Brevet FR2401587A1 — publié le 19790323

La présente invention concerne un convertisseur a transistors pour l'alimentation en tension de lampes fluorescentes, Des convertisseurs de ce type sont nécessaires pour assurer le fonctionnement de lampes fluorescentes å partir de réseaux de bord a tension continue, d'accumulateurs, etc. et ils sont utilisés, en particulier/ dans les véhicules du trafic public. Ces convertisseurs sont constitués d'éléments de montage statiques et ils sont fréquemment intégrés aux lampes. Des lampes de ce type sont généralement appelées "lampes a protection par transistors". Tant pour des raisons acoustiques que pour réduire leur transformateur, les convertisseurs fonctionnent dans le domaine de 20 kHz. Jusqu' présent, on a applique simultanément les tensions de fonctionnement nécessaires pour les tubes fluorescents, c'est-a-dire la tension alternative auxiliaire de chauffage, de travail et d'allumage, En conséquence, on a des fréquences de mise en circuit d'environ 20.000 a 30.000 commutations par lampe. On sait que l'on peut augmenter considérablement (t'est-a-dire d'un facteur d'enyixon 1Q et plus? la durée de vie de ces lampes fluorescentes en préchauffant continuellement les spires chauffantes. Toutefois, le courant de chauffage permanent soumet la batterie et la lampe a une charge continue inopportune. La présente invention a pour objet d'augmenter la durée de vie de ces lampes fluorescentes alimentées par un convertisseur, d'éviter la charge continue de la batterie et d'améliorer ces appareils de protection ou ces convertisseurs a transistors tant en ce qui concerne ces conditions que pour élever le bilan de puissance lumineuse vis-S-vis de la puissance d'utilisation électrique. On réalise cet objet pour un convertisseur a transistors du type indiqué dans l'introduction citdessus grâce au système de l'invention qui sera décrit ci-après. A cet effet, dans un montage avantageux, l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative de travail est raccordé, d'une part, directement et, d'autre part, indirectement par l'intermédiaire d'un Triac monté en série, aux sorties prévues pour le raccordement des lampes, ce Triac pouvant être commandé par l'état de charge d'un condensateur d'allumage raccordé a l'enroulement secondaire. En outre, il est judicieux de raccorder le condensateur d'allumage, par son électrode positive, d'une part, par l'intermé- diaire d'une diode, à une des extrémités de l'enroulement de sortie prévu pour la tension alternative de travail et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un Diac, à l'électrode d'allumage du Triac. Il est également avantageux de monter en série, entre le Triac et une des sorties prévues pour le raccordement des lampes, un condensateur auxiliaire qui, pendant le temps de retard d'allumage, peut & re charge par l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative auxiliaire d'allumage, ainsi que par l'intermédiaire d'une diode. On réalise une amélioration complémentaire lorsque les éléments de commutation statiques sont conçus de telle sorte qu'avec le débit de la tension alternative de travail, il se produise une réduction et, de préférence, une mise hors circuit de la tension alternative de chauffage.A cet effet, il est avantageux que l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative de travail puisse & re raccordé aux sorties prévues pour le raccordement des lampes par l'intermédiaire d'un Triac monté en série, que l'enroulement principal de chauffage du transformateur du convertisseur alimente les spires chauffan- tes des lampes fluorescentes par l'intermédiaire des raccordements montés avec Triac et que les Triacs prévus pour la tension alternative de travail et de chauffage puissent entre inversés par des transistors de commande qui leur sont attribués et qui sont d'un type de conduction différent, ainsi qu'au moyen d'un élément temporisé alimenté par un enroulement secondaire auxiliaire du transformateur du convertisseur. I1 est également avantageux de raccorder les connexions prévues pour les spires chauffantes aux enroulements secondaires séparés d'un transfor mateurdèi:hauffage dont l'enroulement primaire est raccordé, au moyen d'un seul Triac, à l'enroulement de chauffage principal du transformateur du convertisseur.Au lieu du Triac pour la tension de chauffage, il est également favorable d'utiliser un pont à diodes dont les raccordements au courant alternatif sont montés dans le circuit de courant situé entre l'enroulement de chauffage principal et l'enroulement primaire du transformateur de chauffage, les raccordements au courant continu de ce pont étant montés dans le circuit