Brevet FR2458200A1 — publié le 19801226

La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'allumage pour tubes fluorescents. Dans la technique, de tels dispositifs d'allumage sont couramment désignés par l'appellation d'origine anglo-saxonne "starter". On va d'abord rappeler quelques caractéristiques d'un tube fluorescent et décrire l'un des dispositifs d'allumage de type mécanique, les plus couramment utilisés. Comme le montre la figure 1, de façon classique, un tube fluorescent 1 comprend des électrodes opposées associées à des filaments de chauffage 2 et 3. Pour que le tube s'allume, il est nécessaire d'appliquer initialement une tension de valeur très élevée entre les électrodes opposées, ces électrodes étant de préférence préalablement chauffées. Ainsi, si l'on appliquait directement les électrodes 2 et 3 aux bornes 10 et 11 de la tension alternative du secteur (par exemple 220 volts, 50 hertz), aucun allumage ne se produirait.Pour produire une surtension initiale, on prévoit une inductance de forte valeur 4, couramment appelée "ballast", en série avec le tube et, en parallèle avec le tube, un interrupteur 5 dont la coupure entraîne l'apparition d'une surtension aux bornes du tube en raison de la présence du ballast. Néanmoins, pour assurer un bon allumage du tube et éviter une dégradation rapide des électrodes, il est souhaitable de chauffer initialement les filaments 2 et 3 des deux électrodes. Pour ce faire, on a utilisé dans l'art antérieur, comme interrupteur 5, la combinaison d'un tube néon ou analogue 6 et d'un bilame 7 Ainsi, quand l'interrupteur 8 est fermé pour appliquer une tension aux bornes du tube, le bilame 7 est initialement à l'état ouvert.Le tube non 6 s'allume et chauffe le bilame 7 qui se ferme, assurant le passage d'un courant de chauffage pour les filaments 2 et 3. Après un certain délai, le tube néon 6 étant éteint, le bilame se refroidit et s'ouvre brutalement, ce qui provoque une surtension propre à allumer le tube. Si le tube 1 s'allume après la fourniture de cette première impulsion (o série d'impulsions), la tension à ses bornes devient trop faible pour rallumer le tube néon 6 et le processus s'arrête. Si l'allumage du tube fluorescent n'a pas été obtenu, le néon 6 se rallume et l'opération se répète jusqu'à obtention d'un allumage du tube. Ce dispositif de l'art antérieur présente deux inconvénients principaux. D'abord, l'ouverture du bilame 7 étant liée à une opération thermique ne présente pas de relation déterminee avec la phase de la tension du secteur aux bornes 10 et 11 et peut aussi bien se produire au voisinage d'une valeur nulle du courant que d'une valeur maximum du courant. On obtiendra donc, ou bien des impulsions d'allumage de valeur très faible, ou bien des impulsions d'allumage de valeur très élevée (par exemple supérieures à 2000 volts). Dans le premier cas, on "rate" l'allumage du tube et il se produit des fluctuations lumineuses désagréables pour l'utilisateur ; dans le deuxième cas extrême, on risque de détériorer le tube rapidement.Pour limiter la valeur de ces impulsions maximales, on prévoit souvent un condensateur 9 en parallèle avec le dispositif d'allumage comme cela est représenté en figure 1. Ce condensateur a une faible valeur pour ne pas trop diminuer la proportion de bons allumages dans les cas où l'ouverture se produit pour une valeur relativement faible du courant dans l'inductance 4. Un autre inconvénient du dispositif de la figure 1 est que, lors des allumages successifs, la durée de fermeture du bilame 7 qui précède son ouverture peut être très brève du fait que le bilame se trouve déjà à une température voisine de sa température critique. Ainsi, la durée de chauffage des filaments du tube qui précède la fourniture d'impulsions d'allumage peut être très brève et les impulsions d'allumage peuvent être fournies alors que les filaments sont insuffisamment chauds. I1 résulte des deux inconvénients énoncés ci-dessus, outre le caractère déplaisant pour ltoeil, une tendance à l'acce aération du vieillissement des électrodes du tube fluorescent 1 et une diminution subséquente de la durée de vie de celui-ci. Ainsi, à l'heure actuelle, un tube fluorescent courant muni d'un dispositif d' allumage du type décrit précédemment a une durée de vie de l'ordre de 1000 heures. Ainsi, un objet de la présente invention est de prévoir un nouveau dispositif allumage pour tube fluorescent palliant les inconvénients de l'art antérieur. