Brevet FR2301994A1 — publié le 19760917

Actuellement pour amorcer les lampes à décharge å gaz ou vapeurs métalliques, avec ou sans substances fluorescentes, et en verre, il est nécessaire d'installer en complément des éléments de préchauffage à filaments cathodiques, ou tout autre moyen capable de fournir des pointes de tension initiales susceptibles d'amorcer la lampe. Egalement, on utilise couramment les deux systèmes de façon complémentaire. Toutefois, les lampes à décharge ont des caractéristiques de V-I (tension et intensité) négatives, ce qui fait qu'elles exigent l'utilisation d'un système de ballast qui fixe ces caractéristiques et qui permet un fonctionnement stable qui maintienne la lampe allumée. Ces ballasts sont constitués conventionnellemant par une résistance ou une réactance en série avec la lampe ou meme par un transformateur à dispersion ou pertes élevées qui alimente directement la lampe. L'utilisation de l'un ou l'autre de ces moyens est déterminée par la tension prévue pour l'alimentation de la lampe. En tous cas, ces éléments, en raison de leur nature, ne peuvent utiliser une alimentation de courant électrique à basse tension, ce qui prive les lampes à décharge de la possibilité de fonctionner avec l'énergie de courant électrique continu provenant de petites batteries d'accumulateurs qui fournissent une tension réduite, en général de six, douze ou vingt-qYitre volts. Dans le but d'utiliser ce genre de source d'énergie, on utilise des appareils convertisseurs (onduleurs) qui transforment le courant continu en courant alternatif, c'est-à-dire en courant capable d'alimenter les éléments conventionnels décrits plus haut. L'utilisation de cette source d'énergie implique l'emploi d'un onduleur en plus des éléments conventionnels, ce qui fait que d'une part on arrive à une consommation d'énergie élevée qui limite la durée d'utilisation des batteries d'accumulateurs, et d'autre part l'installation est compliquée et son prix de construction est élevé. A titre d'exemple, on indiquera le cas des autobus urbains qui sont dotés de ces équipements, et dans lesquels pour prolonger le durée des accumulateurs, en compensant la consommation par la capacité de charge fournie par le générateur, on utilise une puissance lumineuse réduite. Le problème posé par l'utilisation d'un onduleur complété par les moyens conventionnels d'amorçage et de maintien sous tension des lampes à décharge limite les possibilités d'utilisation de ce système ca; en raison de sa consommation, il exige des accumulateurs de plus grande capacité, ce qui conduit à l'occupation d'un espace plus important et augmenté le prix de revient de l'équipement. Sous l'angle des installations domestiques de secours, le proclame est rendu plus ardu en raison de l'espace occupé par la source d'alimentation, par l'installation nécessaire et par le cot de l'éuipeent. togtquernent, dans des installations industrielles, bien que l'on soit parfois obligé d'utiliser ce sysretn; son prix de revient est beaucoup plus élevée, Les perfectionnements qui font l'objet de 1'4nvention simplifient ces problèmes en éliminant l'onduleur et les moyens conventionnels d'amorçage et de maintien sous tension de la lampe à décharge, ce qui réduit le volume de la source d'alimentation et diminue tant les frais d'équipement que ceux d'installation. Ces perfectionnements consistent à charger d'énergie inductive le noyau d'un transformateur, en bloquant l'alimentation de ce transformateur et à laisser,comme unique sortie à l'énergie accumulée dans le transformateur, la lampe ou les lampes à décharge > en utilisant comme source d'énergie une source de courant continu de tension quelconque. Le courant continu qui traverse'élément de porte servant d'interrupteur agit sur le noyau du transformateur en créant dans celui-ci un champ magnétique inductif d'intensité croissante tendant vers une valeur infinie, et qui atteint une valeur déterminée par une résistance variable ou par le transformateur lui-même en fonction de ses caractéristiques de construction. La porte est commandée par un organe oscillateur dont la sortie est connectée à la porte et dont l'entrée est reliée à la source de courant d'alimentation. L'élément de porte est constitué par un circuit transistorisé qui sert d'interrupteur ou par un circuit à thyristors avec ses organes d'amor çage qui assure la même fonction, ces organes étant commandés dans les deuy. cas par un oscillateur qui constitue la base de temps d'ouverture et de fermeture de l'élément de porte qui sert d'interrupteur. Au