eetteurtcollecteur d'un transistor de commande, Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé. La fig. 1 représente un convertisseur à transistors avec raccordement de lampes fluorescentes de 40 W sans réduction de la tension alternative de chauffage ; La fig. 2 représente un convertisseur à transistors de ce type avec raccordement de lampes fluorescentes de 40 W avec réduction supplémentaire de la tension alternative de chauffage,st La fig. 3 représente un convertisseur à transistors du type illustré en fig. 2, mais modifié pour des températures et des fréquences plus élevées. A la fig. l, on ne représente que le transformateur de sortie 2 d'un convertisseur à transistors 1 (cadre en traits discontinus). La partie de conversion proprement dite prévue devant le transformateur de sortie 2 n'est pas illustrée plus en détail, étant donne qu'elle ne forme pas objet de l'invention et qu'elle est également connue, On part, par exemple, d'un convertisseur à transistors en montage symétrique push-pull. Aux entrées 3 et 4 du convertisseur, est appliquée une tension continue de fonctionnement qui, dans le cas present, est par exemple de 24 V. Aux sorties 5, 6 et 7, 8, ainsi qu'à la sortie Z, est raccordée une lampe fluorescente 9. Les cathodes incandescentes 10 et 11 de la lampe fluorescente 9 sont alimentées par les sorties 5, 6 et 7,8 et, à cet effet, elles sont raccordées directement aux enroulements secondaires de chauffage 12 et 13 du transformateur de sortie 2. Un autre enroulement secondaire 14 prévu pour la tension alternative de travail de la lampe fluorescente 9 peut être raccordé, par l'intermédiaire d'un Triac 15, aux sorties 6 et 7 entre les deux cathodes incandescentes 10 et 11. La tension alternative auxiliaire d'allumage est produite par un autre enroulement secondaire 16 et elle est appliquée par 11 intermédiaire de la sortie Z, à un écran d'allumage 17 de la lampe fluorescente 9. Si la tension alternative de travail doit parvenir à la lampe fluorescente 9, il convient d'allumer le Triac 15. Cet allumage A lieu lorsqu'un condensateur d'allumage 18 est charge, par l'intermédiaire d'une diode 19 et d'une résistance série 20, a une valeur telle qu'il se produise un claquage au Diac 21 et qu'un courant d'allumage pour le Triac 15 puisse passer. Si le convertisseur est mis en circuit, il commence alors a osciller librement et les cathodes incandescentes 10 et 11 de la lampe fluorescente 9 reçoivent immédiatement la tension par les enroulements secondaires 12 et 13, En même temps, la tension alternative auxiliaire d'allumage venant de l'enroulement secondaire 16 est appliquée à l'écran d'allumage 17. Au départ, la tension alternative des lampes ou la tension alternative de travail n'est pas encore présente, puisque le Triac 15 ne s'est pas encore allumé. La tension alternative fournie à l'enroulement secondaire 14 est redressée au moyen d'une diode 19 et par l'intermédiaire d'une résistance série 20, elle charge un condensateur électroytique 18-.A une tension de condensateur définie, le Diac 21 devient conducteur et allume le Triac 15. De la sorte, après un temps détermine, par exemple, de 1/2 à 1 seconde, que l'on peut faire varier en modifiant la résistance série 20, la tension alternative de travail arrive avec un certain retard à la lampe fluorescente 9 et cette dernière peut s'allumer. Au cours du retard d'allumage précité, il se produit, en outre, une charge d'une diode 22 par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire 16 prévu pour la tension alternative auxiliaire d'allumage, ainsi qu'une charge d'un condensateur auxiliaire par l'intermédiaire d'une résistance série 23.Au moment de l'allumage, la tension alternative de travail vient alors s' ajouter à la tension auxiliaire de condensateur, donnant ainsi lieu à une brusque élévation de tension qui, m8me en présence de températures négatives, permet un allumage parfait de la lampe fluorescente 9. Si la lampe fluorescente s'est allumée, le courant de travail est limité, par une résistance série 25 tributaire de la tension, à une valeur dépendant de la tension de fonctionnement. A cet effet, cette résistance série 25 est montée en parallèle avec un autre condensateur électrolytique 26 qui, par son p61e positif et por l'intermédiaire d'une diode 27, est raccordé à l'enroulement secondaire 14 tandis que son pôle négatif est raccordé au pOle correspondant du condensateur d'allumage. Le chiffre de référence 28 désigne encore une diode de découplage. Dans la mesure ou il a une structure analogue à celle représentée à la fig. 1, le convertisseur illustré à la fig. 2 et prévu pour une réduction supplémentaire de la tension alternative