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tube d'allumage assurant la fourniture d'impulsions d'allumage seulement après que les filaments aient atteint une température satisfaisante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un dispositif d'allumage fournissant des impulsions d'allumage d'amplitude constante. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel dispositif d'allumage assurant une augmentation de la durée de vie du tube fluorescent. Pour atteindre ces objets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un dispositif d'allumage électronique pour tube fluorescent, en série avec une inductance de forte valeur (ballast), alimenté par le secteur, comprenant un condensateur disposé en parallèle avec le tube , un interrup- teur statique en parallèle avec le tube ; un premier circuit de commande pour l'interrupteur statique agissant à la suite d'une mise sous tension du tube fluorescent pour assurer la fermeture de 11 interrupteur pendant un intervalle de temps prédéterminé ; et un deuxième circuit de commande agissant après cet intervalle de temps prédéterminé pour assurer la fermeture de l'interrupte-ur sauf pendant des périodes de chaque alternance de la tension secteur correspondant sensiblement à des passages par des maxima de cette tension secteur, chacune de ces périodes ayant une durée de l'ordre de la période du circuit oscillant constitué par le ballast et ledit condensateur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles - la figure 1 représente un circuit d'allumage de l'art antérieur ;; - la figure 2 représente de façon très générale et partiellement sos forme de bloc, un circuit d'allumage selon la présente invention - la figure 3 représente un mode de réalisation particulier du circuit d'allumage selon la présente invention - les figures 4A et 4B illustrent le fonctionnement du circuit d'allumage selon la présente invention pendant la période de chauffage - les figures 5A et 5B illustrent le fonctionnement du circuit selon la présente invention pendant la période d'allumage ; et - la figure 6 illustre le fonctionnement du circuit selon la présente invention au cours de ses diverses phases de fonctionnement. La figure 2 illustre la constitution d'ensemble du circuit selon la présente invention. On y retrouve le tube fluorescent 1 muni de ses filaments 2 et 3, le ballast 4, l'interrupteur de mise en route 8 et les bornes d'alimentation 10 et 11. On désignera par les références 20 et 21 des bornes liées au tube 1. Entre ces bornes, sont disposées, d'une part, la connexion série d'un condensateur 22 destiné à former un circuit oscillant avec le ballast 4 et une résistance 23 de limitation de courant, d'autre part, un interrupteur électronique 24. Selon un aspect du procédé de la présente invention, cet interrupteur 24 présente la séquence de fonctionnement suivante - pendant un premier intervalle de temps prédéterminé correspondant à un certain nombre d'alternances de la tension secteur, il demeure essentiellement fermé pour assurer le passage de courant à travers les filaments 2 et 3. Cette première période correspond à une période dite de chauffage - pendant une deuxième période dite d'allumage, cet interrupteur 24 s'ouvre pendant une duree limitée au voisinage de chaque passage à zéro du courant, c'est-à-dire au voisinage de chaque maximum de la tension secteur Ensuite, si le tube fluorescent ne s'est pas allumé, l'interrupteur se referme pour assurer le passage du courant dans les filaments jusqu'au passage par zéro suivant du courant et le phénomène se répète. Par contre, si après une ouverture de l'interrupteur, le tube fluorescent s'est allumé, l'interrupteur reste ouvert. L'ouverture de l'interrupteur 24 au voisinage d'un passage à zéro du courant dans le ballast t provoque la mise en oscillation du circuit oscillant comprenant, en série, le ballast 4 et le condensateur 22. I1 se développe ainsi aux bornes du condensateur une tension qui est sensiblement égale à deux fois la valeur de crête de la tension du secteur (c'est- à-dire environ 600 volts si la valeur efficace de la tension du secteur