Brevet FR2354677A1 — publié le 19780106

L'invention concerne l'alimentation des lampes fluorescentes telles que les tubes fluorescents a partir d'une source de courant continu. Elle s1 applique notamment aux installations d'eclairage de sécurité dans lesquelles la source de courant est une batterie d'accumulateurs. Dans une telle installation il est usuel d'alimenter les lampes fluorescente: en courant alternatif sinusoïdal au moyen d'un convertisseur comprenant un transformateur. Ceci permet d'obtenir aux bornes de la lampe la tension nécessaire a son fonctionnement, a partir de la tension plus basse de la batterie. Le but de ltinvention est d'ameliorer le rendement de la lampe et du convertisseur, c'est- -dire de diminuer la consomnation d'energîe nesessaire pour un flux lumineux déterminé. Ceci a le double avantage d'augmenter l'autonomie de l'installation et de réduire le dégagement de chaleur, qui peut être préjudiciable au fonctionnement de la batterie. L'invention a pour objet un procédé d'alimentation d'une lampe fluorescente en courant alternatif a partir d'une source de courant continu au moyen d'un convertisseur comprenant un transformateur possédant un enroulement primaire et un enroulement secondaire en série avec ladite lampe et avec une impédance ballast, caractérisé par le fait que ledit enroulement primaire et ledit enroulement secondaire présentent chacun une tension aux bornes de forme sensiblement rectangulaire > et que ladite impedance est une resistance. La tension sensiblement rectangulaire aux bornes de l'enroulement secondaire se traduit par un courant alternatif d'alimentation de la lampe au travers de la résistance ballast sensiblement rectangulaire, c'est-à-dire dont la valeur absolue est sensiblement-constante. Il en résulte un rendement lumineux accru par rapport a un courant d'alimentation sinusoidal. En effet, le flux lumineux est déterminé par la valeur absolue moyenne du courant d'alimentation, tandis que la puissance consommée et proportionnelle- à la valeur efficace de ce courant. Lorsque le courant est rectangulaire, ces deux valeurs sont égales a la valeur absolue constante du courant, alors qu'en sinusoïdal la valeur moyenne est inférieure dtenviron 10% à la valeur efficace. La tension rectangulaire aux bornes de l'enroulement primaire peut être obtenue en portant le point milieu de cet enroulement sensiblement au potentiel dtune première borne de la source, et les deux extrémités de cet enroulement alternativement au potentiel de la seconde borne de la source, par exemple par l'intermédiaire d'organes interrupteurs alternativement conducteurs et non conducteurs, tels que des transistors alternativement saturés et bloqués. Dans ce dernier cas, les pertes thermiques sont encore réduites au niveau des transistors par rapport a un fonctionnement du convertisseu en régime sinusoidal. La saturation et le blocage des transistors peuvent être réalisés par le courant induit dans un second enroulement secondaire du transformateur dont les extrémités sont reliées respectivement aux bases des transistors. Cette disposition simplifie l'installation en ne nécessitant pas de circuit de commande extérieur au convertisseur. L'invention sera mieux comprise grace à la description d'un exemple de mise en oeuvre donnée ci-après à titre illustratif et non limitatif, en regard du dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma electrique d'un dispositif d'éclairage à tube fluorescent, - les figures 2a, 2b, 2c donnent des courbes de variations de trois parametres de fonctionnement du dispositif de la figure 1. Le dispositif comprend une batterie d'accumulateurs I alimentant un tube fluorescent 2 au moyen d'un convertisseur comportant un transformateur à noyau de ferrite. Le transformateur 3 possède un enroulement primaire AB et un premier enroulement secondaire CD, en série avec le tube 2 et avec une résistance ballast R4, qui peut être une lampe à incandescence. L'enroulement primaire AB est muni d'une prise de milieu M, reliée par l'intermédiaire d'un interrupteur K à la borne positive de la batterie 1.L'extrémité A de l'enroulement primaire est reliée au eollecteur d'un transistor NPN T1 dont l'émetteur est relie à la borne négative de la batterie 1, et l'extrémité B est reliée de la meme façon à la borne négative par l'intermédiaire d'un second transistor NPN T2 (pratiquement les différentes liaisons avec la borne négative sont realisées par la masse du dispositif). Les bases-de ces ?deux transistors sont connectées respectivement, par l'intermédiaire de deux résistances R1 et R2, aux extrémités J et L d'un second enroulement secondaire JL du transformateur 3. le point milieu N de l'enroulement JL est relie au point M par l'intermédiaire d'une resistance R3 et d'un condensateur C1 en parallèle.Le point N est relié d'autre part à la cathode d'une diode D1 dont l'anode est reliée à la borne négative de la batterie 1. Le transformateur comprend en outre trois enroulements secondaires auxiliaires DE, GH et EF, les deux premiers alimentant les filaments du tube 2 et l'extrémité F du troisième étant reliée à un écran de polarisation 4 et au pôle négatif de la batterie 1. L'enroulement EF crée une différence de potentiel entre l'écran et les électrodes du tube, favorisant