Brevet FR2495428A1 — publié le 19820604

i 2495428 La présente invention a pour objet un circuit d'allumage pour lampe fluorescente et, plus particulièrement, un circuit d'allumage utilisant un dispositif d'amorçage tel qu'un "starter" du type électronique. Il existe actuellement sur le marché différents dispositifs d'amorçage dont le plus répandu est le starter à effluve, d'un prix de revient limité et d'une grande facilité de montage. Ce dispositif présente néanmoins l'inconvénient d'etre relativement fragile. D'autre part, l'allumage de la lampe fluorescente associée s'accompagne de papillotements gênants. En outre, il ne permet pratiquement pas l'amorçage aux basses températures. Un autre dispositif connu permettant d'éviter ces inconvénients, et assurant un préchauffage temporisé des cathodes de la lampe en vue d'obtenir une température idéale de celles-ci avant l'amorçage, est illustré par le schéma de la figure 1 annexée. Il comprend principalement un élément bilame TC qui fournit la temporisation désirée et qui commande un micro-contact tc connecté en série dans le circuit d'alimentation des cathodes de la lampe. Ce micro- contact est fermé au repos. Lorsque la tension d'alimentation alternative AC est fournie aux bornes E et F de l'installation, l'élément bilame TC, alimenté par l'intermédiaire d'un enroulement auxiliaire SL de l'inductance ballast BL de la lampe FL, s'échauffe. La lampe FL reste inerte, la tension entre les cathodes étant insuffisante pour l'amorçage. Le courant s'établit par ces cathodes et le micro-contact tc. Les cathodes s'échauffent, ainsi que l'élément bilame TC. Dès que la température de cet élément atteint une valeur prédéterminée, il bascule et commande l'ouverture du micro-contact tc. La surtension engendrée par l'interruption du courant dans l'inductance ballast BL provoque l'amorçage du tube. Un tel dispositif présente l'inconvénient de nécessiter une inductance ballast BL pourvue d'un enroulement auxiliaire SL, donc d'un coût plus élevé et d'un volume plus important. En outre, le temps de refroidissement de l'élément bilame TC impose une durée minimale entre deux allumages consécutifs. De plus, dans le cas d'une lampe défectueuse, le dispositif d'amorçage bat, ce qui entraIne à la longue sa destruction. Ces inconvénients deviennent inacceptables lorsque la lampe FL utilisée est du type des nouvelles lampes de diamètre réduit (26 mm) apparaissant actuellement sur le marché. En effet, ces lampes exigent -.jI 2 2495428 une tension d'amorçage plus élevée et, de ce fait, avec une probabilité relativement importante, elles ne s'allument pas dès l'application de la tension. Le fonctionnement précédent est alors répété une ou plusieurs fois, ce qui se traduit, pour l'utilisateur par un papillotement gênant. Il importe de l'éviter et d'obtenir l'allumage dès l'application de la tension. La présente invention a donc pour objet un dispositif d'allumage associé à une inductance ballast du type standard pour starter à effluve, destiné à assurer le préchauffage optimal des cathodes pendant un temps défini et à commander l'allumage à un instant o la probabilité de cet allumage est maximale. Compte tenu de cette probabilité, le dispositif de l'invention est conçu de façon à ne pas renouveler une commande non suivie de l'allumage effectif de la lampe, cette anomalie ne pouvant être due qu'à la défaillance d'un élément de l'installation, en particulier de la lampe. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant exposés de façon détaillée dans la description qui va suivre, faite à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent:- - la figure 1 déjà citée, le schéma de principe d'un circuit d'allumage pour lampe fluorescente d'un type connu; - la figure 2, le schéma de principe du circuit d'allumage pour lampe fluorescente faisant l'objet de l'invention; - la figure 3, le schéma détaillé d'un exemple de réalisation d'un circuit d'allumage conçu conformément à la présente invention; - la figure 4, des courbes illustrant les variations des tensions de différents points du circuit de la figure 3. On décrira tout d'abord le principe du circuit d'allumage faisant l'objet de l'invention en se reportant au schéma de la figure 2. Le circuit d'allumage de la figure 2 comprend, à partir d'une source de courant alternatif AC, connectée entre deux entrées E et F du circuit, la lampe fluorescente FL avec ses filaments ou cathodes Kl et K2, une inductance ballast BL connectée entre la première extrémité de la cathode Kl et l'entrée E, un condensateur d'antiparasitage C6 connecté entre les secondes extrémités des cathodes Kl et K2, un relais RL commandant un contact rl, et un circuit de temporisation et de synchronisation électronique MN. Le circuit de