est de 220 volts). La résistance 23 a pour but d'amortir le circuit oscillant et de limiter le courant de décharge du condensateur 22 dans l'interrupteur électronique. Comme on l'a exposé précédemment, l'interrupteur 24 agit lors de sa phase d'allumage pour laisser osciller l'ensemble ballast 4 - condensateur 22 pendant sensiblement une à deux périodes de ce circuit.On obtient ainsi aux bornes du tube 1 une impulsion d'allumage d'amplitube et de durée constantes et prédéterminées. Un mode de réalisation d'interrupteur statique pouvant assurer les fonctions de l'interrupteur 24 est représenté en figuré 3. On retrouve dans la figure 3 les bornes 20 et 21 ainsi que le condensateur 22 et la résistance 23 déjà représentés en figure 2. Aux bornes 20 et 21 est également connectée la première diagonale d'un pont de diodes redresseur 29, représenté sous forme de bloc. L'autre diagonale de ce pont de diodes est connectée à un thyristor 30. Ce thyristor 30 sert à courtcircuiter ou non les bornes 20 et 21 selon qu'il est fermé ou ouvert. Le circuit de commande du thyristor 30 comprend un premier circuit "de chauffage" 31 et un deuxième circuit "d'allumage" 32. Le circuit de chauffage 31 comprend, entre l'anode et la cathode du thyristor 30, la connexion en série d'une diode 33, d'une résistance 34, d'une résistance 35, d'un condensateur 36 et d'une résistance 37. Le point de raccordement entre le condensateur 36 et la résistance 37 est relié à la gâchette du thyristor 30. Une diode Zener 38 est connectée en parallèle avec l'ensemble résistance 35, condensateur 36, résistance 37. Enfin, une résistance 39 de valeur élevée est connectée entre le point de raccordement de la diode 33 et la résistance 34 et la cathode du thyristor 30. Le circuit d'allumage 32 comprend des résistances 40 et 41 en série, connectes entre l'anode et la cathode du thyristor 30.Le point de raccordement de ces résistances 40 et 41 est relié d'une part à la gâchette du thyristor 30 par l'intermédiaire d'un diac 42, d'autre part à la cathode du thyristor 30 par l'intermédiaire d'un condensateur 43. Le fonctionnement du circuit de-chauffage 31 sera mieux compris en relation avec les figures 4A et 4B. On supposera que, dans l'état initial du circuit, le condensateur 36 est déchargé. Dans la figure 4A, la sinusolde 50 représente la tension aux bornes 10 et 11 du secteur et la courbe 51 la tension aux bornes 20, 21 du dispositif d'allumage selon l'invention. On notera qu'en raison du pont de diodes 29, la tension aux bornes du thyristor 30 correspond à cette tension aux bornes 20 et 21 redressee en double alternance. Tandis que la tension secteur croît et sensiblement au moment où elle approche de son premier maximum, le courant aux bornes 20, 21 commence à croître, ce courant correspondant au courant dans le circuit oscillant comprenant le ballast 4, la résistance 23 et le condensateur 22. En effet, en raison du ballast de forte inductance 4, le courant est sensiblement déphasé de 900 par rapport à la tension. Ainsi, la tension aux bornes du condensateur commence à croltre, sensiblement pour le premier maximum de la tension secteur.Simulta nément, du courant circule dans la branche comprenant la diode 33, les resistances 34 et 35, le condensateur 36 et la résistance 37, et le condensateur 36 se charge progressivement. A partir d'un certain seuil, la tension de charge du condensateur 36 est suffisante pour injecter un courant dans la gâchette du thyristor 30 (environ 10 milliampères) et le thyristor devient conducteur, c'est-à-dire que la tension à ses bornes chute brutalement et que l'on ne suit plus la courbe 52 correspondant aux oscillations du circuit oscillant 4-22. Ensuite, lors des alternances suivantes, le condensateur 36 voit sa charge augmenter progressivement et il se produit des déclenchements du thyristor 30 pour des valeurs croissantes de la tension aux bornes 20, 21.Ainsi, le thyristor passe par des phases de conduction successives tant qu'il n'est pas complètement chargé, c'est-à-dire que la tension à ses bornes n'a pas atteint une valeur correspondant sensiblement à la tension du secteur. En fait, le niveau maximum de charge du condensateur 36 est limité par la diode Zener 38 qui permet de fixer le seuil souhaité. Le circuit de chauffage 9il comprend