l'amorçage de ce dernier. Lorsqu'on ferme l'interrupteur K, un courant s'établit à travers la résistance R3 et la jonction base-emetteur de l'un des transistors T1 et T2, soit T1 pour fixer les idées-. Ce transistor devient conducteur, un courant passe dans le demi-enroulement AH, créant dans l'enroulement JL une force électromotrice d1 induction qui assure la saturation du transistor Tl et le blocage du transistor T2. La résistance de de la branche de circuit K M A Tl étant négligeable, la tension aux bornes du deni-enroulement AM est sensiblement égale à la tension V1 aux bornes de la batterie 1.Cette branche est donc traversée par un courant il croissant selon la loi dt n L , L1 étant il AM et BM, et il s'établit dans le circuit magnétique du transformateur 3 un d# V1 flux d'induction # variant linéairement selon la loi = . dt n1 Lorsque # atteint une valeur #s, correspondant à la saturation du circuit magnétique, l'inductance du demi-enroulement AM s'effondre et le courant il s'élève brusquement. D'autre part, le courant-de base du transistor T1 n'est plus entretenu par la force électromotrice dtinduction du demi-enroulement JN et ce transistor tend à se bloquer, provoquant la diminution du courant i1 Le flux diminue alors, créant dans l'enroulement JL une force électromotrice d'induction en sens inverse qui achève de bloquer le transistor T1 et assurela saturation du transistor T2. il s'établit alors dans la branche de circuit di2 V1 K M B T2 un courant i2 croissant selon la loi = , tandis que le dt n1L1 d# V1 flux # diminue linéairement selon la loi - =, s'annule, change de sens dt n1 et croît de nouveau en valeur absolue jusqu'à la valeur -#, pour laquelle on assiste à un nouveau processus de basculement. Compte tenu de la loi de variation indiquée le temps nécessaire pour que 2n1 #s le flux # passe de #s à -#s ou inversement est T = . Les temps de V1 basculement étant négligeables par rapport à T, # est donc une fonction du temps périodique alternative en dents de -scie de période 2T et d'amplitude #s, représentée par la courbe a de la figure 2a. Pendant la demi-période où T1 est conducteur, il apparaît par induction entre les bornes du demi-enroulement BM une tension égale à celle présente entre les bornes du demi-enroulement AM, et la tension entre les bornes de l'enroulement AB est donc VB - VA - 2V1. De même, pendant la demi-période où T2 est conducteur, on a VB - VA = -2V1. La tension aux bornes de l'enroulement AB est donc une fonction alternative de forme sensiblement rectangulaire d'amplitude 2V1 représentée par la courbe b de la figure 2b. L'enroulement secondaire CD quant à lui présente une tension aux bornes VD - VC = n2 d# , n2 étant le nombre de spires de ltenroulement CD, soit n VD - VC = V1 lorsque T1 est conducteur et VD - VC =- n1 lorsque T2 est n1 n1 conducteur. La tension aux bornes dé l'enroulement CD est donc elle aussi ne fonction alternative de forme sensiblement rectangulaire, dont l'amplitude. n2 2 est V2 = V1, et qui est représentée par la courbe C de la figure 2c. n1 En appelant VT la force contre-électromotrice du tube 2 et r la valeur de la résistance R49 le courant i2 circulant dans le circuit formé par l'enroulement CD, le tube 2 et la résistance R4 est en valeur absolue V2 - VT |i2| = , et change de sens à chaque alternance. C'est donc un r courant alternatif rectangulaire, dont la courbe de variation est semblable a celles des tensions aux bornes des deux enr-oulements. Ce courant d'alimentation du tube constant en valeur absolue, outre l'amélioration du rendement déjà signalée, elimine les crêtes de courant et allonge ainsi la durée de vie du tube. Bien entendu* l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit, et l'on pourra, sans sortir du cadre de l'invention, remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Procédé d'alimentation dune lampe fluorescente en courant alternatif à partir d'une source de courant continu au moyen d'un convertisseur comprenant un transformateur possédant un enroulement primaire et un enroulement secondaire en série avec ladite lampe - et avec une impédance ballast, caractérisé par le fait que ledit enroulement primaire et ledit enroulement secondaire présentent chacun une tension aux bornes de forme sensiblement rectangulaire et que ladite impédance est une résistance. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le point milieu dudit enroulement primaire est porte sensiblement au potentiel d'une première borne de ladite- source et que les deux extremites dudit enroulement sont portées alternativement sensiblement au potentiel de la seconde borne de ladite source. 3/ Procédé selon la revendication 2, caractérisé par le fait que chacune desdites extrémités est reliée à ladite seconde borne par un organe interrupteur, lesdits deux organes étant alternativement conducteurs ét non conducteurs. 4j Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que lesdits organes interrupteurs sont des transistors alternativement satures et bloqués. 5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que la saturation et le blocage desdits tranistors sont réalisés par le courant induit dans un second enroulement secondaire dudit transformateur dont les extrémités sont reliées respectivement aux bases desdits transistors.