Brevet FR2461428A1 — publié le 19810130

CIRCUIT BALLAST ELECTRONIQUE PREVU POUR PLUSIEURS LAMPES. La présente invention concerne les circuits auto-oscillateurs dits ballast pour lampes fluorescentes et, plus précisément, un tel circuit électronique prévu pour le fonctionnement d'une pluralité de lampes fluorescentes, et notamment trois lampes. On utilise un circuit ballast dans les dispositifs à lampes fluorescentes pour compenser les brusques modifications d'impédance dues au changement d'état des lampes. Généralement, les circuits ballast comprennent un autotransforma- teur qui est un composant relativement lourd, encombrant et coûteux, et dont le rendement est faible par rapport à celui d'un circuit ballast électronique. En outre, les circuits ballast à autotransfor- mateur fonctionnent à des fréquences comprises dans la gamme des fréquences audibles, ce qui gêne intempestivement les utilisateurs. Au contraire, les circuits ballast électroniques fonctionnent normalement à des fréquences relativement élevées, entre 20 et 30 kHz par exemple, qui dépassent les fréquences audibles par l'utili- sateur. En outre, ces circuits électroniques peuvent présenter des dimensions réduites et ont généralement un rendement supérieur à ce- lui des circuits comprenant un autotransformateur. Habituellement, les dispositifs d'éclairage comportent une ou deux lampes fluorescentes et un circuit ballast unique, ou bien quatre lampes et deux circuits ballast. Toutefois, il n'est pas in- habituel que les dispositifs à deux lampes ne fournissent pas assez de lumière tandis que ceux à quatre lampes en fournissent trop. De ce fait, des dispositifs n'incluant que trois lampes sont souhaita- bles. Mais de tels dispositifs nécessitent deux circuits ballast lorsque ceux-ci comportent un autotransformateur; ils sont alors coûteux et ont un mauvais rendement. La présente invention a pour objet un circuit ballast électroni-- que fonctionnant à fréquence élevée et permettant de connecter plu- sieurs lampes fluorescentes. Selon l'invention, le circuit de charge d'un tel circuit est re- lié à une source de tension par l'intermédiaire de transformateurs associés respectivement à chaque lampe du circuit de charge, trans- formateurs dont les enroulements primaires sont reliés en série au circuit résonnant série d'un oscillateur à haute fréquence. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription qui suit d'un mode préféré de réalisation donné à titre non limitatif, description à laquelle une planche est annexée. La figure unique est un schéma électrique d'un circuit ballast électronique conforme à la présente invention. En reference maintenant à cette figure unique, le circuit ballast est connecté à une ligne d'alimentation secteur 3 de tension alter- native par l'intermédiaire d'un circuit de filtrage 5 et d'un re- dresseur double alternance 7. Ce dernier est relié à un circuit os- cillateur 9 à haute fréquence qui, à son tour, est relié au circuit de charge 11 auquel sont connectées les lampes et à un circuit re- dresseur 13 constituant boucle de contre-réaction. Le circuit re- dresseur 13 est relié à un circuit 15 d'isolement et de stockage d'une charge disposé entre les bornes du redresseur double alter- nance 7. Un-circuit de démarrage 17 de l'oscillateur est également relié au redresseur double alternance 7, au dircuit redresseur for- mant boucle 13, au circuit d'isolement et de stockage 15, et est couplé, pour l'alternatif, au circuit oscillateur 9 à haute fré- quence. De manière plus détaillée, le circuit de filtrage 5 comprend un fusible 19 disposé en série entre l'une des bornes de la ligne d'alimentation secteur 3 et un premier enroulement inductif 21. Un second enroulement inductif 23, de préférence disposé sur le même noyau que le premier de manière à assurer un meilleur couplage par inductance mutuelle, est relié à l'autre borne de la ligne d'ali- mentation-secteur. Un condensateur 25 est disposé aux bornes de sortie des premier et second enroulements 21 et 23. Le redresseur double alternance 7 est constitué par un pont de diodes 27, 29, 31, 33 aux bornes de sortie duquel sont connectés un condensateur de filtrage 35 et une diode Zener 37. A la sortie du redresseur 7, on trouve le circuit oscillateur 9 à haute fréquence comprenant deux transistors 39 et 41 de même type connectés en série. Un premier transformateur 43 comprend un pre- mier enroulement secondaire 45 shunté par une résistance d'amortis- sement 47 et connecté entre l'émetteur et la base du transistor 39. Il