Brevet FR2374814A1 — publié le 19780713

-La présente invention concerne les circuits autooscillateurs du type ballast et plus particulièrement un circuit ballast perfectionné destiné à la commande des lampes fluorescentes notamment de 35 à 40 Watt. Les circuits ballast pour lampes fluorescentes sont le plus souvent du type auto transformateur fonctionnant à une fréquence de 120 H%, dans lequel la caractéristique de saturation du transfo=nateur est utilisée pour engendrer le courant nécessaire au fonctionnement de la lampe. Toutefois, de tels circuits sont- relativement lourds et en- comburants; en outre, ils dissipent une importante quantité de chaleur et leurs possibilités sont réduites malgré une fréquence de fonctionnement relativement basse, située dans la gamme des fréquences audibles. les circuits ballast peuvent également être constitués par un basculeur flip-flop associé à un transformateur à noyau saturable. La saturation de ce noyau limite le mourant et de ce fait la lampe ne peut être endommagées rependant, les caractéristiques de saturation du noyau sont irrégulières et ne peuvent pas être déterminées à l'avance avec la pré vision nécessaire, ce qui rend aléatoires la réalisation et l'utilisation d'un tel circuit. Les circuits ballast peuvent également eatre consti- tués par un générateur d'oscillations rectangulaires trans- formées en oscillations sinusoïdales par-.les moyens habituels appropriés0 Toutefois, on a constaté qu'il est préférable d'engendrer directement des oscillations sinusoïdales, ce qui d'une part procure de meilleurs résultats, et d'autre part est moins coûteux. Ainsi que décrit dans la demande de brevet français No 77 05650 déposée le 25 Févier 1977 au nom de GE3 SYlVANIA INCs , un circuit ballast peut également être constitué par un oscillateur réglable comprenant une pluralité d'enroulements inductifs ayant une fréquence de résonance déterminée, com- mandant un oscillateur couplé au circuit de décharge consti tué par la lampe et interdisant tout retour indésirable de courant à l'oscillateur. outre, certains circuits additionnels doivent titre prévus pour éviter les oscillations transitoires et les interférences avec les signaux radiophoniques, ce qui est relativement coflteux0 La présente invention a pour objet un circuit perfectionné du type ballast, particulièrement prévu pour commander une lampe, dans lequel les régimes transitoires durant la commutation des transistors sont réduits au minimum. Un tel circuit présente également l'avantage d'assurer la protection requise lorsque le circuit de charge est ouvert et de permettre de corriger le fac- teur de puissance. Selon la présente invention, un tel circuit perfectionné est constitué par un oscillateur réglable couplé à un redresseur relié à une source de courant alternatif au moyen d'un circuit d'entrée permettant la correction du facteur de puissance0 Un premier trsnsformateur comprend des enroulements reliés à l'oscillateur et à l'enroulement d'un second transformateur relié en série avec un condensateur de manière à former un circuit résonance Le circuit d'utilisation est connecté aux bornes du condensateur du circuit résonnant, Le second transformateur comprend un enroulement associé à un circuit de blocage couplé au redresseur, tandis que le premier transformateur est associé à un circuit permettant l'adaptation au temps de transition du tran sistor0 On comprendra mieux l'invention et d'autres buts, caractéristiques et avantages de celle-ci apparattront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, en se reportant-au dessin annexé, description et dessin étant donnés à titre d'exemple non limitatif pour illustrer un mode de réalisation de l'in Invention, la figure l représente le schéma de principe d'un premier mode de réalisation conforme à l'invention0 la figure 2 représente le schéma de principe d'un second mode de réalisation conforme à l'invention. La figure 3 représente la courbe de l'intensité du courant dans chaque transistor du générateur de courant sinusoldal. La figure 4 représente la forme en L du graphique couranttension. La figure 5 représente le graphique de la concentration des porteurs