de chauffage est désigne par les mêmes références. Dans ce cas également, une tension continue de fonctionnement de 24 V est appliquée aux entrées 3,4 du convertisseur 1. Une lampe fluorescente 9 est à nouveau raccordée, par ses spires chauffantes 10, 11 aux sorties 5, 6 et 7,8. Les sorties 5, 6 et 7, 8 sont alimentées par des enroulements secondaires sépares 32 et 33 d'un transformateur de chauffage 34 dont l'enroulement primaire 35 peut être raccordé, par l'intermédiaire d'un Triac 36, à l'enroulement de chauffage principal 13 du transformateur 2 de l'inverseur.Le chiffre de référence 37 désigne encore un autre enroulement secondaire du transformateur de chauffage 34, cet enroulement secondaire pouvant être utilisé pour le fonctionnement en série de deux lampes fluorescentes de 20 W. Cet enroulement correspond à l'enroulement 32. Le Triac 36 est commandé par un transistor 38 qui est influencé par un élément temporisé 39 du type à basculement.Un autre enroulement secondaire 14 du transformateur 2 du convertisseur a pour but de délivrer la tension alternative de travail pour la lampe fluorescente 9 et il peut être raccordé, par un autre Triac 15, aux sorties 6, 7 entre les deux spires chauffantes 10, 11, Un écran d'allumage auxiliaire 17 éventuellement prévu pour la lampe fluorescente 9, peut être raccordé à la sortie 6 comme le montre le dessin Si la tension alternative de travail doit parvenir à la lampe fluorescente 9, il convient d'allumer le Triac 15. Cet allumage a lieu lorsque l'élément temporisé 39 (minuterie) alimenté par un enroulement -secondaire auxiliaire spécial 40 du transformateur 2 du convertisseur par l'intermédiaire d'un pont redresseur 41, commande un transistor 42 agissant sur la porte du Triac 15. Les transistors de commande 42 et 38 sont de types de conduction différents ; c'est ainsi que, dans le cas présent, le transistor de commande 42 est, par exemple, un transistor PNP, tandis que le transistor de commande 38 est un transistor NPN.Les deux transistors 42 et 38 sont influencés d'une manière constamment inversée par des signaux "bas / hauts" à la sortie 43 de l'élément temporisé 39 Lorsque le transistor de commande 42 est conducteur, le transistor de commande 38 se trouve à l'état de blocage et inversement.Les autres réf é- rences 44 à 47 représentent des circuits RC influençant l'élément temporisé 39, Le mode de fonctionnement du convertisseur est le suivant: Si, au moment tO, le convertisseur est mis en circuit par l'application de la tension continue aux bornes de raccordement 3, 4 et commence à osciller, le signal "haut" émis immédiatement à la sortie 43 de l'élément temporisé 39 bloque le transistor de commande PNP 42 et, par conséquent, le Triac 15. De la sorte, la tension alternative de travail appliquée à l'enroulement secondaire 14 du transformateur 2 du convertisseur n' arrive pas encore aux raccordements 6 et 7. En revanche, le transistor de commande NPN 38 est immédiatement commandé et fournit à son tour le courant de commande à la porte du Triac 36 qui libère la tension alternative de chauffage venant de l'enroulement de chauffage principal 13 du transformateur 2 du convertisseur pour le transformateur de chauffage 34. De la sorte, les spires chauffantes 10, 11 (cathodes incandescentes de la lampe fluorescente 9 sont préchauffées par les raccordements 5, 6 et 7, 8. Après l'écoulement d'un laps de temps défini se situant, par exemple, entre une demi et une seconde, l'élément temporisé 39, tributaire du circuit RC 44/45, s'inverse au moment tl. Le circuit RC 46/47 sert d'élément auxiliaire de démarrage pour l'élément temporisé 39. Au lieu d'un signal "haut" à la sortie 43, est alors émis un signal 11bas commandant le transistor de commande PNP 43 et ainsi le Triac 15 applique la tension alternative de travail' de l'enroulement secondaire 14 à la lampe fluorescente 9 par l'intermédiai- re des raccordements 6, 7. Enême temps, le transistor de commande NPN 38 se bloque, tandis que le Triac 36 bloque le courant de chauffage passant par l'enroulement primaire 35 du transformateur de chauffage 34, De la sorte, les spires chauffantes 10, 11 sont mises hors circuit. Dans des cas particuliers et, plus spécialement en présence de fréquences et de températures plus élevées, les propriétés de commutation des Triacs actuellement utilisés peuvent laisser à désirer, Dans ce cas, l est avantageux de recourir à un commutateur modifié à transistors du type repré- sente à la fig. 3. Ce commutateur est constitué d'un pont à diodes 48 comportant mn transistor de commande 49 et il peut être utilisé en lieu et place du Triac 36 comportant un transistor de commande 38 comme représenté