Brevet FR2497051A1 — publié le 19820625

L'invention concerne des dispositifs d'éclai- rage tels que les lampes fluorescentes circulaires à vis, et les dispositifs d'éclairage à plusieurs niveaux d'é- clairage, 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 consommation d'énergie électrique en réglant le niveau d'éclairage à la plus faible valeur appropriée visuellement à la tâche à entreprendre. Les dispositifs d'éclairage fluorescents sont électriquement plus efficaces que les lampes à incandescence, et plusieurs solutions ont été pro- posées pour les dispositifs à lampe fluorescente à plusieurs niveaux d'éclairage. On trouvera, par exemple, dans les bre- vets des E.U.A. no 2 350 462, 2 652 483 et 4 178 535 la des- cription des solutions proposées pour définir plusieurs niveaux d'éclairage à sélectionner dans des lampes fluores- centes circulaires, en insérant différents éléments réactifs de charge, ou des nombres différents de spires de transfor- mateur, 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. n0 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 à lampe fluorescente (du type circulaire par exemple), comportant un commutateur d'amorçage raccordé entre les électrodes de la lampe, une charge réactive rac- cordée en série avec la lampe pour la sortie d'éclairage à haut niveau, et une résistance à coefficient de tempéra- ture positif (thermistance) raccordée sélectivement en série avec la charge réactive pour établir une sortie d'éclairage à bas niveau, et pour faciliter l'amorçage de la lampe lorsqu'elle est réglée pour un éclairage à bas niveau. Le circuit est agencé de telle sorte que la séquence d'éclairage est la suivante: arrêt-haut niveau-bas niveau-haut niveau-arrêt. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent: figure 1, le circuit électrique d'une réalisa- tion recommandée conforme à l'invention; figures 2 et 3, des variantes d'une partie du circuit de la figure 1; figure 4, un graphique des tensions et courant lors de l'amorçage et du fonctionnement de la lampe à bas niveau d'éclairage. La lampe fluorescente 11 représentée figure 1, de préférence du type circulaire connu sous le nom 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 conden- sateur 15 est monté aux bornes du commutateur d'amorçage comme il est classique. L'autre extrémité de la cathode 13 est électriquement raccordée à la partie filetée 16 d'un culot à vis à trois bornes classique 17. L'autre extrémité de la cathode 12 est raccordée par une charge réactive 18 à une borne, par exemple la borne annulaire 19 du culot 17. La charge réactive 18 est telle qu'elle établit, dans la lampe, une sortie à haut niveau d'éclairage lorsque l'éner- gie électrique est appliquée, par l'intermédiaire d'une douille classique à trois bornes, entre la partie filetée 16 et la borne annulaire 19 du culot 17. Un circuit d'éclai- rage à bas niveau 21 est monté entre le plot central de borne 22 du culot 17 et l'extrémité 23 de la charge réac- tive 18 qui est raccordée à la borne annulaire 19. Sur la figure 1, le circuit d'éclairage à bas niveau se compose d'une résistance à coefficient de température positif 24 (également connue sous le nom de thermistance) montée entre le plot central de borne 22 et l'extrémité 23 de la charge réactive. Sur la figure 2, qui représente une variante de ce circuit, une résistance 26 est montée en parallèle avec la thermistance et/ou une résistance 27 est montée en série avec cette thermistance; et dans la variante de la figure 3, c'est un condensateur 28 qui est monté aux bornes de la thermistance 24. Le circuit à bas niveau d'éclairage 21 peut être placé dans le manchon central de la lampe avec la charge réactive 18, le culot 17 étant fixé à l'extrémité du manchon. La lampe 11, le commutateur d'amorçage 14 et la charge réactive 18 peuvent être identiques aux éléments décrits dans le brevet des EUA n0 4 278 911. Lorsque le culot 17 est vissé dans une douille classique à trois bornes, la partie filetée 16 est raccor- dée sur une borne du réseau électrique alternatif. Lorsque le commutateur de douille est en position "arrêt", la borne annulaire 19 et la borne centrale 22 ne reçoivent pas d'éner- gie, et aucun éclairage n'est fourni. Lorsque le commutateur de douille est placé dans la position suivante (première position), la borne annulaire 19 reçoit de l'énergie élec- trique (ainsi que le filament faible éclairage d'une lampe à incandescence classique à trois niveaux d'éclairage). Dans la position suivante du commutateur (deuxième position), la borne centrale 22 reçoit de l'énergie (ainsi que le deuxième filament plus brillant d'une lampe classique à trois niveaux d'éclairage, pour un éclairage moyen). Dans la troisième position du commutateur, l'énergie électrique est appliquée à la fois sur la borne annulaire 19 et sur la borne centrale 22 (les deux filaments d'une lampe à incan- descence à trois niveaux étant alors alimentés, ce qui donne un éclairage à haut niveau). La position suivante du commu- tateur est à nouveau une position "arrêt". Lorsqu'un système d'éclairage à deux niveaux est raccordé par une douille de lampe à trois bornes, comme dans la présente invention, il y a un choix possible pour la séquence d'éclairage. Selon une caractéristique de cette invention, la séquence d'éclairage de la lampe est la sui- vante: "arrét-haut niveau-bas niveau-haut niveau-arrêt"; dans la première position du commutateur de douille, la borne annulaire 19 est alimentée, et la lampe 11 est amenée en fonctionnement haut niveau par l'intermédiaire de la charge réactive 18; dans la deuxième position du commutateur de douille, la borne centrale 22 est alimentée et la lampe 11 est amenée en fonctionnement bas niveau par l'intermé- diaire du circuit série