minoritaires-dans la base d'un transistor. Sur la figure 1, une source de courant alternatif 3 est reliée à un redresseur 7 par un circuit d'entrée Sa Le générateur de courant sinusoSdal 9 est relié d'une part à la sortie du redresseur 7 et d'autre part à un premier transformateur 11, ce dernier assurant le couplage du générateur précité à un second transformateur 130 Le circuit d'entrée 5 permet d'effectuer la correction du facteur puissance et un filtrage du courant. Aux bornes du circuit 5 est disposé le condensateur 15 par l'intermédiaire des diodes 27 et 33. Les bornes d'entrée du redresseur 7 sont respectivement reliées à la source de courant alternatif 3 par l'intermédiaire respectivement des enroulements 17 et 19, faiblement couplés l'un avec autre. Les condensateurs 21 et 23 sont reliés respectivement par une de leurs extrémités à l'enroulement 17 et à l'enroulement 19 et par l'autre extrémité à une source de tension de référenee ou à-la masse En outre, un dispositif suppresseur de transitoires 25 est, dans cet exemple, connecté aux bornes de la source 30 Le redresseur 7 est constitué par les quatre diodes 27j 29, 31 et 33 formant un pont classique. Le générateur de courant sinusoldal 9 comprend un premier et un second transistors,respectivement 35 et 37 l'émetteur du transistor 35 étant relié en série au collecteur du transistor 37, et l'ensemble étant disposé en parallèle avec le redresseur 7. Deux résistances 39 et 45 sont disposées respectivement entre la base et le collecteur des transistors 35 et 37. les condensateurs 41 et 47 sont respectivement disposés en parallèle avec les diodes 43 et 49, le condensateur 41 et la diode 43 étant reliés à la base du transistor 35, le condensa-teur 47 et la diode 49 étant reliés à la base du transistor 37. le transformateur 11 comprend un enroulement secondaire divisé en deux fractions 51 et 53, la fraction 51 est reliée d'une part à l'émetteur du transistor 35 et d'autre part à l'autre extrémité commune du condensateur 41 et de la diode 43. Symétriquement, la fraction 53 de l'enroulement secondaire du transformateur ll est reliée d'une part à l'émetteur du transistor 37 et d'autre part à l'autre extrémité commune du condensateur 47 et de la diode 49. L'enroulement primaire 55 du transformateur ll est relié directement à l'enroulement primaire 57 du transformateur 13. Cet enroulement 57 est divisé en deux fractions reliées par un condensateur 59 le premier enroulement secondaire 61 du transformateur 13 est relié au circuit de charge 63, constitué ici par deux lampes fluorescentes, au moyen de deux condensateurs 65 et 67 reliés par le condensateur 59 au circuit résonnant série. le point milieu de l'enroulement secondaire 69 dU-trans- formateur 13 est relié directement à une borne du redresseur 70 Les extrémités de cet enroulement sont reliees '-i l'autre borne du redresseur 7 respectivement par " intermédiaire des diodes 71 et 73, elles-mêmes relises à une borne de 1'impédnce 1) dont l'autre borne est connectée au redresseur 7O La portion de circuit 77 comprend une diode 7' et une résistance 81 prévu; pour agir sur le temps le transition du transistor 350 Symétriquement, la portion de circuit 78 comprend une diode 83 et une résistance 85 prévues pour agir sur le temps de transition du transistor 37o Les éléments 79 et 81 de la portion de circuit 77 sint reliés d'une part au collecteur du transistor 35 d'autre part à la base de ce transistor par l'intermédiaire du condensateur 41 et de la diode 43. Une disposition identique existe pour la portion de circuit 78, concernant les éléments 83 et 85, le transistor 379 le condensateur 47 et la diode 49. D'autres types de circuit peuvent autre utilisés polir agir sur le temps de transition des transistors0 La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention0 Les constituants de ce circuit portent des référent ces identiques aux éléments de la figure 19 sauf ceux faisant l'objet de la modification que constitue ce second mode de réa lisation. Sur cette figure, dans le circuit 5 de correction du facteur de puissance, le moyen suppresseur de transitoires 25 est relié dQune part au point de liaison-entre