Brevet FR2398427A1 — publié le 19790216

La présente invention concerne d'une manière générale l'ali- mentation de tubes fluorescents. Elle vise plus particulièrement, mais non exclusivement, le cas où ces tubes fluorescents appartiennent à un bloc autonome d' éclairage de sécurité. Les dispositifs propres l'alimentation d'un tube fluorescent comportent usuellement un transformateur dont le primaire est destiné, par l'intermédiaire d'un convertisseur, à étre branché aux bornes dlune source d'alimentation en courant continu le convertisseur huche la tension de sortie de cette source et il en résulte aux bornes du secondaire de ce transformateur la tension alternative nécessaire à la desserte du tube fluorescent concerné. L'un des problèmes à résoudre dans la réalisation de dispositifs de ce type est d'assurer de manière convenable un chauffage des filaments du tube fluorescent, en vue d'en faciliter l'amor çage à sa mise en service, sans affecter la fiabilité De manière usuelle, ce chauffage est assuré par des enroulements de secondaires spécifiquement prévus à cet effet sur le transformateur desservant le tube fluorescent concerné. Mais a ce jour, il est difficile d'obtenir un compromis satisfaisant entre, d'une part, un chauffage énergique des filaments de ce tube fluorescent favorable à un rapide amorçage de celui-ci à sa mise en service et, d'autre part, une consommation réduite de courant dans ces filaments après amorçage, nécessaire pour une longévité satisfaisante du tube fluorescent concerné lorsque ce dernier appartient à un bloc autonome déclairage'de sécurité. Dans les dispositifs d'alimentation pour tubes fluorescents proposés ce jour, le transformateur utilisé ne comporte jamais que peu ou pa d'entrefer afin que la fréquence de sa tension de secondaire demeure à peu près indépendante de la charge de sortie, l'onde représentative de cette tension étant alors par ailleurs sensiblement rectangulaire. La présente invention a d'une manière générale pour objet de tirer au contraire parti, pour l'obtention de bonnes conditions d' amorçage, sans consommation intempestive de courant après amorçage, du décalage en fréquence dont peut titre l'objet un tel transformateur, entre marche å vide et marche en charge, par exemple, lorsqu'il présente un entrefer important t ainsi qu'on le sait la fréquence dans ce cas peut varier dans un rapport de 1 à 3, et l'onde de sortie de la tension de secondaire obtenue est sensiblement si nusoidale, Elle est fondée sur le fait que, par ailleurs, ainsi qu'on le sait, une capacitance présente une impédance inversement proportionnelle à la fréquence qui lui est appliquée. De manière plus précise, la présente invention a pour objet un dispositif d'alimentation pour tube fluorescent du genre comportant un transformateur dont le primaire est destiné, par l'intermédiaire d'un convertisseur, à titre branché aux bornes d'une source de courant continu, et dont deux enroulements de secondaire sont chacun respectivement destinés à assurer le chauffage des filaments d'un tel tube, ce dispositif d'alimentation étant caractérisé en ce que, en combinaison, d'une part, un moyen est prévu pour permettre une modification des caractéristiques de saturation dudit transformateur, et, par là, influer sur la fréquence de fonctionnement du convertisseur entre marche à vide et marche en charge, et d'autre part, à chacun desdits enroulements de secondaire est associée une capacitance, Selon une forme particulièrement simple de mise en oeuvre de ltinvention, ledit moyen résulte de ce que le transformateur est à entrefer important. A sa mise en service, le tube fluoreseent, qui ne s'amorce pas immédiatement, correspond initialement à une faible charge, ce dont il résulte que le convertisseur qui en contrtle l'alimentation travaille alors à fréquence élevée. En raison de cette fréquence de travail élevée, les capacitances associées aux enroulements de chauffage des filaments du tube fluorescent concerné présentent alors, moyennant un dimensionnement approprié, une très faible impédance par