Brevet FR2497052A1 — publié le 19820625

L'invention concerne des dispositifs d'éclairage tels que les lampes fluorescentes circulaires à vis, et les dispositifs d'éclairage à plusieurs niveaux d'éclairage, brillant et sombre par exemple. On connaît depuis nombre d'années des lampes à incandescence à trois niveaux, pouvant être utilisées lors- que différents niveaux d'éclairage sont souhaitables dans des conditions différentes, et de manière à réduire la con- sommation d'énergie électrique en réglant le niveau d'éclai- rage à la plus faible valeur appropriée visuellement à la tache à entreprendre. Les dispositifs d'éclairage fluores- cents sont électriquement plus efficaces que les lampes à incandescence, et plusieurs solutions ont été proposées pour les dispositifs à lampe fluorescente à plusieurs niveaux d'éclairage. On trouvera, par exemple, dans les brevets des E.U.A. WO 2 350 462, 2 652 483 et 4 178 535 la description des solu- tions proposées pour définir plusieurs niveaux d'éclairage à sélectionner dans des lampes fluorescentes circulaires, en insérant différents éléments réactifs de charge, ou des nombres différents de spires de transformateur, en série avec la lampe. Le principe de base d'un dispositif à lampe fluorescente avec charge se trouve, par exemple, dans la description des brevets des E.U.A. No 2 320 424 et 2 817 004. L'invention a pour objectif un dispositif, réali- sable et à bas prix, à lampe fluorescente avec niveaux mul- tiples d'éclairage. Brièvement et selon un exemple de réalisation recommandée, l'invention concerne un dispositif d'éclairage fluorescent avec lampe fluorescente (du type circulaire par exemple), comportant un commutateur d'amorçage raccordé entre les cathodes de la lampe, une charge réactive raccordée sélectivement en série avec la lampe pour une émission lumi- neuse à haut niveau, et une résistance raccordée sélective- ment en série avec la charge réactive pour une émission lumineuse à bas niveau, ainsi qu'un dispositif de commuta- tion bilatéral raccordé en parallèle avec la résistance de manière à être conducteur pendant des demi-cycles du courant 249705e d'amorçage de la lampe à bas niveau, et non-conducteur lors du fonctionnement normal dela lampe, ce qui facilite l'amorçage de cette lampe en position d'éclairage à bas niveau. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: figure 1, le schéma électrique d'une réalisa- tion recommandée, conforme à l'invention; figure 2, une variante d'une partie de la figure 1; et figure 3, un graphique des tensions et courant lors de l'amorçage et du fonctionnement de la lampe à fai- ble niveau d'éclairage. La lampe fluorescente il représentée figure 1, de préférence du type circulaire connu sous la marque de Cir- cline, comporte des cathodes 12 et 13 à l'intérieur de l'ampoule et à proximité de ses extrémités. Un commutateur d'amorçage classique 14 est monté entre une extrémité de la cathode 12 et une extrémité de la cathode 13, et un con- densateur 15 est monté aux bornes du commutateur 14 comme il est classique. L'autre extrémité de la cathode 15 est électriquement raccordée à la partie filetée 16 d'un culot classique à vis à trois bornes 17. L'autre extrémité de la cathode 12 est raccordée par une charge réactive 18 à une borne du culot 17, telle que la borne annulaire 19. La valeur de la charge réactive 18 est telle que la lampe 11 se trouve à un niveau haut d'éclairage lorsqu'une tension électrique est appliquée à la partie filetée 16 et à la borne annulaire 19 du culot 17, par l'intermédiaire d'une douille classique à trois bornes. Un circuit d'éclairage bas niveau 21 est monté entre le plot central de borne 22 du culot 17 et l'extrémité 23 de la charge réactive 18 qui est raccordée à la borne annulaire 19. Sur la figure 1, le circuit d'éclairage à bas niveau 21 comporte une résistance de charge 24 raccordée entre la borne centrale 22 et l'ex- trémité 23 de la charge réactive, ainsi qu'un commutateur thyristor à diode bidirectionnelle SIDAC 26 monté en 249705? parallèle avec la résistance 24. On trouvera la description d'un dispositif SIDAC dans le brevet des E.U.A. no 3 866 088. Sur la variante du circuit à bas niveau d'éclairage de la figure 2, un dispositif commutateur TRIAC remplace le dispo- sitif SIDAC de la figure 1, et comporte une électrode de commande 28 raccordée à une prise 29 de la résistance de charge, ou au point de jonction équivalent de la résistance, 24 et d'une autre résistance 24'. D'autres dispositifs de commutation ou circuits peuvent être utilisés en variante, pourvu que leur fonction soit correcte dans le circuit de charge à bas niveau 