temporisation et de synchronisation MN comprend notamment une première entrée A connectée à l'entrée E du circuit, une seconde entrée B connectée à l'autre entrée F du circuit par 3 2495428 l'intermédiaire de la cathode K2, et deux sorties G et H connectées respectivement aux bornes de l'enroulement d'excitation du relais RL. Le fonctionnement du circuit d'allumage de la figure 2 est le suivant, le relais RL étant au repos en l'absence d'alimentation et son contact rl étant dans la position ouverte représentée: - la tension d'alimentation alternative AC est fournie aux entrées E et F du circuit. La tension entre les cathodes Kl et K2 est insuffisante pour provoquer l'amorçage et la lampe FL reste inerte; - le circuit de temporisation et de synchronisation MN est alimenté à travers la cathode K2 et il fournit entre ses sorties G et Hl une tension d'excitation du relais RL. Ce relais commute et le contact rl passe dans la position fermée; - le courant s'établit par les cathodes Kl et K2 qui s'échauffent; - après un intervalle de temps prédéterminé, le circuit de temporisation et de synchronisation MN bascule et ne fournit plus de tension entre ses sorties G et H. Le relais RL n'est plus alimenté et revient en position de repos. Le contact rl revient dans la position ouverte représentée interrompant ainsi le préchauffage des cathodes Kl -20 et K2; - la surtension engendrée par l'interruption du courant dans l'inductance ballast BL provoque l'amorçage de la lampe FL. Cet amorçage est commandé à un instant bien déterminé de façon que cette surtension soit optimale, le circuit MN basculant pour une valeur bien précise de la phase de la tension d'alimentation alternative AC; - le circuit MN est maintenu dans sa position et ne fournit plus de tension aux bornes de l'enroulement d'excitation du relais RL qui est donc maintenu dans sa position de repos. Il en est ainsi tant que la tension d'alimentation alternative AC est fournie aux entrées E et F du circuit. Comme le circuit de temporisation et-de synchronisation MN a commandé l'allumage de la lampe FL à un instant tel que la surtension provoquant l'amorçage de cette lampe est optimale, cette lampe doit s'allumer. Si ce n'est pas le cas, cette lampe est défectueuse et il est tout à fait inutile quele circuit MN entreprenne un second cycle de fonctionnement en vue de fournir une seconde commande d'allumage. Ce second cycle ne peut avoir lieu que si la tension d'alimentation du circuit MN est momentanément supprimée, soit consécutivement au réflexe connu de l'utilisateur manoeuvrant l'interrupteur d'alimentation générale, soit en remplaçant la lampe défectueuse: dès que l'on retire -4 2 495428 celle-ci, le circuit MN n'est plus alimenté et il revient dans sa position initiale. La mise en place d'une nouvelle lampe FL rétablit l'alimentation du circuit MN qui fournit alors la tension d'excitation au relais RL. Le fonctionnement du circuit se poursuit de la façon précédemment décrite. Ainsi, en utilisant non pas un starter du type électrothermique à bilame mais un relais électromagnétique, le circuit d'allumage de la figure 2 s'affranchit de toutes les contraintes thermiques (durée minimale entre deux allumages consécutifs imposée par le temps de refroidissement de l'élément bilame) des circuits connus. D'autre part, par l'utilisation d'un circuit électronique de temporisation et de synchronisation, il permet un préchauffage précis des cathodes qui atteignent au moment de la commande d'amorçage une température optimale propice à l'obtention d'une longue durée de vie. En outre, en asservissant l'instant de la commande d'amorçage à la phase de la tension d'alimentation AC, c'est-à-dire en provoquant cet amorçage lorsque la surtension obtenue est optimale en vue de l'allumage de la lampe, on augmente encore la probabilité d'allumage qui devient telle que le non allumage d'une lampe ne peut pratiquement être dû qu'à la défaillance de celle-ci. On décrira maintenant, en se reportant à la figure 3, le schéma détaillé d'un exemple de réalisation du circuit d'allumage de l'invention. Sur le schéma de la figure 3, on retrouve la lampe fluorescente FL, l'inductance ballast BL, le condensateur d'antiparasitage C6, le relais RL et son contact ri, ainsi que le circuit de temporisation et de synchronisation MN de la figure 2. Les deux entrées A et B du circuit MN sont respectivement connectées à l'entrée E du circuit et, par l'intermédiaire de la cathode K2 de la lampe FL à l'entrée F. Les deux sorties G et H du circuit MN sont respectivement connectées aux extrémités de l'enroulement d'excitation-du relais RL. Le circuit de temporisation et de synchronisation MN comprend notamment un circuit de redressement double alternance RB dont une entrée est