état actuel de la technique, son rôle n'est plus d'assurer directement la gradation de la lumière mais consiste essentiellement à assurer que les électrodes de lampes soient chauffées avec une puissance à peu près constante dans tout le domaine de la gradation , de sorte qu'elles ont cons tamment leur température de fonctionnement optimale. Comme il ressort de ce qui précède, le commutateur parallèle 7 travaille en fonctionnement forcé, ce qui exige une certaine dépense en composants semi conducteurs. Un autre inconvénient de ce circuit est le fait que les lampes à décharge sont allumées par les pointes de tensions d'induction formées dans les composants auxiliaires inductifs ou inductifs-capacitifs dont l'amplitude peut être réglée par le choix du moment de la commutation forcée par rapport au moment du passage du courant par zéro. Comne on peut utiliser pour le circuit opposé des composants auxiliaires du commerce, il faut accepter leur dispersion typique qui se répercute sur la valeur de l'inductivité. Or ceci oblige à choisir le moment de la commutation forcée, de telle sorte qu'on obtient les tensions de réallumage de la lampe la moins propre au réallumage, même avec les composants auxiliaires ayant la plus faible inductivité. Dans ce cas, les pointes de tensions induites obtenues avec des éléments auxiliaires à inductivité plus élevée seront notablement plus grandes que celles nécessaires pour le réallumage. Ceci entraîne pour les composants semi-conducteurs du commu- tateur parallèle 7 et des. redresseurs 6 qui servent au découplage, les dimensions correspondantes à la pointe d'induction la plus grande, ce qui nécessite également un surplus de dépenses. Un autre inconvénient de ce circuit déjà connu consiste en ce que, lors de l'interruption accidentelle du courant dans les électrodes situées du côté de la masse, les autres électrodes qui restent branchées sur le même commutateur parallèle fonctionnent avec une puissance de chauffage trop élevée. C'est pourquoi la présente invention a pour but de proposer un gradateur parallèle de la lumière qui évite les inconvénients qui viennent d'être exposés. Le circuit de gradation de la lumière conforme à l'invention se caractérise par la présence d'un commutateur d'allumage qui applique périodiquement la tension d'un générateur de tension d'allumage au circuit de lampe, par un commutateur de protection monté en parallèle avec les électrodes des lampes, du côté masse, afin que lors de l'interruption du fonctionnement d'électrodes du côté masse la puissance de chauffage des lampes restantes soit maintenue constante, en court-circuitant périodiquement les électrodes côté masse des lampes fonctionnant. Le circuit de gradation est disposé de telle manière que le commutateur latéral ainsi que le commutateur parallèle et le commutateur d'allumage commutent quand le courant qui les traverse s'annule. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, faite en relation avec les dessins ci-annexés, dans lesquels la figure 3 représente un schéma de gradateur parallèle pour lampes à décharge à électrodes chaudes ; la figure 4 représente un diagramme tension-courant concernant la figure 3 ainsi que les positions du commutateur série , du commutateur d'allumage et du commutateur parallèle dans le cas de lampes obscures les figures 5 et 6 représentent des diagrammes analogues à ceux de la figure 4, dans le cas d'une luminosité maximum pour la figure 5 et d'une luminosité moyenne pour la figure 6 dans les figures 7 et 8, le découplage du commutateur parallèle de la figure 3 est constitué par un circuit de redresseur en demi-pont pour la première et par des diodes pour la deuxième. L'invention sera maintenant décrite plus en détail en se référant à la figure 3. Dans cette figure on a utilisé les mêmes références pour des éléments identiques à ceux de la figure 2 et on ne décrira en détail que les parties qui ont été ajoutées aux éléments déjà décrits en relation avec la figure 2. Les lampes à décharge exigent pour chaque premier allumage, dans le cas de courant lumineux réduit et pour chaque allumage au début d'une demi-onde de courant, des tensions plus élevées que celles atteintes par la tension du réseau. Ces impulsions de tensions d'allumage sont obtenues à partir de la tension du réseau par un générateur de tensions d'allumage 13 qui fonctionne comme un transformateur, soit par auto-induction,soit par multiplication de tensions. L'amplitude de ces impulsions peut'être adaptée exactement à la valeur nécessaire de la tension d'allumage des lampes. La puissance d'allumage n'est qu'une fraction de la puissance des