comporte également un deuxième enroulement secondaire 49 égale- ment shunté par une résistance d'amortissement 51 et connecté entre l'émetteur et la base du transistor 41 de l'oscillateur 9. Le point de jonction entre les transistors 39 et 41 est respectivement relié, par l'intermédiaire d'un condensateur 53, aux enroulements primaires , 57 et 59 des, respectivement, premier, deuxième et troisième transformateurs 61, 63 et 65, connectés en série avec une impédance variable 67 du circuit redresseur 13. L'ensemble comprenant le con- densateur 53, les trois enroulements primaires 55, 57 et 59, et l'im- pédance variable 67, constitue un circuit résonnant série dont la fréquence est comprise entre 20 et 30 kHz, et incluant un dispositif réducteur qui sera décrit ultérieurement. Les deuxième, troisième et quatrième transformateurs, 61, 63-et comprennent également un deuxième enroulement secondaire, dési- gnés respectivement par les références 69, 71 et 73, et deux enrou- lements de filaments désignés respectivement par les références 75 et 77, 79 et 81, 83 et 85. Des lampes fluorescentes 87, 89 et 91 sont respectivement couplées à chacun des second, troisième et qua- trième transformateurs 61, 63 et 65. En outre, les seconds enroule- ments de filaments 77, 81 et 85 des transformateurs 61, 63 et 65 sont reliés en série par l'intermédiaire d'une inductance 88 à l'en- roulement primaire 90 du premier transformateur 43 de manière à dé- livrer une tension de commande à l'oscillateur 9. Le circuit redresseur 13 est relié à une impédance variable 67 disposée en série avec et faisant partie du circuit oscillateur 9, et couplée par l'intermédiaire d'un condensateur 92 au point de jonction des deux diodes 93 et 95 disposées en série pour constituer un doubleur de tension. La diode 95 est reliée au circuit 15 d'iso- lation et de stockage de charge au point de jonction du condensateur 97, aux bornes duquel est disposée une résistance 99, et de la diode 101, branche incluant le condensateur 97 en série avec la diode 101 étant disposée aux bornes du redresseur double alternance 7. Le circuit de démarrage 17 de ltoscillateur comprend une résistan- ce 103 reliée à un diac 105 qui est directement connecté au circuit redresseur 13 ainsi qu'au point de jonction du circuit 15. Le point de jonction de la résistance 103 et du diac 105 est couplé, pour l'alternatif par l'intermédiaire de l'impédance 107 en série avec le condensateur 109, au transistor 41 du circuit oscillateur 9. Lors du fonctionnement, la ligne d'alimentation secteur 3 fournit une tension alternative au circuit de filtrage 5 dont le rôle con- siste à éliminer les signaux parasites à fréquence radio aussi bien que les signaux transitoires indésirables qui sont, en particulier, filtrés par les deux enroulements 21 et 23 en coopération avec le condensateur 25, et à délivrer une tension alternative relativement pure au redresseur double alternance 7. Ce dernier fournit a son tour une tension de sortie puisée à une fréquence double de celle de l'alimentation secteur. Cette tension de sortie est modifiée au- moyen du circuit 15 comme expliqué ci-après, de manière à ce qu'une tension continue relativement constante soit appliquée à l'oscilla- teur 9. Ce dernier est constitué par un vibreur ou un oscillateur, dans lequel les deux transistors 39 et 41 fonctionnant en push-pull. Le circuit de sortie de l'oscillateur est un circuit résonnant série dont la fréquence de résonance est située entre 20 et 30 kHz, c'est à dire hors de la gamme des fréquences audibles, pour ne pas engen- drer de bruits inopportuns. Ce circuit résonnant de sortie comprend un condensateur 53, les enroulements primaires 55, 57 et 59 des deuxième, troisième et quatrième transformateurs 61, 63 et 65, et l'impédance variable 67 du circuit redresseur 13. Etant donné que ce circuit fonctionne à haute fréquence, il est avantageux d'utili- ser de petits transformateurs individuels pour coupler les lampes du circuit de charge 11. En autre, les enroulements primaires 55, 57 et 59 en série permettent d'obtenir pour le circuit de charge 11 une tension de démarrage relativement élevée. Après allumage de l'une des lampes, la tension disponible est répartie entre les autres lam- pes non-allumées, et il en résulte une augmentation immédiate de la tension appliquée à ces dernières et l'allumage d'une autre lampe. Le cycle se répète jusqu'à ce que toutes les lampes soient allumées. Les transformateurs individuels qui peuvent être constitués par des enroulements bobinés