également une résistance 39 qui sert à décharger le condensateur 36 après que la tension secteur a été coupée pour préparer le circuit pour un allumage ultérieur. La figure 4B indique le courant dans le ballast 4 en relation avec la valeur de la tension aux bornes 20, 21 de la figure 4A. Une fois que l'on a atteint le maximum possible pour la charge du condensateur 36 en raison de la diode Zener 38, le thyristor n'est plus amené à se refermer lors de la montée de tension suivante aux bornes 20-21 et le circuit oscillant 4-22 fonctionne pour fournir une impulsion aux bornes 20-21 correspondant à la courbe 52 illustréeen figure 4A. Comme on l'a noté précédemment, l'amplitude de cette impulsion est de l'ordre de 500 à 600 volts pour une tension secteur de 220 volts. Ainsi, le circuit de chauffage décrit précédemment serait en théorie suffisant pour assurer le préchauffage et l'allumage du tube luminescent 1.Néanmoins, dans la pratique, en particulier aux basses températures, il est nécessaire de pouvoir refournir d'autres impulsions d'alllqmage successives au tube luminescent tout en veillant à maintenir les filaments chauffés. C'est le but du circuit d'allumage 32. On notera à ce propos, que les appellations de circuits de "chauffage" 31 et l'd'allumage" 32 ont été adoptées uniquement par souci de simplicité étant donné qu'en fait, ces deux circuits servent à la fois au chauffage et à l'allumage pendant des périodes successives ou alternées. Le fonctionnement du circuit d'allumage 32 sera maintenant exposé en relation avec les figures SA et 5B. En figure 5A, la courbe en pointillés 60 indique la tension secteur et correspond à la courbe 50 de la figure 4A. La courbe 61 représente le courant dans le ballast 4 et correspond à la courbe 53 de la figure 4B. La courbe 62 de la figure 5B représente la tension aux bornes 20, 21 et correspond à la courbe 51-52 de la figure 4A. Comme on l'a vu précédemment, une fois que le condensateur 36 a atteint la charge limitée par la diode Zener 38, le circuit de chauffage 32 devient inopératif et une première impulsion d'allumage est produite.Cette première impulsion débute à l'instant tl (voir figure sue). Le circuit oscillant 22-4 produit donc l'impulsion 62 représentée mais, a l'instant t2, le diac 42 reçoit une tension suffisante pour être rendu conducteur et commander la gâchette du thyristor 30. Le retard entre le maximum de l'impulsion 62 et la mise en conduction du diac à l'instant t2 est réglé par le choix des valeurs des résistances 40 et 41 et du condensateur 43. On obtient donc une suite d'impulsions telles que l'impulsion 62 de durée et d'amplitude nettement délimitées.En outre, entre des impulsions successives, séparees de 10 millisecondes dans le cas où la fréquence du secteur est de 50 hertz, le thyristor 31 est à nouveau fermé d'où il résulte qu'entre les impulsions successives, un courant de chauffage repasse dans les filaments 2 et 3. Les figures 4A, 4B et 5A montrent bien que les -impul- sions d'amorçage du tube luminescent se produisent en correspondance avec des zéros de courant puisque de façon inhérente, un thyristor se bloque pour un passage à zéro du courant entre ses bornes en l'absence de signal de gâchette. A titre d'exemple non limitatif, la demanderesse a réalisé un circuit d'allumage pour tube luminescent de 65 watts dans lequel les valeurs des composants étaient les suivantes : résistance 23 : 56 ohms résistance 34 : 15 kilohms résistance 35 : 3 kilohms résistance 37 : 68 ohms résistance 39 : 7 mégohms résistance 40 :150 kilohms résistance 41 : 39 kilohms condensateur 22 : 0,1 microfarad condensateur 36 : 1 microfarad condensateur 43 : 0,1 microfarad thyristor 31 : thyristor sensible TL107-6 (SSC) (pouvant supporter des surtensions de 600 volts) diac 42 : diac basculable,pour une tension de 30 volts Des essais effectués sur un tel circuit ont montré qu'on avait pu augmenter la durée de vie du tube utilisant un tel circuit d'allumage jusqu'à une durée supérieure à cinq mille heures de fonctionnement, et qu'aucune oscillation initiale ne demeurait perceptible à l'oeil. La figure 6 résume de façon schématique l'ensemble des phases opératoires du circuit selon l'invention. Elle repré- sente la tension V aux bornes 20-21 en fonction du temps T. Si la tension secteur