lampes, parce que les impulsions d'allumage sont de très courte durée en comparaison de la durée d'une période de la tension alternative.Le passage du courant d'une demi-onde est assuré par la fermeture du commutateur d'allumage 14 et l'application de la tension d'allumage sur le groupe des lampes par l'intermédiaire des composants auxiliaires. Les lampes, dans le cas de fonctionnement, s'allument alors. A mesure que le courant augmente, la tension d'allumage diminue très rapidement. A l'instant où la tension d'allumage devient inférieure à la valeur instantanée de la tension alternative du réseau, le commutateur latéral 1, qui restait ouvert jusqu a cet instant se ferme, de sorte que le courant de lampe est pris à partir de cet instant directement du réseau à tension alternative. Le courant du commutateur d'allumage 14 s'annule ainsi automatiquement et le commutateur prend la position "ouvert".Au passage suivant par zéro du courant de lampe qui provient du réseau, le courant du commutateur latéral 1 s'annule à nouveau et le commutateur prend la position ouverte. Il se produit une deuxième courte décharge de gaz tant que le commutateur parallèle 7 reste ouvert. Pendant cette impulsion de lumière, le commutateur latéral 1 reste fermé. Lorsqu'il se produit des interruptions accidentelles dans le système d'éclairage sur les électrodes des lampes qui sont à la masse, le courant de lampe qui provient de la phase se répartit si le commutateur 7 est fermé du côté masse, sur un plus faible nombre d'électrodes, ce qui augmente le courant et entratne un plus grand chauffage des électrodes. C'est pourquoi on a prévu un commutateur de protection électronique 15 qui peut établir périodiquement un court-circuit sur les électrodes côté masse des lampes qui fonctionnent. La valeur théorique de la puissance de chauffage des électrodes des lampes qui restent dans le circuit peut être réglée ainsi par la valeur donnée au rapport des durées d'ouverture et de fermeture de ce commutateur de protection 15.Lorsque toutes les électrodes du côté masse sont intactes, le commutateur de protection est toujours ouvert. Comme les lampes à décharge sont allumées à l'aide du commutateur d'allumage 14 et du générateur d'allumage 13, le circuit selon la figure 3 , contrairement à celui selon la figure 2, ne nécessite plus l'aménagement d'une commutation forcée pour le commutateur parallèle 7 ; il peut au contraire suivre le passage par zéro du courant de lampe. Ceci entraîne par rapport au circuit de la figure 2,d'une part une réduction des composants du commutateur parallèle et, d'autre part, on peut réduire les dimensions de ce qui reste, surtout des composants semi-conducteurs, car il n'est plus nécessaire de tenir compte de la dispersion caractéristique des composants auxiliaires et des diverses pointes de tensions d'induction qui interviennent dans la commutation forcée.Comme dans le circuit selon la figure 2,la valeur moyenne du courant de lumière est modifiée à volonté pour le circuit selon l'invention, en faisant varier la durée d'ouvert ture et de fermeture du commutateur parallele 7. Cependant, dans le présent circuit le commutateur parallèle 7 est d'abord ouvert au début du passage du courant de chaque demi-onde à travers les lampes puis, apres un retard réglable, il se ferme et ne s'ouvre plus qu'après le passage suivant par zéro du courant de lampe. Dans le diagramme courant-temps de la figure 4 en régime obscur, le commutateur parallèle 7 et le commutateur latéral 1 ont leur commutation synchro nisée et le commutateur d'allumage 14 reste bloqué, c'est-à-dire dès que le commutateur latéral 1 devient conducteur et rend possible le passage du courant; le commutateur prallele 7 devient également conducteur et court-circuite les trajets de décharge des lampes, de sorte que toute la puissance représentée par la surface courant-temps en hachures simples est consommée par le chauffage des électrodes et les espaces de décharge restent alors sombres. Dans le diagramme courant-temps représenté à la figure 5 pour la gradation en lumière forte, le commutateur latéral 1 fonctionne des que la valeur instan tanée de la tension d'allumage appliquée par le commutateur d'allumage 14 devient plus faible que la tension alternative du réseau appliquée au commutateur latéral 1 et il reste conducteur jusqu'à la fin de la demi-onde de courant. Le commutateur parallèle 7 n'est pas atteint par l'allumage, de sorte que toute la puissance représentée par la surface courant-temps en hachures doubles est utilisée pour la production de la lumière et pour le chauffage propre des électrodes. Dans le diagramme