21 et telle qu'il sera décrit en se reportant à la figure 3. De préférence, la résistance de charge 24 est du type à coefficient de température positif, dont la résistance s'accroit avec l'accroissement de tempé- rature dû au courant qui y circule. Le circuit d'éclairage à bas niveau 21 peut être placé dans le manchon central de la lampe décrite dans le brevet des E.U.A. no 4 278 911, avec la charge réactive 19, le culot à trois bornes 17 étant fixé à l'extrémité du manchon. Lorsque le culot à vis 17 est inséré dans une douille classique à trois bornes, la partie filetée 16 est raccordée à une borne du réseau de tension alternative d'alimentation. Lorsque le commutateur de douille se trouve en position arrêt, la borne annulaire.19 et la borne cen- trale 22 ne reçoivent aucun courant, et la lampe n'éclaire pas. Lorsque le commutateur de douille est placé sur la position suivante (première position), la borne annulaire 19 est alimentée (ainsi que le filament à faible niveau dans une lampe à incandescence classique à trois bornes). Dans la position suivante du commutateur ou deuxième posi- tion, la borne centrale 22 est alimentée (ainsi que le deuxième filament plus brillant d'une lampe classique à trois bornes, pour un éclairage moyen). Dans la troisième position du commutateur, les bornes annulaire et centrale sont toutes deux alimentées (les deux filaments, dans une lampe à incandescence, étant alors alimentés, ce qui se traduit par un éclairage à haut niveau). La position suivante du commutateur de douille correspond à un autre arrêt. Lorsqu'un système d'éclairage à deux niveaux est raccordé par une douille à trois bornes, un choix est pos- sible pour la séquence d'éclairage. Comme représenté et décrit dans cet exposé, la séquence d'éclairage de la lampe Il est la suivante: "arrêt-haut niveau-bas niveau- haut niveau-arrêt", du fait que la première position du commutateur de douille alimente la borne annulaire 19 et amène la lampe il en fonctionnement à haut niveau par l'in- termédiaire de la charge réactive 18, la deuxième position du commutateur de douille alimente la borne centrale 22 et amène la lampe il en fonctionnement à bas niveau par l'in- termédiaire du circuit série constitué par lacharge réac- tive 18 et la résistance 24, la troisième position du com- mutateur de douille alimente les deux bornes annulaire 19 et centrale 22, ce qui amène la lampe 11 en fonctionnement à haut niveau par l'intermédiaire de la charge réactive 18, (l'impédance 21 du circuit d'éclairage à bas niveau étant court-circuité entre les bornes 19 et 22), la position sui- vante du commutateur correspondant à un nouvel arrêt. Cette séquence d'éclairage est préférable car le niveau d'éclai- rage change pour chaque position du commutateur et permet de s'assurer que le fonctionnement de la lampe est correct. En variante, on pourrait intervertir les connexions sur les bornes 19 et 22 pour définir la séquence d'éclairage sui- vante: "arrêt-bas niveau-haut niveau-haut niveau-arrêt", mais certaines personnes pourraient alors penser à un fonction- nement incorrect du fait de l'absence de changement de niveau lumineux entre les deuxième et troisième positions. Pour chacun des niveaux d'éclairage haut et bas, la lampe fonctionne en prenant deux états successifs: amorçage et fonctionnement. Lorsque la lampe est amenée en fonctionnement à haut niveau d'éclairage par la tension alternative appliquée entre la partie filetée 16 et la borne annulaire 19, la tension est transmise aux cathodes 12, 13 et aux bornes du commutateur d'amorçage 14, ce qui provoque une décharge lumineuse dans le gaz (argon ou néon par exemple) contenu dans le commutateur, la chaleur dégagée provoquant la fermeture de l'un ou l'autre des contacts bimétal 31, 32 sur l'autre ou l'un de ces contacts, et le courant qui circule alors dans les cathodes les ame- nant à la température d'émission électronique. Lorsque les contacts 31, 32 du commutateur d'amorçage sont en position de fermeture, la décharge lumineuse cesse, les contacts se refroidissent et s'ouvrent en environ une seconde, provo- quant, dans la charge réactive 18, la formation d'une pointe de tension qui amorce l'émisskon électronique à partir des cathodes chauffées 12, 13 et une décharge élec- trique dans le gaz (mercure ou argon, ou autre gaz d'amor- çage) contenu dans l'ampoule, ce qui excite le luminophore de la paroi intérieure de l'ampoule et engendre une lumière visible. L'amorçage de la lampe 11 en fonctionnement à haut niveau d'éclairage, avec la charge réactive 18 en série avec cette ampoule et tel qu'il vient d'être décrit, est classique et sans