est appliquée à l'instant To, la partie 31 du circuit de commande agit entre les instants To et T1 pour produire la fermeture du thyristor 30 pendant la plus grande partie de chaque alternance, et l'ouverture du thyristor pendant une brève durée durant laquelle la tension reste insuffisante pour déclencher le tube luminescent. Entre les instants T1 et T2 la partie 32 du circuit de commande agit pour produire à chaque alternance de brèves impulsions propres à déclencher le tube luminescent, le thyristor 30 étant fermé entre ces impulsions. Après l'instant T2, le tube luminescent est allumé et limite la tension à une valeur trop faible pour provoquer une fermeture du thyristor 30 par la partie de circuit 32. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation explicitement décrits, mais en inclut toutes les variantes qui découlent de la formulation généralisée des revendications ci-jointes. R E V E N D I C A T I O N S REVENDICATIONS 1. Procédé d'allumage d'un tube fluorescent en série avec une inductance de forte valeur (ballast) et alimenté par le secteur, caractérisé en ce qu'il consiste à - disposer en parallèle avec le tube un condensateur des-tiné à former un circuit oscillant avec le ballast - pendant une première étape d'une durée prédéterminée, court-circuiter le condensateur pour permettre le chauffage du filament pendant la majeure partie de chaque alternance ; - pendant une deuxième étape, au cours de chaque alternance, court-circuiter le condensateur, sauf pendant une durée plus longue que la période du circuit oscillant au voisinage des passages à zéro du courant dans le circuit oscillant ; et - pendant une troisième étape, une fois que le tube fluorescent est allumé, maintenir en état de non court-circuit le condensateur. 2. Dispositif d'allumage pour tube fluorescent en série avec une inductance de forte valeur, alimenté par le secteur, caractérisé en ce qu'il comprend - un condensateur de forte capacité en parallèle avec le tube - un interrupteur statique en parallèle avec le tube - un premier circuit de commande pour l'interrupteur statique agissant à la suite d'une mise sous tension du tube fluorescent pour assurer la fermeture de l'interrupteur au cours de la majeure partie de chaque alternance pendant un intervalle de temps prédéterminé - un deuxième circuit de commande agissant après ledit intervalle de temps prédéterminé pour assurer la fermeture de l'interrupteur, sauf pendant des périodes de chaque alternance de la tension secteur correspondant sensiblement à des passages par des maxima de cette tension secteur, chacune de ces périodes ayant une durée de l'ordre de la période du circuit oscillant constitué par le ballast et ledit condensateur. 3. Dispositif d'allumage selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'interrupteur statique est constitué d'un thyristor connecté à une diagonale d'un pont redresseur dont l'autre diagonale est connectée aux bornes dudit condensateur. 4. Dispositif d'allumage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier circuit de commande comprend entre l'anode et la cathode du thyristor un montage en série d'une diode, d'une première résistance, d'un deuxième condensateur, et d'une deuxième résistance, le point de raccordement du deuxième condensateur et de la deuxième résistance étant connecté à la gâchette du thyristor. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'une diode Zener est connectée entre un point intermédiaire de la première résistance et la cathode du thyristor. 6. Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une troisième résistance de décharge du deuxième condensateur connectée entre le point de raccordement de la diode et de la première résistance et la cathode du thyristor. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le deuxième circuit de commande comprend un pont diviseur résistif connecté entre l'anode et la cathode du thyristor, le point milieu de ce pont diviseur étant connecté à la gâchette du thyristor par l'intermédiaire' d'un diac, et un condensateur de déphasage étant connecté en parallèle avec la résistance du pont diviseur connectée à la cathode du thyristor. 8. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le condensateur principal est disposé en série avec une résistance d'amortissement.