Brevet FR2411535A1 — publié le 19790706

Le present dispositif est destiné principalement à alimenter les tubes luminescents ou fluorescents à partir d'une source de courant continu. De nombreux dispositifs proposés ont a leur désavantage, leur faible rendement , consécutif à l'adaptation difficile d'une source continue à une charge (le tube) présentant une caractéristique négative sur une partie de sa plage de fonotionnement. L'inadaptation des impédances entraîne un gros gaspillage d'énergie , donc un très faible rendement de ces convertisseurs. Le dispositif proposé pallie ces inconvénients par un ensemble de dispositions spécifiques particulières, qui sont s Utilisation en classe D d'un fonctionnement de l'élément de commutation (régime impulsionnel .) on sait en effet que le rendement augmente quand la durée de conduction de l'élément de commutation diminue. 'est donc cet te classe de fonctionnement qui a été choisie ici. Un système de régulation par couplage variable automatique (fig.I). Â cet effet, l'enroulement excitateur SI bobiné contre le noyau m, est couplé à 82 (enroulement de réaction) à travers une partie de S3 (enrou lement secondaire.) De la sorte, dès la mise sous tension, S2 attaque vigoureusement l'électrode de commande, d'ou une tension élevée aux bornes de S3 et une tension de chauffage "normale" sur 54. Le tube préchauffé sou mis à une forte surtention par 53, s'amorce. Dès cet amorçage réalisé', un courant traverse S3, qui, d'après la loi de Lenz, produit un champ magnétique antagoniste s'opposant au champ inducteur fourni par SI; S2 se trouve ainsi traversé par un champ réduit. De la sorte, le courant qu'il fournit au commutateur diminue donc, réduisant le courant fourni S3. Le système est donc régulateur.En outre, S4, placé sur S',3subit encore plus l'influence du courant circulant dans S3 et 5'3 qui ne sont que le même enroulement (dont on a ainsi mis en évidence les différentes couches). S4 voit en même temps que S2, le courant qui le traverse dimi nuer dès l'amorçage du tube,mais bien plus encore, compte tenu de son éloignement important de SI, et du plus grand nombre de spires de S3 qui l'en séparent. Le courant dans 54 devisent négligeable. Ce dernier point est important, car la chute de tension cathodique suffit à maintenir les cathodes chauds, sans qu'il soit nécessaire de les faire traverser par un courant. Cette disposition permet Cet effet dés l'amorçage obtenu. L'oscillateur du type impulsionnel a pour caractérisque, d'emmaganiser une énergie constante à ohsque impulsion dans son circuit magnétique, cette energie est ensuite dissipée dans le tube. Quand oelui-oi l'a dissipéesune nouvelle impulsion est fournie par le oommutateur, et ainsi de suite. Si on channe le tube par exemple, aveo un tube plus long et de mime dis mètre, il sera traversé par le même courant, mais la force électromotr@ce à ses bornes sera plus élevées. La puissance fournie dans le même temps augmente car P e UI. On obtient ainsi une disparition plus rapide de l'é nergie emmagasinée dans le circuit magnétique, d'ou une nouvelle impulsion de courant plus tôt. De la sorte, les impulsions toujours de la même forme sont plus fréquentes, la fréquence de répétition élevée etle le courant moyen consommé au primaire augmente. Le dispositif est auto adaptateur. Il s'accomode d'une grande variété de charges, tout en conservant ses avantages. Corme la réaction entre SI et S2 est énergique, l'influence de la tension continue d'alimentation primaire n'a que peu d'influence sur le fonctionnement, grace à ses propriétés régulatrices. La disposition générale est représentée fig.(2). On y trouve la source oontinue S. C est lui-même commandé par 52, soumis à l'action simultanée de SI et de S3; S3 alimente le tube luminescent T, S4 et éventuellement S4, servent à chauffer les cathodes de T, à la mise en route du dispositif Tr est le transformateur portant les enroulements SI, S2, S3, S4 et S'4. ta figure 3 donne à titre d'exemple non limitatif, un schéma utilisant un transistor comme élément de commutation : le transistor NPN; Tr ali menté par son émetteur l'enroulement SI, sa base est commandée par S2 par l'intermédiaire d'une résistance R2 destinée à limiter l'amplitude des impulsions de courant de commande de base. RI sert à polariser le transistor, à