l'enroulement 17 et le condensateur 21, autre part au point de liaison entre la source de courant alternatif 3 et lgenrouleme.lt 19. Bien entendu, on peut inverser ce branchement et relier le moyen suppresseur de transitoires 25 d'une part au point de liaison de l'enroulement 19 et du condensateur 23, et d'autre part au point de liaison de la source 3 et de lwenroulement 17o Suivant ce deuxième mode de réalisation, le transforma- tevr 13 est pourvu d'un enroulement secondaire supplémentaire 87 relié à un enroulement primaire supplémentaire 91 du transformateur 11 par l'intermédiaire d'une impédance représentée dans cet exemple par.la résistance 89e Dans ces conditions, il est possible d'agir sur le temps de transition des transistors au moyen d'un autre circuit, et les portions de circuit 77 et 78 de la figure 1 sont inutiles. Suivant la forme de réalisation représentée figure 2, un signal de transition parasite est source Z un filtrage à deux étages : l'un constitué par le moyen suppresseur 25 formant filtre actif, l'autre par les enroulements 17 et 19 et le circuit de charge formant filtre passif passe-bas. Ce double filtrage permet d'utiliser des dispositifs suppresseurs de transitoires relativement peu croûteux, ayant une courbe caractéristique moins rectangulaire et moins critique que précédemment. le moyen suppresseur de transitoires 25 peut autre favorablement constitué par une varactance à oxyde de métal (MOV) ou bien par un ensemble de deux diodes Zener montées an parallèle en opposition. En outre, le circuit constitué d'une part par l'enroulement 17 et le condensateur 21 , et d'autre part par Iren roulement 19 st le condensateur 23 forme un filtre passe-bas permettant d'éviter toute interférence avec les signaux radio. Ce circuit présente en plus une haute impédance aux signaux se dirigeant vers la source de courant alternatif 3. Du fait que les deux enroulements 17 et 19 sont faiblement couplés, les courants traversant l'un d'eux sont annulés par les courants de signe opposé traversant llautre. En fonctionnement, une tension continue pulsée à la fréquence de 12Q Hz est appliquée à l'oscillateur 9. Cet oscillateur 9 , relié à un circuit résonant-série constitué par l'enroulement primaire 55 du transformateur 11, l'enroulement primaire 57 du transformateur 13 et le condensateur 59 fonctionne à une fréquence d'environ 33 kHz. le circuit de charge qui inclut les lampes 63 et l'en- roulement secondaire 61 su transformateur 13 est relié en parallèle avec le condensateur 59 par l'intermédiaire des condensateurs 65 et 67. Initialement, la majeure partie du courant traversant l'oscillateur 9 traverse également le circuit résonant, lequel présente une impédance relativement basse tandis que les lampes disposées en parallèle présentent une impédance relativement élevée et de ce fait ne sont pratiquement pas alimentées. Lorsque les lampes commencent à stioniser, l'intensité du courant les traversant augmente, tandis que celle du courant traversant le circuit résonant diminue. Le facteur Q du circuit réservoir est alors réduit lorsque le courant disponible est appliqué aux lampes0 En l'absence des lampes 63, le circuit de charge est ouvert, et le courant traversant l'enroulement primaire 57 du transformateur 13 tend à augmenter. Mais cette augmentation entrasse $ son tour celle de la tension aux bornes de l'enroulement secondaire 69, provoquant la conduction des diodes 71 et 73:il en résulte la coupure de la tension aux bornes des transistors 35 et 37 et celle qui existe aux bornes de l'enroulement primaire 57 est maintenue à un niveau déterminé.De ce fait, les transistors sont protégés contre les surtensions résultant de l'absence des lampes 630 D'autre part, on sait que les transistors ont une caractéristique de temps de transition qui peut titre définie par le temps nécessaire pour déplacer les porteurs minoritaires en excés dans la base du transistor.En d'autres termes, un temps donné est nécessaire pour dépiacer ces porteurs lors de la commutation d'un transistor0 Jusqu'à présent, ce fait n'stait pas pris en considération dans les circuits du type ballast.