problème. Mais l'amorçage de la lampe 11 en fonctionnement à bas niveau d'éclairage par l'intermédiaire de la résistance 24 (ou d'une autre impé- dance supplémentaire, inducteur ou condensateur par exemple), peut poser des problèmes pour un amorçage sûr de la lampe, du fait que le courant de préchauffage est insuffisant dans les cathodes 12, 13 pour provoquer leur échauffement à une température assurant l'amorçage de la décharge électronique dans la lampe lorsque le commutateur d'amorçage s'ouvre pour provoquer cet amorçage. Un préchauffage insuffisant des cathodes au moment de l'amorçage de la lampe (en suppo- sant que la lampe s'amorce) peut également provoquer l'ex- traction d'électrons à partir du matériau d'émission élec- tronique des cathodes sous l'effet du champ électrique de la tension d'amorçage, et conduire à un endommagement de ce matériau. Conformément à l'invention, le SIDAC 26, le TRIAC 27, ou tout autre dispositif ou circuit équivalent, monté aux bornes de l'impédance 24 du circuit d'éclairage à bas niveau, assure un courant de pré-amorçage correct dans les cathodes 12, 13, et est inactif lorsque la lampe 11 fonctionne normalement. On a représenté figure 4 comment le circuit con- forme à l'invention amorce la lampe 11 dans la position à faible niveau d'éclairage, lorsque la borne centrale 22 du culot est alimentée et que le circuit d'éclairage à bas niveau 21 est en série avec la lampe. Les courbes supé- rieures 36, 37 représentent la tension d'entrée 38 sur les bornes 16, 22 du culot, répartie dans le temps depuis une période d'amorçage 39 de la lampe et une période de fonc- tionnement 41 de cette lampe. La courbe suivante représente la tension 42 aux bornes de l'impédance 24 du circuit d'é- clairage à bas niveau, telle qu'elle est déterminée par le dispositif de commutation bilatérale 26, 27, etc.. lors de l'amorçage et du fonctionnement de la lampe, et la troi- sième courbe représente le courant de lampe 43 lors de l'amorçage et du fonctionnement de la lampe. Le dispositif de commutation bilatéral 26, 27, etc.. est choisi, ou polarisé, et réglé de telle sorte qu'il est conducteur lors- que la tension aux bornes de l'impédance 24 atteint, au cours de chaque demi-cycle de la période d'amorçage (alors que le commutateur d'amorçage 14 est fermé et avant qu'il s'ouvre pour un fonctionnement normal de la lampe), un point légèrement plus élevé en tension que la valeur de pointe en fonctionnement normal 47 aux bornes de la résistance 24, lorsque la lampe 1i fonctionne normalement. Le dispositif de commutation 26, etc.., devenant ainsi conducteur chaque demi-cycle pendant la période d'amorçage de la lampe, court- circuite périodiquement l'impédance de charge 24 du circuit d'éclairage à bas niveau, et le courant qui circule dans les cathodes 12, 13 lors de l'amorçage (courbe 48) est plus élevé que ne le serait le courant 49, pendant chaque demi- cycle d'amorçage, sans le dispositif de commutation bila- téral; ce courant d'amorçage plus élevé échauffe plus et plus vite les cathodes 12, 13 pendant la durée de l'ordre de une seconde de la période d'amorçage, ce qui assure l'amorçage de la lampe 11 en position bas niveau d'éclai- rage. Le courant d'amorçage à bas niveau d'éclairage 48 dans les cathodes 12, 13 peut, conformément à l'invention, être approximativement le même, donc préchauffer les catho- des à approximativement la même température avant que le commutateur d'allumage s'ouvre pour amorcer la lampe, que le courant correspondant à un amorçage pour fonctionnement à haut niveau d'éclairage; la différence est représentée par les aires de faibles dimensions sous les courbes 49 qui correspondent aux faibles valeurs de chute de tension dans la résistance 24 lors d'un amorçage à faible niveau. Toujours conformément à l'invention, la chargé réactive 18 est électriquement en série avec l'impédance 21 pour rem- plir une fonction supplémentaire de limitation du courant de cathode à une valeur de sécurité pendant les périodes o le dispositif de commutation bilatéral est en court- circuit ou présente une faible impédance aux bornes de l'élément de charge 24. Si le commutateur d'amorçage reste fermé pendant une seconde, ce qui est classique, pour pré- chauffer les cathodes, la durée de l'amorçage sera de 60 cycles des tensions et courant 36, 46, 48 (en supposant un réseau d'alimentation de 60 Hz). On n'a représenté qu'un cycle et demi sur la figure 4. La lampe amorcée, étant en fonctionnement, son courant de décharge provoque une chute de tension 47 aux bornes de la résistance de charge 24, dont la valeur de pointe est inférieure au point de tension