placer, son point de fonctionnement initial dans une une à fort gain. Ceci permet l'entrée en oscillation rapide et énergique de l'ensemble. Le collecteur est relié à la source et ne reçoit aucun signal . Si omette source a son pôle + relié à la masse, le collecteur n'aura pas à être isolé de la masse, ce qui est avantageux : meilleure évacuation des calorie;, aucun problème d'isolation électrique. Si le pôle - (moins) est relié à la masse on choisira un transistor PNP dont les polarités inverses du NPN permettront les mêmes avantages qu'au oas précédent. Sur la figure (3) les secondaires S3, S4 et éventuellement S'4, ne sont pas représentées , voir figure (2) pour cette partie du schéma. Dans certains cas, il peut être nécessaire de règler la luminosité du dispositif. Le mode de fonctionnement choisi ici, le permet aisément, et ce dans des conditions particulièrement intéressantes 1 Sans dissiper de l'énergie en pure perte. Avec des moyens très simples. En ne contrôlant qu'une très faible partie du courant du tube, ce grace à l'amplification de l'élément de commutation. Â cet effet, on va agir sur le point de polarision du transistor fig.(3) en faisant varier la résistance RI. Quand cette résistance augmente,le courant base diminue, le temps de conduction du transistor diminue, ainsi que son gain en courant statique. Cette double action entraine une diminu tion de l'énergie commutée, dono une diminution corrélative de luminosité du tube. Si RI diminue, on obtientl'effet inverse, dans ce cas il est né pessaire de ne pas descendre au dessous d'une valeur minimum pour RIS en deçà de laquelle le courant serait excessif. On emploie à cet effet une résistance "butée". RI sera- constituée par une résistance variable montée en série avec une résistance fixe, celle-ci ayant la valeur ohomique minimum tolérée pour le circuit. Vers les valeurs élevées de RI, il est possible de prévoir un interrupteur commandé par la rotation extrême de la résistance variable. Cet interrupteur supprime tout courant base, donc bloque complètement le transistor. On obtient ainsi un arrêt sur du dispositif en ne commandant nt qu'un cou- rant ss fois plus petit que le courant principal (ss étant le gain en oou rant du transistor.) Ce courant do contrôle étant très petitjil est possible simplement avec 2 fils de petite section, de télécommander, l'arrêt, marche et la lumino sité du tube.La fig.(4) représente un circuit de ce type, on y trouve en outre un condensateur CI destiné à courcicuiter les composantes alternati ves de commutation b l'entrée de la ligne de télécommande. Celle-oi ne vé- hiculant que a.. courants continus, lesquels ne risquent pu d'induire des perturbations dans les lignes électriques voisines, comme auraient pu le faire les composantes alternatives si elles n'avaientpas été supprimées. Sur la figure 4, le condensateur C2 a le même rôle que CI, il courcircui- te les composantes alternatives, qui en refluant sur la ligne d'alimenta- tion,pourraient aussi perturber d'autres disoisitifs. L'ensemble des dispositifs proposés par leur excellent rendement et leur souplesse de rXgla- ge, permettent d'alimenter des lampes dans les cas ou les sources d'énergie sont onérouses : piles, accumulateurs etc... Elles ré duisent le poids et le prix de ces installation s éclairages portatifs, de sécurité, mobiles : avions, autobus, trains eto...Dans le cas de l'éclairage de sécurité,2propriétés intéressantes du dispositif fig.(4), peuvent être mises à profit pour l'obtention d'un système complètement autonome et sûr : fig.5)Il diffère du circuit de la fig.(4) par l'adjonc tion de 2 diodes D et D2 d'une batterie d'accumulateurs 3 et d'une résis tanoe B3. En régime normal, l'alimentation général. rend DI conductrice et débite simultanément dans le circuit du convertisseur et dans R3 qui limite le courant de charge de la batterie B. D2 eet bloquée, car la tension de la batterie eet légèrement inférieure à celle de la source principale. Si l'on arrête le convertisseur, B eet maintenu en charge par R3 qui compense ses pertes internes. Si en oours de fonotionnement la source principale fait défaut , DI se bloque, empêchant la batterie B de débiter vers le circuit extérieur, par contre D2 se met immédiatement en oonduction et alimente ainsi sa ns transition le