rapport à celle de ces filaments. De ce fait, la tension appliquée par ces enroulements de chauffage à ces filaments est maximale, ce qui entrasse un rapide chauffage de ces filaments. Suivant un développement de l'invention, une capacitance est également associée à l'enroulement de secondaire du transformateur destiné à assurer de manière usuelle l'amorçage d'un arc entre les filaments du tube fluorescent concerné. A l'amorçage, l'ionisation dans ce tube étant encore nulle, l'impédance du milieu gazeux entre filaments est très supérieure à celle de cette capacitance qui, la fréquence de travail étant élevée, comme mentionné ci-dessus, est très faible, et de ce fait, la tension entre ces filaments est maximale, ce qui est favorable à un rapide amorçage. Ainsi, suivant l'invention, se trouvent réunies, à l'amorçage, les conditions idéales pour qu'un tel amorçage se fasse rapidement, à savoir un chauffage énergique des filaments du tube, et un gradient de tension élevée entre ces filaments. Après amorçage du tube, la charge que représente celui-ci augmente progressivement jusqu'à sa valeur nominale, qui est son point d'équilibre, De manière concomittante, et pour les raisons rappelées cidessus, la fréquence de travail du convertisseur contrôlant l'alimentation de ce tube diminue progressivement, jusqu'à un niveau d'équilibre choisi de préférence pour titre encore inaudible. Du fait de la diminution de cette fréquence, l'impédance des capacitances mises en oeuvre suivant l'invention augmente de façon inverse, S'agissant de capacitances associées aux enroulements de chauffage des filaments du tube, il résulte de l'augmentation de leur impédance que la tension alors appliquée sur ces filaments se réduit de façon correspondante, ce qui minimise avantageusement la consommation de courant à travers ces filaments après amorçage. S'agissant de la capacitance associée à l'enroulement de secondaire ayant assuré l'amorçage recherché, l'augmentation d'impédan- ce que connaît de manière semblable cette capacitance lui permet d'assurer en service son rôle de ballast et de régulateur de courant d'arc dans le tube. Ainsi la combinaison suivant l'invention, d'un convertisseur à fréquence variable, par exemple, simplement réalisé par mise en oeuvre d'un transformateur de sortie à entrefer important, d'une part, et de capacithnces associées aux enroulements assurant la desserte des filaments du tube fluorescent concerné, d'autre part, favorise de manière particulièrement simple et efficace l'amorçage rapide de ce tube à sa mise en service, sans consommation ultérieure excessive de courant, et, après amorçage de ce tube, l'entretien optimal de l'arc de celui-ci. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence aux dessins schématiques annexés sur lesquels la figure I estfin schéma d'un dispositif d'alimentation pour tube fluorescent suivant 11 invention la figure 2 est un schéma analogue à celui de la figure 1 illustrant l'application de l'invention à un bloc autonome d'éclairage de sécurité On à désigné par la référence générale 10 sur la figure 1 le tube fluorescent à desservir, par les références Il les filaments d'électrodes de ce tube, et par la référence 12 la bande d'amorçage usuellement associée d un tel tube. Pour la desserte d'un tel tube fluorescent 10, le dispositif d'alimentation suivant l'invention comporte, d'une manière générale, un transformateur 13, dont les enroulements de primaire 14, 15 sont destinés, par l'intermédiaire d'un convertisseur 16-, à astre branchés aux bornes d'une source de courant continu 17. Un tel convertisseur 16 ne fait pas partie de la présente invention et il ne sera donc pas décrit en détail ici ; il suffira de préciser que, dans l'exemple représenté, il comporte deux tran sistors de hachage 19, 20, qui sont établis aux bornes de l'enrou- lement de primaire 14, et qui sont alternativement conducteurs et non cnnducteurs sous le contrOle de l'enroulement de primaire 15 formant enroulement d'entretien. La tension de la source de courant continu 17, une batterie d'accumulateurs