--Il en résultait un fort courant collecteur et une tension collecteur-émetteur importante durant le temps des commutations0 Gomme représenté figure 3, le courant collecteur 1c1 d'un transistor se superposait au courant collecteur additionnel-Ic2 du second transistor, en l'absence de toute compensation pendant le temps de transition du transistor0 Par suite, les deux transistors étaient conducteurs pendant le temps de transition, et ils devaient être choisis de telle façon qu'une puissance relativement importante puisse être dissipée pendant le régime transitoireO La courbe de commutation JL est représentée graphiquement sur la figure 4 . En circuit de compensation du temps de transition permet d'utiliser un transistor ayant une réponse en forme d'L, à faible puissance en régime transitoire, comme représenté par la courbe B de la figure 4, et d'utiliser des transistors 9 commutation rapide relativement bon marché. Pour réaliser cette compensation, on peut réduire le nombre de porteurs minoritaires en excès avant la commutation du transistor en ramenant la conductivité de ce dernier de son domaine de saturation à son domaine d'activité, comme représenté sur le schéma de la figure 5, figure empruntée à la page 259 du livre "Electronic Devices and Circuits n publié par Mc Graw Hill 1967; les porteurs minoritaires sont en excès dans la région de la base située entre le domaine de saturation et le domaine d'activité. En outre, dans le domaine actif, la liaison basecollecteur est branchée en inverse. Par suite, en ramenant pratiquement à zéro le nombre de porteurs minoritaires en excés avant la commutation, les difficultés présentées par le temps de transition sont pratiquement éliminées, et il est possible d'utiliser un transistor de faible puissance en régime transitoire. Ainsi qu'il a été déjà indiqué concernant le schéma de la figure 1, la portion de circuit 77 concernant le transistor 35 et la fraction de circuit 78 concernant le transistor 37 agissent lorsque chacun des transistors correspondants est proche de la condition de commutation ,sur le courant de base, le limitant à un niveau tel que la différence de tension base-collecteur soit pratiquement nulle. la concentration des porteurs minoritaires en excès est pratiquement nulle et,lors de la commutation,le courant collecteur est nul Ainsi qu'il a été indiqué concernant le schéma de la figure 2, l'action sur le temps de transition peut titre déterminée par 11enroulement secondaire 87 du transformateur 13, qui est prévu pour déterminer un déphasage de 902 de la tension par rapport au courant parcourant les enroulements primaires 55 et 57e De ce fait, le courant parcourant ltenroule- ment secondaire 87, la résistance 89 et l'enroulement primaire 91 du transformateur l1 est déphasé de 900 par rapport au cou rant parcourant les enroulements primaires 55 et 57o Le courant déphasé de 90 dans l'enroulement primaire 91 est vectoriellement additionné aux courants traver- sant les enroulements secondaires 51 et 53 du transformateur 11. le courant résultant appliqué à la base des transistors 35 et 37 détermine par la valeur des enroulements et de la résistance 89 le déphasage du courant collecteur dun angle choisi. Ainsi, cette tension appliquée à la base des transistors 35 et 37 est phase de manière que le courant collecteur soit suffisant pour compenser le temps de transition des transistors, Dans ces conditions9 les transistors 35 et 37 ne sont commutés que lorsque le courant collecteur est nul, ce qui permet d'utiliser des transistors bon marché. Bien que deux modes préférés de réalisation de ltln- Invention seulement aient été décrits, il est entendu que toute modifieation apportée par l'Homme de l'Art dans l'esprit de l'invention ne sortirait pas du cadre de la -présente- invention REVENDICATIONS 1. Circuit auto-oscillateur du type ballast prévu notamment pour la commande des lampes fluorescentes , caractérisé en ce qu'il comprend * - une source de courant alternatif - un circuit d'entrée alimenté par la dite source ,incluant des moyens de filtrage et de correction du facteur de puis sance, - des moyens redresseurs connectés aux dits moyens de filtrage et de correction du facteur de puissance , - un oscillateur et des moyens de couplage au circuit d'utili sation disposés en cascade, incluant un premier transforna- teur dont chacune des deux fractions de l'enroulement secon daire constitue respectivement la charge de chacun des tran sistors du dit oscillateur, un second transformateur dont une premiers fraction de ltenroulemeilt primaire est disposée en série avec l'enroulement primaire du dit premier transforma- teur, tandis que la deuxieme fraction de 11 enroulement pri maire du. dit second transformateur est connectée à la dite première fraction par linterme,diaire d'un condensateur, de manière à former un circuit résonant-série, un premier enrou lement secondaire du dit second transformateur étant divisé en fractions, telles qu'au nombre de trois, formant les moyens de liaison au circuit de charge, tandis qutun enrou lement secondaire supplémentaire du dit second transformateur est relié au dit redresseur par l'intermédiaire de deux diodes et d'une impédance afin de limiter la tension à un niveau déterminé lorsque le circuit de charge est ouvert, - des moyens de correction du temps de transition des transis tors du dit oscillateur 2o Circuit oscillateur selon la revendication 12 caractérisé en ce que le circuit d'entrée incluant des moyens de filtrage et de correction du facteur de puissance comprend:: - un premier enroulement inductif connecté d'une part à l'une des bornes de la source de courant alternatif et d'autre part à une borne d'un premier condensateur dont l'autre borne est connectée aussi bien à une source de tension de réf érence qu'à la masse, - un second enroulement inductifconnecté d'une part à l'autre borne de la source de courant alternatif et d'autre part-à une borne d'un second condensateur dont leautreJhorne es-t- connectée aussi bien à la dite source de tension de réfé-4 rence qu'à la masse, - un moyen suppresseur de transitoires connecté de façon à former un filtre actif les bornes d'entrée du redresseur étant connectées respecti vement aux points de jonction des dits enroulements inductifs et des dits condensateurs0 3. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 2 caractérisé en ce que les premier et second enroulements inductifs sont couplés. 4. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen suppresseur de transitoir est connecté directement aux bornes de la source de courant alternatif. 5. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen suppresseur de transitoires est connecté d'une part au point de jonction de l'un des enroulements inductifs et de son condensateur associé, et d'autre part à la borne de la source ae courant alternatif à laquelle est connecté l'autre enroulement inductif. 6. Circuit auto-oscillateur selon les revendications 4 ou 5 , caractérisé en ce que le moyen suppresseur de transitoires est constitué par une varactance à oxyde de métal. 7. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que Ie moyen suppresseur de transitoires est constitué par deux diodes Zener disposées en parallèle en opposition. 8. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen agissant sur le temps de transition des transistors d l'oscillateur est constitué-par la seconde portionde l'enroulement primaire du premier transformateur connectée en série par l'intermédiaire d'une re'citanee avec une troisième portion de l'enroulement secondaire du second transformateur, de façon à agir sur la phase du courant pour réduire le courant collecteur traversant les transistors pendant leur temps de transition. 9. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen agissant sur le temps de transition des transistors est constitué pour chacun de ceux-ci par une diode et une résistance insérées entre l'enroulement secondaire du premier transformateur et l'électrode de sortie correspondante, de telle façon que le domaine de conduction des transistors soit le domaine actif préalablement à la com nutation du transistor vers l'état bloqué. 10. Circuit auto-oscillateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit d'entrée permettant de corriger le facteur de puissance est constitué par un condensateur disposé en parallèle avec le redresseur