connectée à l'entrée A via un condensateur Cl et dont l'autre entrée est connectée à l'entrée B. Une diode de stabilisation à effet Zener DZ et un condensateur polarisé C2 sont connectés en parallèle entre les sorties non référencées du circuit de redressement RB. Le circuit MN comprend également un circuit monostable NE qui peut être un circuit intégré du type commercialisé sous la référence 555. Ce monostable comprend huit bornes d'accès: les bornes 1 et 8 (alimentation) sont respectivement connectées à l'anode et à la cathode de la diode Zener DZ, la borne 2 (déclenchement) est connectée, d'une part, à l'anode de la diode Zener -par l'intermédiaire d'un condensateur polarisé C3, d'autre part, à la cathode de cette diode via une résistance RI; la borne 3 (sortie) de ce monostable est connectée à l'anode d'une diode de protection Dl dont la cathode est connectée à la sortie H; la borne 4 (remise à zéro) est connectée à la borne 2; la borne 5 (tension de référence) est connectée, via un condensateur C4 à l'anode de la diode Zener DZ; la borne 6 (seuil) est connectée, d'une part, à la cathode de cette diode par l'intermédiaire d'une résistance R2, d'autre part, à l'anode de cette diode via un condensateur polarisé C5; la borne 7 (décharge) n'est pas utilisée. Le circuit MN comprend encore une diode de protection D2 dont l'anode et la cathode sont respectivement connectées entre les sorties G et H. On sait que le monostable NE alimenté par une tension Vl fournie entre ses bornes 1 et 8, après avoir été déclenché par une tension d'amplitude au moins égale au tiers de l'amplitude de la tension Vi et appliquée sur sa borne 2, bascule dès que l'amplitude de la tension fournie sur la borne 6 devient égale à l'amplitude d'une tension de référence interne V2. L'amplitude de cette tension de référence, définie par un pont de résistances, est égale aux 2/3 de l'amplitude de la tension d'alimentation VI. On décrira maintenant le fonctionnement du circuit d'allumage de la figure 3 en se reportant également aux courbes de la figure 4. Une tension d'alimentation alternative AC est fournie aux entrées E et F du circuit de la figure 3, donc également aux entrées du pont redresseur RB via la cathode K2 de la lampe FL. La capacité du condensateur de filtrage C2 connecté entre les sorties du pont redresseur RB est choisie de façon que ce filtrage soit insuffisant et que la tension redressée fournie aux bornes de ce condensateur présente une ondulation non négligeable, représentée par la courbe Vi de la figure 4. Cette tension est fournie entre les bornes 1 et 8 du monostable NE qui élabore une tension de référence interne dont l'amplitude est égale aux 2/3 de l'amplitude de cette tension redressée. Cette tension de référence est représentée par la courbe V2 de la figure 4. Le condensateur C3 étant supposé déchargé lors de l'alimentation du circuit de la figure 3, l'amplitude de la tension fournie à la borne 2 du monostable NE est nulle. Ce monostable connecte alors intérieurement la borne 6 à la borne 1 empêchant ainsi la charge du condensateur C5. Le condensateur C3 se charge à travers la résistance RI. Dès que la différence de potentiel aux bornes de ce condensateur est égale au tiers de la tension VI fournie aux bornes d'alimentation 1 et 8 du monostable NE par le pont redresseur RB, ce monostable est déclenché la liaison interne entre les bornes 1 et 6 est interrompue et le condensateur C5 peut se charger à travers la résistance R2. La variation de la tension aux bornes de ce condensateur est illustrée par la courbe VC5 de la figure 4. Simultanément, une tension de sortie positive est fournie sur la borne 3, donc sur la sortie H du circuit de temporisation et de synchronisation MN à travers la diode de protection Dl. Le relais RL, normalement alimenté, s'excite et le contact rl passe en position fermée: le courant s'établit par les cathodes Kl et K2 qui s'échauffent. La tension entre ces cathodes est insuffisante pour provoquer l'amorçage et la lampe FL reste inerte. Cet instant est défini par l'origine commune des courbes de la figure 4. La tension VC5 aux bornes du condensateur C5 augmente: cette montée en tension est lente par rapport aux variations de la tension de référence V2. Il en résulte que l'amplitude de la tension VC5 ne peut devenir égale à l'amplitude de cette tension de référence qu'à un instant AP coïncidant pratiquement à un passage de la tension de référence par son minimum. Dès qu'il en est ainsi, le monostable NE bascule: aucune tension n'est plus fournie à la borne 3 et le relais RL qui n'est plus alimenté revient à son état de repos; le contact rl passe en position ouverte interrompant ainsi le préchauffage des cathodes Kl et K2. La surtension engendrée par l'interruption