dans l'exemple représenté, est appliquée entre les points milieux des enroulements de primaire 14, 15, par 1' intermé- diaire d'un condensateur de découplage 22 pour ce qui concerne 1' enroulement de primaire 15. En outre, dans l'exemple représenté, un condensateur 23 est établi aux bornes de l'enroulement de primaire 14, et une résistance 28 est établie entre le point milieu de cet enroulement primaire 14 et le point milieu de l'enroulement primaire 15. Le secondaire du transformateur 14 comporte deux enroulements 25 aux bornes desquels, chacun respectivement, sont branchés, pour leur chauffage, les filaments 11 du tube 10, un enroulement 26, aux bornes duquel sont branchés conjointement, pour amorçage d'un arc, ces filaments 11, et un enroulement 27 sur lequel est branchée, pour sa mise sous tension, la bande d'amorçage 12 associée au tube fluorescent 10. Suivant l'invention, à chacun des enroulements de secondaire 25 est associée une capacitance 29 et, en pratique, celle-ci est interposée entre un tel enroulement et le filament ll qu'il dessert. De même, suivant l'invention, à l'enroulement de secondaire 26 est associée une capacitance 30, interposée entre cet enroulement et l'un des filaments 11. Suivant l'invention, enfin, et tel que schématisé sur les figures, le transformateur 13 présente un entrefer important. A la mise en service du tube fluorescent 10, qui peut par exemple, tel que représenté, titre commandée par un interrupteur 35 interposé entre la source de courant continu 17 et le convertisseur 16, la charge appliquée à ce dernier est faible, tant que le tube 10 ne s'amorce pas. Le convertisseur 16 travaille donc initialement à une frOF quence élevez, de l'ordre par exemple, par construction, de 50 kHz. Du fait de cette fréquence de travail élevée, et compte tenu d'un dimensionnement approprié de celles-ci, l'impédance des capacitances 29 est très faible par rapport à celle des filaments 11 du tube 10, en sorte que se trouve alors appliquée à ces filaments une tension maximale de l'ordre par exemple de 6 à 7 volts, favorable à un rapide chauffage de ces filaments. De même, et compte tenu de ce que l'ionisation dans le tube 10 est encore nulle, l'impédance de la capacitance 30 est très faible vis-à-vis de celle du milieu gazeux interposé dans ce tube, entre les filaments lîret la tension entre ces filaments est dès lors maximale, ce qui est favorable à l'amorçage rapide recherché pour ce tube. Après un tel amorçage, la charge que présente ce tube pour le convertisseur 16 augmente jusqu'à sa valeur nominale et, de façon concomittante, la fréquence de travail de ce convertisseur baisse, jusqu là un niveau faible, de l'ordre par exemple de 20 loHz, L'impédance des capacitances 29 est alors plus élevée qu' avant l'amorçage du tube 10 dans un rapport qui peut par exemple. étre au moins égal à 2,5, en sorte que la tension appliquée aux filaments Il de ce tube se trouve avantageusement réduite et ne dépasse pas par exemple 2 à 3 volts. L'impédance de la capacitance 36 ayant également augmenté, cette impédance est alors en mesure de jouer son rOle de ballast et de régulateur de courant d'arc. En outre, il est à noter que les capacitances 29 et 30 ne consomment aucune puissance active ce qui est très favorable au rendement de l'ensemble Enfin, il est à souligner qu'un effet régulateur est avanta geusement assuré quant au fonctionnement du tube fluorescent 10 malgré d'éventuelles variations de la tension continue à l'entrée du convertisseur 16. En effet, une diminution de cette tension d'entrée, dont 1' effet est comparable à celui d'une diminution de la charge à appliquer au convertisseur 16, entrain une augmentation de la fréquence de travail de ce convertisseur et donc une augmentation de la tension appliquée à ce tube 10 ; inversement, une augmentation de la tension d'entrée sur le convertisseur 16 entrain une diminution de la tension appliquée au tube 10. Telle qu'illustré à la figure 2, sur laquelle les organes déjà présents sur la figure 1 ont reçu les mêmes références que sur cette