choix, l'élément de porte et l'organe oscillateur sont inclus dans le même circuit, ou sont montés indépendamment et déterminent, en fonction du temps de fermeture et de la tension d'alimentation, la limite de. l'intensité croissante du champ magnétique inductif créé dans le transformateur, tandis que la puissance de sortie est fonction de cette intensité et de la fréquence prévue pour organe oscillateur. Tout en maintenant invariables les caractéristiques essentielles qui constituent l'invention, on peut introduire différentes variations dans le circuit. Entre autres, on décrit ci-dessous un circuit dont la simplicité facilitera la description de l'invenrfon, 8 l'aide d'un exemple de réalisa- tion graphique représenté dans la figure unique ci-jointe > dans laquelle les différents éléments ont été dots de numéros de référence. Dans le schéma est illustrée la disposition d'une lampe à décharge constituée par un tube fluorescent, lequel est alimenté par une source de courant électrique continu, constituée par une batterie d'accumulateurs. On voit que l'on utilise un transformateur qui, dans ce cas, utilise comme élément de blocage un transistor et qui, comme moyen de détermination de la valeur de l'intensité, emploie une résistance réglable. En se référant au schéma, on y voit les éléments suivant précédés de leur référence numérique : 1. Transformateur avec enroulement primaire doté d'une prise intermédiaire. 2. Transistor de puissance. 3. Résistance de protection de la base du transistor. 4. Résistance de régulation. 5. Condensateur de réalimentation. 6. Condensateur électrolytique pour la suppression des parasites. 7. Batterie d'accumulateurs. 8. Lampe à décharge. 9. Interrupteur. En prenant pour base les éléments du schéma, le fonctionnement est le suivant Lorsque l'on ferme l'interrupteur 2, le courant passe à travers les résistances 3 et 4 et la base du transistor, ce qui détermine la conduction du transistor et par conséquent le passage du courant à travers le primaire du transformateur 1, et donne lieu à l'apparition d'une force contre-électromotrice de sens opposé et de valeur égale à celle de la source d'alimentation. Cette tension apparait dans la branche de réalimentation du primaire du transformateur et est appliquée à travers le condensateur 5 et la résistance de protection 3 à la base du transistor 2, en donnant lieu dans celui-ci à une réalimentatior. positive et à un état de saturation de courant, le condensateur 5 se chargeant à la tension de la branche de réalimentation du transformateur. Cette charge limite le temps de réalimentation, au bout duquel cette tension de réalimentation s'annule, et. par conséquent le régime de saturation qui suit est déterminé par l'intensité de base, contrôlée par la résistance réglable 4. L'intensité du courant augmente dans le primaire jusqu'à atteindre la saturation du noyau du transformateur 1, ou la destruction du transistor /. Ces deux phénomènes produisent la diminution du gradient de l'intensité du champ avec la diminutioll correspondante de la force f' > rce contre-électromotrice et de la tension de la branche de rdaliment:ation du transformateur, ce qui produit l'applicatlon immédiate d'une tension négative a la bas du transis tor 2, en bloquant celui-ci. Quand le courant primaire disparait le champ magnétique disparaît en meme temps, ce qui donne lieu à une tension qui tend vers l'infini et par conséquent de valeur élevée capable de produire une décharge à travers l'air ambiant oi susceptible de perforer les isolants les plus faibles. Ce phénomène ne se produit pas car on a prévu comme unique voie de sortie, à travers le secondaire du transformateur, la lampe à décharge 8, ce qui rait que la tension augmentera jusqu'à ce qu'elle atteigne la valeur de la tension d'amorçage de la lampe. l'intensité diminuant avec l'augmentation de la tension et vice versa, en produisant un effet identique à celui des ballasts que l'on doit employer dans les systèmes conventionnels. I.a décharge dure dans la lampe tant qu'il existe de l'énergie dans le noyau du transformateur 1. Cependant, lorsque celle-ci s'annule, la polarisation négative du transistor 2 disparaît et celui-ci conduit de nouveau le courant et le cycle recommence. Le nombre de cycles par seconde dépend du réglage de la résistance 4 et du coefficient d'autoinductance du primaire du transfornateur 1. La fréquence de ces cycles est ultrasonique et donne lieu par conséquent à ut alluttage continu de la lampe en éliminant l'effet stroboscopique produit quand on utitise les