de commutation 46 du dispositif de commutation bilatéral 26, etc.., de sorte que ce dispositif est inopérant et que la lampe 11 est polarisée par la résistance 24 et la charge inductive 18. Les légères discontinuités aux passages par zéro des courbes 47 et 51 sont dues à un léger retard dans l'amor- çage de la décharge de la lampe pour chaque demi-cycle de fonctionnement. Les valeurs et caractéristiques optima de la résistance de charge 24 et du dispositif de commutation bilatéral 26, etc.. peuvent être définies par calcul ou expérimentation, en fonction de la valeur souhaitée pour le courant 51 de la lampe fonctionnant à bas niveau d'é- clairage. L'invention permet donc de réaliser un disposi- tif à lampe fluorescente à plusieurs niveaux d'éclairage et faible prix, tant le circuit à haut niveau d'éclairage que le circuit à bas niveau pouvant être montés dans le manchon central de la lampe. Le dispositif de commutation bilatéral 26 ou 27, outre qu'il facilite l'amorçage de-la lampe à faible niveau d'éclairage, assure une fonction utile. Dans le cas o le commutateur d'amorçage 14 reste- rait en position de fermeture, ou dans le cas o, la lampe étant vieillie, la décharge ne se fait pas et ce commuta- teur tente d'amorcer la lampe en se fermant de manière répétitive, le courant relativement important dans la résis- tance 24 pendant un temps assez long peut l'échauffer à une température non souhaitable; mais le dispositif de commuta- tion bilatéral dérive une grande partie de ce courant et évite un échauffement excessif de la résistance, la charge réactive 18 limitant le courant à une valeur de sécurité pour le circuit. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éclairage à décharge dans un gaz et niveaux multiples d'éclairage, tel qu'un dispositif à lampe fluorescente, fonctionnant sous tension alternative, avec lampe à décharge dans un gaz (11) comportant deux cathodes (12,13) et un culot à trois bornes (17), caracté- risé en ce qu'il comporte des moyens raccordant une pre- mière extrémité de l'une des cathodes (13) à une première borne (16) du culot, une charge réactive (18) montée entre une première extrémité de l'autre cathode (12) et une deuxième borne (19) du culot et constituant une charge pour la lampe fonctionnant à niveau d'éclairage relativement haut, et des moyens constituant circuit de charge (21) mon- tés entre la deuxième borne (19) et une troisième borne (22) du culot et formant, en coopération avec la charge réactive (18), une charge pour la lampe fonctionnant à niveau d'éclai- rage relativement bas, le circuit de charge (21) comportant une impédance (24,24-24') montée entre les deuxième et troi- sième bornes (19,22) du culot et des moyens de commutation bilatéraux (26, 27) montés en parallèle avec l'impédance, le dispositif comportant un commutateur d'amorçage (14) monté entre les autres extrémités des cathodes (12,13) et conçu pour se fermer pendant un certain temps lorsque la tension électrique est appliquée sur le culot (17) de manière à faire circuler un courant de préchauffage dans ces cathodes, et pour passer ensuite en position d'ouverture lorsque la lampe (11) est en fonctionnement, les moyens de commutation bilatéraux étant conçus de manière à être conducteurs pen- dant au moins une partie de chaque demi-cycle de la tension alternative lors du préchauffage des cathodes pour un fonc- tionnement de la lampe à niveau d'éclairage relativement bas, et pour être ensuite non conducteurs lors du fonction- nement de la lampe à niveau d'éclairage relativement bas. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'impédance (24,24-24') est une résistance. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la résistance (24,24-24') a un coefficient de température positif. 4. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commutation bilatéraux sont constitués par un dispositif SIDAC (26). 5. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commutation bilatéraux sont constitués par un dispositif TRIAC polarisé (27). 6. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commutation bilatéraux (26,27) sont raccordés de manière à être conducteurs pendant chaque demi-cycle du courant de préchauffage lorsque la chute de tension aux bornes de l'impédance (24,24-24') atteint une certaine valeur lors du demi-cycle considéré, cette valeur de tension étant plus élevée que la chute de tension de pointe alternative aux bornes de l'impédance lorsque la lampe fonctionne à niveau d'éclairage relativement bas, de sorte que ces moyens de commutation sont non conducteurs lors du fonctionnement à niveau d'éclairage relativement bas.