courant-temps représenté à la figure 6 pour une luminosité moyenne, le commutateur latéral 1 fonctionne de la même manière qu'à la figure 5.Après un certain retard, qui est réglable, le commutateur paral lèle 7 fonctionne ici également en court-circuitant les trajets de décharge, de sorte que la surface courant-temps comporte deux surfaces partielles pour le courant de lampes, la première à hachures doubles qui sert à la production du courant lumineux et au chauffage propre des lampes et une autre surface à hachures simples qui sert uniquement au chauffage externe des lampes. Pour le découplage des lampes et le branchement des commutateurs parallèles, on peut utiliser, outre les redresseurs en pont représentés sur les figures 2 et 3, d'autres circuits redresseurs. On a représenté sur la figure 7 un circuit dans lequel les redresseurs en pont disposés du côté masse des figures 2 et 3 sont remplacés par les redresseurs 5a et 5b qui ne Sont qu'un seul par commutateur parallèle, ce qui donne un circuit à redresseurs en pont modifié. La figure 8 représente une variante dans laquelle on a prévu, au lieu des redreseurs en pont, des circuits redresseurs à diodes 10a,b,c... et 11a,b,c,... mais il faut alors prévoir deux commutateurs électroniques parallèles 7a et 7b, l'un pour la demi-onde positive et l'autre pour la demi-onde négative. Le présent circuit de gradation de l'éclairage comporte les avantages suivants 1. le circuit gradateur à commutation parallèle ne nécessite pas de transformateur de chauffage pour le chauffage des électrodes 2. les électrodes des lampes à décharge sont chauffées avec une puissance à peu près constante dans tout le domaine de la gradation 3. toute interruption accidentelle des circuits des électrodes de lampes du côté masse n'entraîne pas de surcharge ; 4. le générateur de tensions d'allumage peut engendrer des impulsions d'allumage périodiques dont l'amplitude est réglable dans une grande mesure, de sorte qu'on peut l'adapter à la valeur nécessaire de la tension d'allumage des lampes sans qutil soit nécessaire d'utiliser des composants de trop grandes dimensions; ; 5. dans le circuit de gradation parallèle proposé, on peut utiliser des composants auxiliaires inductifs et inductifs-capacitifs du commerce. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de contrôle du flux lumineux d'une pluralité de lampes fluorescentes par un organe de réglage branché en parallèle,comprenant un commutateur latéral en série (1) pour régler le courant de chauffage de filaments de lampes à décharge et un commutateur parallèle (7), découplé par l'intermédiaire de redresseurs (6) et utilisé pour la gradation de la lumière d'une pluralité de lampes à décharge, caractérisé en ce qu'il comprend en outre :: - un commutateur d'allumage (14} qui applique périodiquement la tension d'un générateur de tension d'allumage (13) au circuit des lampes, - un commutateur de sécurité (15) monté en parallèle sur les électrodes des lampes du côté masse, afin de maintenir constant le chauffage des lampes restan tes dans le cas d'une interruption d'un quelconque circuit d'électrodes côté masse de ces lampes, - et en ce que ledit circuit de gradation est prévu de manière a ce que le comr mutateur latéral, le commutateur parallèle et le commutateur d'allumage commutent les courants qui les traversent à chaque passage par la valeur zéro dudit courant. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les redresseurs de découplage pour le branchement de plusieurs circuits de lampe sur un seul commutateur parallèle (7), sont formés chacun d'un redresseur en pont 6a, 6b, 6c par circuit de lampe dans lequel le commutateur parallèle ne fonctionne que sur une seule direction du courant. 3. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les redresseurs de découplage pour le branchement de plusieurs circuits de lampe sur un seul commutateur parallèle (7) sont constitués chacun d'une seule moitié de pont de redresseur (iota, 10b, 10c et lia, llb, il...) par circuit de lampe, et d'une seconde moitié de pont de redresseur (5a, 5b) commun à tous les circuits de lampe, dans lequel le comnutateur parallèle (7) fonctionne dans les deux sens du courant. 4. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce gue les redresseurs de découplage, pour le branchement de plusieurs circuits de lampe sur un seul commutateur parallèle (7), sont constitués chacun par un redresseur à deux voies telle une diode (lOa, 10b, IOc et lia, ilb, lic ...) par circuit de lampe,dans lequel le commutateur parallèle (7) doit présenter un trajet distinct (7a, 7b) pour chacun des sens du courant.