à la fig. 2.En l'occurrence, les raccordements au courant alternatif du pont à diodes 48 sont montes dans le circuit de courant situé entre l'enroulement de chauffage principal 13 et l'enroulement primaire 35 du transformateur de chauffage 34, tandis que les raccordements au courant continu sont montés dans le circuit emetteurXcollec- teur du transistor de commande 49. Au lieu d'un transistor de commande spécial 49, on peut également utiliser éventuellement le transistor de commande 38 employé à la fig. 2. Grâce à la Présente invention, moyennant un montage bien disposé et économiquement favorable, on assure une meilleure efficacité des lampes fluorescentes avec une plus longue durée de vie et en réduisant les sollicitations imposes aux spires chauffantes. La batterie du véhicule est considérablement ménagée, puisque le convertisseur n'est mis en circuit qu'en cas de besoin de lumière, R E y E N D X C A T I 9 N S 1 - Convertisseur à transistors pour l'alimentation en tension de lampes fluorescentes, le transformateur de ce convertisseur comportant des enroulements secondaires pour la tension alternative auxiliaire de chauffage, de travail et d'allumage, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments de commutation statiques par l'intermédiaire desquels, après chaque mise en circuit de la tension continue d'alimentation, la tension alternative de travail est débitée avec un certain retard vis-à-vis de la tension alternative de chauffage. 2 - Convertisseur à transistors suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative de travail est raccordé, d'une part, directement et, d'autre part, indirectement par lintermédiai- re d'un Triac monté en série, aux sorties prévues pour le raccordement des lampes, tandis que le Triac précité peut être commandé par l'état de charge d'un condensateur d'alluma- ge raccordé à l'enroulement secondaire. 3 - Convertisseur à transistors suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le condensateur d'allumage est raccordé par son électrode positive, d'une part, par l'intermédiaire d'une diode, à une des extrémités de l'enroulement de sortie prévu pour la tension alternative de travail et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un Diac, à l'électrode d'allumage du Triac. 4 - Convertisseur à transistors suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, entre le Triac et une des sorties prévues pour le raccordement des lampes, est monté en série un condensateur auxiliaire qui, pendant le temps de retard d'allumage, peut être chargé par l'intermédiaire de l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative auxiliaire d'allumage, ainsi que par l'intermédiaire d'une diode. 5 - Convertisseur à transistorssuivant la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments de commutation statiques sont conçus de telle sorte qu'avec le débit de la tension alternative de travail, il se produise une réduction, de préf é- rence, une mise hors circuit de la tension alternative de chauffage, 6 - Convertisseur à transistor$suivant la revendication 5, caractérisé en ce que l'enroulement secondaire prévu pour la tension alternative de travail peut être raccordé, par l'intermédiaire d'un Triac monté en série, aux sorties prévues pour le raccordement des lampes, l'enroulement chauffant principal du transformateur du convertisseur alimente,- par l'intermédiaire de raccordements montés par Trias, les spires chauffantes de la lampe fluorescente, tandis que- les Triacs prévus pour la tension alternative de travail et de chauffage peuvent être inversés par des transistors de commande qui leur sont attribués et qui sont de types de conduction différents, ainsi qu'au moyen d'un élément temporisé alimenté par un enroulement secondaire auxiliaire du transformateur du convertisseur. 7 - Convertisseur à transistors suivant l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que les raccordements prévus pour les spires chauffantes sont raccordés aux enroulements secondaires séparés d'un transformateur de chauffage dont l'enroulement primaire est raccordé, par un seul Triac, à l'enroulement chauffant principal du transformateur du convertisseur. 8 - Convertisseur- à transistors suivant l'une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce que, au lieu du Triac pour la tension de chauffage, on utilise un pont à diodes dont les raccordements au courant alternatif sont montés dans le circuit de courant situé entre l'enroulement chauffant principal et l'enroulement primaire du transformateur de chauffage, tandis que les raccordements au courant continu de ce pont sont montés dans le circuit émetteur, collecteur d'un transistor de commande.