sur un noyau unique, permettent de connec- ter en série les enroulements primaires 55, 57 et 59 tandis que les lampes 87, 89 et 91 sont connectées en parallèle. Ainsi une tension relativement élevée est délivrée pour l'amorçage des lampes et cette tension diminue dès que les lampes sont allumées. Grâce à cette dis- position aucune haute tension inopportune n'est engendrée sur les contacts des lampes lorsque ces.dernières sont en fonctionnement. Les seconds enroulements de filaments 77, 81 et 85 des deuxième, troisième et quatrième transformateurs 61, 63 et 65 sont reliés en série à l'enroulement primaire 89 du premier transformateur 43. Ain- si, lorsque l'on retire une des lampes 87, 89 et 91, la tension ap- pliquée à l'enroulement primaire et aux enroulements secondaires 45 et 49 du premier transformateur 43 est interrompue. Il en résulte que le circuit oscillateur 9 est mis hors service dès qu'une lampe est retirée ou meurt, les autres lampes s'éte gnant alors. L'impédance variable 67 du circuit 13 permet de réaliser un dispo- sitif réducteur. En augmentant la valeur de l'inductance 67, l'impé- dance du circuit de charge diminue. Ainsi, la puissance d'entrée qui est appliquée au circuit 15 augmente tandis que la puissance d'entrée appliquée aux lampes diminue, d'o résulte l'effet de ré- ducteur. En référence maintenant au circuit d'isolement et de stockage-de la charge 15, l'énergie fournie par le circuit redresseur en boucle 13 est emmagasinée dans le condensateur 97 puis appliquée, par l'in- termédiaire'de la diode 101, au redresseur double alternance 7 lors- que la tension pulsée décroît en dessous d'un seuil déterminé. De cette manière, une tension continue relativement constante est ap- pliquée au circuit oscillateur 9. Cependant, lorsque l'on augmente la puiss;ance appliquée par le circuit redresseur 13 en réduisant la puissance fournie aux lampes, on augmente également l'énergie disponible fournie à l'oscillateur 9. Il en résulte une baisse de l'énergie délivrée par la ligne dtali- mentation secteur 3 et une économie d'énergie. Des mesures ont per- mis de montrer que le rendement du circuit restait pratiquement constant malgré des variations de lumière de sortie comprises entre et 120%. Enfin, on sait que les caractéristiques de coupure des transis- tors 39 et 41 de l'oscillateur 9 peuvent être améliorées lorsque ces transistors sont directement commandés au moyen d'un transfor- mateur plut8t qu'au moyen d'un circuit complexe de polarisation de la base. Toutefois, on sait aussi qu'un oscillateur 9 à commande directe ne peut pas démarrer seul, et qu'un circuit de démarrage est alors nécessaire. Ici, il n'y a aucune énergie emmagasinée dans le condensateur 97 du circuit 15 tant que l'oscillateur 9 ne fonctionne pas. Cependant une énergie suffisante est délivrée par la ligne d'alimentation-sec- teur 3 pour que les condensateurs 35 et 109 du circuit de démarrage se chargent à travers la résistance 103, l'impédance 107 et l'enrou- lement 49 du premier transformateur 43. Lorsque la charge du condensateur 109 dépasse la tension de rup- ture du diac 105, le condensateur 109 se décharge à travers l'impé- dance 107, le diac 105, le condensateur 97 et l'enroulement 57 du premier transformateur 43. Ltenroulement 57 transmet la décharge au transistor 41 pour polariser ce dernier et amorcer le fonctionnement de l'oscillateur 9. Une tension apparaît alors et le condensateur 97 se charge par l'intermédiaire du circuit redresseur en boucle 13. Ainsi, le condensateur 97 est suffisamment chargé pour éviter que la tension aux bornes de la diode d'isolement 101 atteigne une valeur suffisante pour provoquer la rupture du diac 105 et actionner le circuit de démarrage 17 alors qu'il est déconnecté du circuit. Bien que seul un mode de réalisation de l'invention ait été dé- crit, il est évident que toute modification apportée par l'Homme de l'Art dans le même esprit ne sortirait pas du cadre de la pré- sente invention. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 - Circuit ballast électronique prévu pour assurer le fonc- tionnement de plusieurs lampes fluorescentes comprenant un oscil- lateur à haute fréquence couplé à une source de tension et à un circuit de charge incluant les dites lampes, caractérisé en ce que le dit circuit de charge comprend pour chaque lampe deux enroulements d'alimentation des filaments, un enroule- ment primaire et un enroulement secondaire, les enroulements pri- maires couplés aux dites lampes étant reliés en série au dit cir- cuit oscillateur. 