dernière, l'invention peut titre appliquée à un bloc autonome d'éclairage de sécurité dont le tube fluorescent 10 constitue la source lumineuse. Dans ce cas, et de manière connue en soi, le convertisseur 16 est, par l'intermédiaire d'un redresseur 36 et d'un filtre comportant une résistance 37 et une capacitance 38, branché aux bornes du secondaire 39 d'un transformateur d'alimentation 40, dont le primaire 41 est susceptible lui-mEme d'être bran ché aux bornes d'une source de courant alternatif 42, le secteur par exemple. En outre, le convertisseur 16 est sous le contrôle d'un dispositif d'ordre de départ 43, branché aux bornes de l'enroulement secondaire 39 du transformateur d'alimentation 40 et sensible à la tension alternative présente aux bornes de ce secondaire. De telles dispositions sont bien connues par elles-mEmes et ne sont pas décrites en détails ici. Il suffira de rappeler que lorsque -le secteur 42 est présent, il assure une recharge permanente de la source de courant continu 17 et que lorsque ce secteur devient défaillant, le dispositif d'ordre de départ 43 déclenche l'entrée en action du convertisseur 16 et donc suivant le processus décrit ci-dessus, l'alimentation du tube 10 par la source de courant continu 17. Ainsi qu'on l'aura compris, le condensateur 22 constitue avec la résistance R un circuit de polarisation des bases des transistors 19 et 20 à travers l'enroulement de primaire 15, qui est le générateur de tension alternative assurant la commande du fonctionnement en "va-et-vient" de ces transistors, Le condensateur 23, quant à lui, permet de stabiliser le fonctionnement du convertisseur, notamment lorsqu'il débite sur une charge faible, voire nulle. De plus, il diminue les surtensions de commutation supportées par les transistors 19 et 20, en rédui sant la vitesse de croissance dv de leur tension collecteur. dt Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à la forme de réalisation décrite et représentée, mais englobe toute variante d'exécution. S'agissant en particulier de l'entrefer du transformateur 13, il suffit de savoir qu'il est fonction des caractéristiques magnétiques et géométriques du circuit magnétique correspondant ; par exemple, il peut etre de l'ordre du millimètre dans l'exemple représenté. Mais un tel entrefer est seulement un moyen simple, commode et efficace d'atteindre le but recherché suivant l'invention, à savoir celui de permettre une modification des caractéristiques de saturation du transformateur et, par là, d'influer sur la fréquence de fonctionnement du convertisseur entre marche à vide et marche en charge ; il pourrait donc, sans sortir du cadre de l'invention, titre remplacé par tout autre moyen répondant à ce but. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'alimentation pour tube fluorescent du genre comportant un transformateur dont le primaire est destiné, par l'intermédiaire d'un convertisseur, à astre branché aux bornes d'une source de courant continu et dont deux enroulements de secondaire sont chacun respectivement destinés à assurer le chauffage des filaments d'un tel tube, caractérisé en ce que, en combinaison, d'une part, un moyen est prévu pour permettre une modification des caractéristiques de saturation dudit transformateur et, par là, influer sur la fréquence de fonctionnement du convertisseur entre marche à vide et marche en charge, et d'autre part, à chacun desdits enrouAements de secondaire de ce transformateur est associée une capacitance, 2. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen résulte de ce que le transformateur est à entrefer important. 3. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 caractérisé en ce qu'une capacitance est également associée à 1' enroulement de secondaire du transformateur destiné à assurer 1' amorçage d'un arc entre les filaments, formant électrodes, du tube fluorescent concerné. 4. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la capacitance associée à un enroulement de secondaire du transformateur est interposée entre cet enroulement et le filament qu'il dessert.