éléments conventionnis. On remarquera que,tandis que dans les systèmes conventionnels le filament metteur dont est équipée la lampe à décharge a pour mission de réduire la tension d'allumage ou d'amorçage, dans le cas présent:, comme le transformateur fournit la tension nécessaire, la lampe s'allumera même si le filament est interrompu, ou si 13 cathode est épuisée, ce qui rend pos slblt- l'utilisation de tubes fluorescents à cathode froide et exempts de sels émetteurs d'électrons. Il convient de faire observer que dans tous les modes de réalisation de circuits basés sur les caractéristiques de l'invention il se produit un phénomène qui consiste en ce que la réalimentation positive du transistor donne lieu à la saturation immédiate de celui-ci, saturation dont, la durée est'limitée par un condensateur, lequel l'annule en se chargeant, ce qui fait que le- régime de saturation postérieur sera déterminé par l'intensité de base, laquelle peut être contrôlée par une résistance variable, par exemple un potentiomètre, un circuit oscillateur, etc.Tout ceci fait que l'on obtient que la croissance de l'intensité primaire, qui charge le noyau en énergie magnétique, ne soit pas infinie, mais, au contraire, atteigne au bout d'un temps déterminé une valeur qui annule la saturation du transistor, en limitant ainsi l'augmentation de cette intensité primaire. Au moment exact ou se produit cet effet, la tension de réaction du primaire diminue aussi et une tension négative apparaît à la base du transistor et bloque celui-ci, ge qui donne naissance à la seconde partie du cycle. De cette façon on obtient que le réglage de la puissance puisse se faire par un simple réglage de la résistance de base, et ce principe de fonctionnement fait que toutes les autres caractéristiques ne présentent aucun caractere critique et qu'au contraire elles puissent etre adaptées facilement aux différents types de lampes ou tubes, simplement en réglant la résistance de base en question. L'énergie de chaque cycle est donnée par l'équation E, 1/2 LI2, laquelle après multiplication par la fréquence se transforme en W. 1/2 LFI2, qui indique la puissance en fonction de I, laquelle est contrôlée uniquement par la résistance de base. En faisant travailler la lampe à une fréquence ultrasonique l'effet stroboscopique disparaît et l'effet lumineux augmente, ce qui élimine par la même occasion les instabilités bien connues de la "colonne positive" de Crookes, qui sont la cause de la plupart des parasites produits par les lampes à décharge. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple non limitatif sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Perfectionnements introduits dans l'alimentation des tubes à décharge, caractérisés essentiellement en ceu'ils consistent à charger d'énergie inductive le noyau d'un transformateur, en bloquant l'alimentation de de ce transformateur et en faisant en sorte que l'énergie inductive accumulée dans le transformateur puisse de dissiper seulement à travers la lampe ou lès lampes à décharge, en utilisant comme sourced'énergie électrique une source de courant continu de tension quelconque, laquelle agit sur le noyau du trans- formateur à travers un élément de porte qui sert d'interrupteur, en créant dans le noyau du transformateur un champ magnétique induit croissant tendant vers l'infini et qui atteint une valeur déterminée par une résistance variable ou par le transformateur lui-même en fonction de ses caractéristiques de construction, la porte étant commandée par un organe oscillateur dont la sortie est connectée à la porte et dont l'entrée est reliée à la source d'alimentation. 2. Perfectionnements introduits dans l'alimentation de tubes à décharge, selon la revendication 1, caractérisés en ce que l'élément de porte est constitué par un circuit transistorisé servant d'interrupteur ou par un circuit équipé de thyristors avec leurs éléments d'amorçage qui réalisent une fonction identique, la commande étant réalisée dans les deux cas par un organe oscillateur électronique qui constitue la base de temps d'ouverture et de fermeture de l'élément qui sert d'interrupteur, l'élément de porte et l'élément servant d'interrupteur pouvant au choix former un meme circuit ou etre montés séparément, la limite de l'intensité croissante à du champ magnétique inductif créé dans le transformateur étant déterminée en fonction du temps de fermeture et de la tension d'alimentation, tandis que la puissance de sortie est fonction de cette intensité et de la fréquence prévue pour l'organe oscillateur.