convertisseur; on observe une très légère baisse de luminosité du tube, sans plus. La commutation des sources est automatique et statique. Â la fin de la panne, le processus inverse s'opère et la batterie B se recharge. Oette automaticité est autorisée par le système de commande marche - arrêt, situé dans le circuit de base du transistor commutateur, et son intérêt principal est ici le faible capacité de la batterie requise, compte tenu de la modicité du courant consommé par le convertisseur. Les figures 4 et 5 sont données qu'a titre d'exemple non limitatif. IL est en effet possible de disposer les diodes,les capacités de "découplage" etc.. à d'autres places dans le circuit, sans modifier le principe de fonotionnement énoncé ni les résultats obtenus. De même un thyristor peut être utilisé en place et lieu du transistor, associé à un circuit- de de déclanchement classique, il permettra aussi des résultats similaires. Revendications I - Dispositif oonvertisseur de tension et de courant destiné notamment à l'alimentation de tubes à décharges à gaz ou à vapeurs métalliques ou tous tubes présentant au moins sur une partie de leurs caractéristiques , une ré distance négative; et plus généralement à toute charge présentant de grosses variations d'impédance. Caractérisé en ce qu'il oomporte un élément de cormutation polarisé en classe D, c'est à dire fonctionnant en régime impulsionnel. Associé à un transformateur , qui emploie un enroulement de réaction ou de contrôle, soumis à l'influenceconjugée de l'enroulement secondaire et de l'enroule ment primaire. L'influence du champ magnétique due ou secondaire,antagonis- te de celle de l'enroulement primaire; tempère et régule l'efficacité de la réaction, en fonction directe du courant traversant le secondaire. De telle manière que le courant dans ce secondaire soit sensiblement oons tant quelque soit la charge branchée sur le secondaire. 2 - Dispositif oonforme & la revendication I, dans lequel l'énergie emmaga sinée dans le circuit magnétique sert à alimenter le secondaire. Une nouvel le impulsion apparaissanr dès que cette énergie est dissipée. Ce fonotion nement autorisant une adaptation automatique optimum au type de tube, par modification de la fréquence des impulsions primaires. 3 - Dispositif conforme à l'ensemble des revendications let 2 dans lequel l'élément de commutation est un semi conducteur possédant un élément de commande dont la puissance de commande est aussi petite que possible,rela- tivement à cette oommande. 4 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications I, 2 et 3 possédant un enreoulement tertiaire de chauffage,qui très éloigné de l'en- roulement excitateur,n'est traversé que par une partie négligeable du flux provenant de cet enroulement , quand l'enroulement secondaire est parcouru par son courant nominal . Dans ce but, le secondaire s'interpose en totalité entre le primaire et le tertiaire. 5 - Dispositif conforme à l'ensemble des revendications I, 2, 3 et 4 possédant 2 enroulements de chauffage permettant un chauffage simultané des 2 cathodes du tube. 6 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications I, 2 et 3 dans le cas ou le tube est du type à cathodes froides, donc ne nécessite pas de chauffage des cathodes. 7 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé en ce que la puissance fournie à la charge est réglable à partir de l'électrode de commande du dispositif de commutation par variation de la polarisation de celle-ci. 8 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications I à 7 carac térisé en ce-que le circuit de contrôle de puissance est muni d'un filtre passe bas" évitant de véhiculer par l'intermédiaire de ce circuit des composantes alternatives perturbatrices. 9 - Dispositif conforme à l'une quelconque des revendications I à 8 carat térisé en ce que la source continue d'alimentation est branchée sur le dis positif par l'intermédiaire d'une diode anti retour. Le circuit lui-même comportant un accumulateur de petite capacité qui se recharge via une rd- sistance limitatrice en fonctionnement normal. En cas de suppression de la tension d'alimentation, l'accumulateur se décharge dans le convertis. seur par une 2e diode branchée en parallèle sur la résistance, qui ne joue alors aucun rôle. La Ire diode est à ce moment bloquée.