2 - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dit circuit de charge inclut troi lampes, les enroule- ments primaires correspondant aux dites lampes étant reliés en série au dit oscillateur. 3 - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un transformateur ayant un enroulement primaire, un enroule- ment secondaire et deux enroulements de filaments pour chaque lampe, relie les lampes du dit circuit de charge au dit oscillateur. 4 - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un des deux enroulements de filaments pour chaque lampe est relié en série au dit oscillateur de manière à délivrer une tension de commande au dit oscillateur pour maintenir ce dernier en fonctionnement. - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dits enroulements primaires reliés en série au dit os- cillateur sont inclus dans un circuit résonnant série dont la fré- quence de résonance est comprise entre 20 et 30 kHz environ. 6 - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur pour chaque lampe, chaque trans- formateur ayant un enroulement primaire, un enroulement secondaire et deux enroulements de filaments, les dits enroulements primaires étant reliés en série au dit oscillateur, les dits enroulements se- condaires et les dits enroulements de filaments de chaque transfor- mateur reliés à une lampe, et l'un des enroulements de filaments étant connecté au dit oscillateur de manière à maintenir ce dernier en fonctionnement. 7 - Circuit ballast selon larevendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un transformateur pour chacune des dites lampes et un transformateur de commande ayant un enroulement primaire re- lié au dit oscillateur, les enroulements primaires des dits trans- formateurs associés à chacune des dites lampes étant connectés en série au dit oscillateur, l'un des enroulements de filaments de chacun des dits transformateurs étant relié en série entre eux et à l'enroulement primaire du dit transformateur de commande du dit oscillateur. a - Circuit ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de charge comprend trois lampes fluorescentes, un transformateur associé à chacune des dites lampes ayant chacun un enroulement primaire, un enroulement secondaire et deux enrou- lements de filaments pour chacune des dites lampes, les dits enrou- lements priamires de chacun des dits transformateurs étant reliés en série avec le dit oscillateur, les dits enroulements secondaires et les dits enroulements de filaments étant couplés aux dites lam- pes, et l'un des enroulements de filaments de chaque lampe étant relié en série entre eux et au dit oscillateur. 9 - Circuit ballast électronique prévu pour assurer le fonc- tionnement de plusieurs lampes fluorescentes comprenant un redres- il seur double alternance relié à une source de tension alternative, shunté par un circuit d'isolement et de stockage de charge, et cou- plé à un oscillateur à haute fréquence, un circuit redresseur dis- posé en boucle reliant le dit circuit d'isolement et de stockage de charge au dit circuit de charge, caractérisé en ce qu'il com- prend un transformateur associé à chaque lampe du dit circuit de charge, le dit transformateur ayant un enroulement priamire relié en série au dit oscillateur et au dit circuit redresseur en boucle. - Circuit ballast électronique selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que le nombre des lampes du dit circuit de charge est égal à trois, l'enroulement primaire de chaque transformateur associé à une lampe étant relié en série au dit oscillateur et au dit circuit redresseur en boucle. 11 - Circuit ballast électronique selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que le dit transformateur associé à chaque lampe comprend un enroulement primaire, un enroulement secondaire et deux enroulements de filaments,les dits enroulements primaires étant re- liés en série au dit oscillateur et au dit circuit redresseur en boucle, les dits enroulements secondaire et de filaments étant re- liés à l'une des lampes du dit circuit de charge, l'un des dits en- roulements de filaments étant relié en série au dit oscillateur. 12 - Circuit ballast électronique selon la revendication 9, ca- ractérisé en ce que les enroulements primaires de tous les dits transformateurs associés chacun à une lampe du dit circuit de charge sont connectés en série au dit oscillateur et au dit circuit re- dresseur en boucle de manière à constituer un circuit résonnant série dont la fréquence de résonance est comprise entre 20 et 30 kHz.