du courant dans l'inductance ballast BL provoque l'amorçage de la lampe FL. Lors du basculement du monostable NE, la liaison interne entre les bornes 1 et 6 se rétablit et le condensateur C5 est court-circuité. Le monostable NE est maintenu dans cet état par la tension fournie par l'intermédiaire du condensateur C3 aux bornes 2 et 4. Un nouveau déclenchement du monostable NE n'est alors possible qu'après une interruption de son alimentation. On a donc bien commandé l'amorçage de la lampe FL en un instant AP présentant un déphasage constant avec la tension de réfé- 7 2495428 rence V2 donc avec la tension d'alimentation Vi du monostable NE. En choisissant un condensateur CI de capacité déterminée et un relais RL dont le temps de réponse est connu, il est donc possible de provoquer l'allumage de la lampe FL à l'instant précis o la tension d'alimentation alternative AC de cette lampe, fournie entre les points E et F et dont le déphasage par rapport à la tension d'alimentation Vl du monostable NE est défini par le condensateur Cl est tel que la surtension obtenue soit optimale en vue de l'allumage de la lampe. Il en est donc de même de la probabilité d'allumage de cette lampe. D'autre part, la durée du préchauffage des cathodes KI et K2 est entièrement définie par la constante de temps du circuit R2-C5. Il est donc aisé, tout en conservant le synchronisme de la commande d'amorçage de la lampe, d'optimaliser ce préchauffage. Il est à remarquer que la durée de ce préchauffage peut être diminuée en incorporant une diode en série dans le circuit de préchauffage. Dans ce cas, pour obtenir le déclenchement de l'allumage en concordance avec l'alternance passante de cette diode de préchauffage, on déséquilibre le circuit de redressement en pont RB par l'adjonction d'une résistance dans la branche qui convient. Cette résistance, mise une alternance sur deux en communication avec le condensateur de filtrage rend le filtrage plus mauvais sur cette alternance. Le monostable NE a alors un déclenchement préférentiel sur l'alternance choisie. Il est bien évident que la description -qui précède n'a été fournie qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. On peut notamment envisager l'utilisation d'un relais électromagnétique RL dont la position de repos correspond à l'état passant de son contact rl. L'extrémité G de l'enroulement d'excitation de ce relais est alors connectée à l'autre sortie du circuit de redressement RB. 8 2495428 REVENDICATIONS I. Circuit d'allumage pour lampe fluorescente dont les cathodes sont connectées entre une source de tension d'alimentation alternative à travers une inductance ballast et un élément de commutation qui est en position fermée pendant la période préchauffage des cathodes, caractérisé par le fait que ledit élément de commutation est un contact de relais. 2. Circuit d'allumage tel que défini en 1, caractérisé par le fait qu'il comprend également un circuit de temporisation et de synchro- nisation alimenté- par la tension alimentant notamment la lampe et l'inductance ballast, et dont la sortie commande ledit relais. 3. Circuit d'allumage tel que défini en 2, caractérisé par le fait que le circuit de temporisation et de synchronisation est alimenté par la tension alimentant notamment la lampe et l'inductance ballast, à l'exclusion d'au moins l'une desdites cathodes, de façon que ce circuit ne soit plus alimenté lorsque la lampe est retirée. 4. Circuit d'allumage tel que défini en 2 au en 3, caractérisé par le fait que ledit circuit de temporisation et de synchronisation comprend essentiellement un circuit de redressement et de filtrage recevant ladite tension d'alimentation et alimentant lui-même un circuit monostable qui commande ledit relais. 5. Circuit d'allumage tel que défini en 4, caractérisé par le fait que ledit circuit de redressement comprend un filtrage insuffisant de sorte que la tension d'alimentation du monostable présente une ondulation résiduelle volontaire, ce qui permet audit monostable de commander ledit relais à un instant o la phase de ladite tension d'alimentation à une valeur prédéterminée. 6. Circuit d'allumage tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait qu'il comprend une diode de préchauffage connectée dans le circuit de préchauffage des cathodes en vue de réduire la durée de ce préchauffage, et que ledit circuit de-redressement et de filtrage comprend une branche déséquilibrée de manière que ladite ondulation résiduelle soit asymétrique et provoque le fonctionnement dudit monostable au cours d'une alternance transmise par ladite diode de préchauffage. 7. Circuit d'allumage tel que défini dans l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par le fait que ledit relais est un relais électromagnétique.