constitué par la résistance 24 et la charge réactive 18; dans la troisième position du commu- tateur de douille, la borne annulaire 19 et la borne cen- trale 22 sont toutes deux alimentées et la lampe 11 est à nouveau amenée en fonctionnement haut niveau par l'intermé- diaire de la charge réactive 18 (le circuit d'éclairage à bas niveau ou impédance 21 étant court-circuité entre les bornes 19 et 22); la position suivante du commutateur cor- respond à un nouvel arrêt. Cette séquence d'éclairage est recommandée car elle modifie le niveau d'éclairage pour chaque position du commutateur, ce qui dénonce un fonction- nement correct de la lampe. En variante, en inversant les connexions sur les bornes 19 et 22, on peut établir la séquence d'éclairage "arrêt-bas niveau-haut niveau-haut niveau-arrêt", mais on ne peut alors déceler un mauvais fonctionnement entre les deuxième et troisième positions. La lampe, dans chacune de ses positions d'éclai- rage à haut niveau et bas niveau, fonctionne en prenant deux états successifs amorçage et fonctionnement. Lorsque cette lampe est commandée pour un fonctionnement à haut niveau, avec tension alternative appliquée entre la partie filetée 16 et la borne annulaire 19, la tension est trans- mise sur les cathodes 12, 13 et aux bornes du commutateur d'amorçage 14, ce qui déclenche une décharge lumineuse dans le gaz (argon ou néon) se trouvant dans le commutateur 14, la chaleur qui s'en dégage provoquant la fermeture de l'un et/ou l'autre des contacts bimétal 31, 32 sur l'autre et/ou l'un de ces contacts, le courant qui circule alors dans les cathodes 12, 13 les amenant à la température d'émission électronique. Lorsque 'Les contacts du commutateur d'amor- çage 31, 32 sont fermés, la décharge lumineuse cesse, les contacts se refroidissent et s'ouvrent en environ une seconde, ce qui crée, dans la charge réactive 18, une pointe de tension inductive, provoque l'émission d'électrons à par- tir des cathodes chauffées 12, 13 et amorce une décharge électrique dans le gaz (mercure et argon, ou autre gaz d'amorçage) contenu dans l'ampoule, cette décharge excitant le luminophore de la paroi intérieure de l'ampoule qui émet une lumière visible. L'amorçage de la lampe 11 en position d'éclairage à haut niveau, avec la charge réactive 18 en série comme il vient d'être décrit, est classique et sans problème. La lampe fonctionnera également correctement à bas niveau si elle est commutée rapidement de la position haut niveau à la position bas niveau avant que les cathodes se soient refroidies de manière appréciable, même si l'impédance 21 est une résistance classique ou autre. Mais, l'amorçage de la lampe 11 en position d'éclairage à bas niveau à partir de la position arrêt, avec impédance supplémentaire, induc- teur, résistance ou condensateur dans le circuit, peut poser des problèmes pour que cet amorçage se fasse sûrement, du fait que le courant de préchauffage dans les cathodes 12, 13 est insuffisant pour les échauffer à la température d'émission électronique qui assurera l'amorçage de la décharge dans la lampe lorsque s'ouvriront les contacts du commutateur d'amorçage 14. Le préchauffage insuffisant des cathodes au moment de l'amorçage de la lampe (en supposant que la lampe s'amorce) peut également extraire des élec- trons du matériau d'émission électronique de ces cathodes sous l'effet du champ électrique de la tension d'amorçage et conduire à un endommagement de Conformément à l'invention, la thermistance 24 du circuit d'éclairage à bas niveau 21 assure un courant de pré-amorçage correct dans les cathodes 12, 13 et peut également jouer un rôle dans ce circuit lorsque la lampe 11 fonctionne normalement. La thermistance est une résistance à coefficient de température positif, ce qui signifie que sa résistance augmente lors d'un accroissement de température dû par exemple à une augmentation du courant qui y circule. Les thermistances sont des composants connus qui peuvent être réalisés sur une large gamme de caractéristi- ques résistance/température, cette caractéristique pouvant être linéaire ou non, pouvant présenter par exemple un accroissement brusque de résistance lorsque la température atteint une certaine valeur. Les thermistances sont utili- sées pour un grand nombre d'applications, y compris pour la commande du courant dans les systèmes à lampe fluorescente tels que ceux décrits dans les brevets E.U.A. 3 921 032 et 4 162 430. Dans le circuit conforme à l'invention, une ther- mistance 24 est montée dans le circuit d'éclairage à bas niveau 21 pour assurer un courant de préchauffage correct dans les cathodes de la lampe ainsi qu'une charge correcte de la lampe. La figure 4 représente comment le circuit conforme à l'invention amorce la lampe 11 en position d'éclairage bas niveau, lorsque la borne centrale 22 est alimentée et que le circuit 21 est en série avec la lampe. Les courbes supérieu- res 36, 37 représentent la tension d'entrée 38 sur les bor- nes 16, 22 en position d'éclairage bas niveau, répartie dans le temps depuis l'amorçage de la lampe 39 jusqu'au fonction- nement de cette lampe 41. La courbe suivante représente la tension 42 aux bornes du circuit d'éclairage à bas niveau 21 lors de l'amorçage de la lampe et lors du fonctionnement de cette lampe, et la troisième courbe représente le courant de la lampe lors de son amorçage et lors de son fonctionne- ment. Le circuit 21, composé de la thermistance 24 seule ou en combinaison avec une ou plusieurs résistances 26, 27 et/ou le condensateur 28, est étudié pour que son impédance soit relativement faible à la température ambiante et lors du préchauffage des cathodes 12, 13 avec le commutateur d'amor- çage 14 en position de fermeture (pédiode d'amorçage 39), et pour que cette impédance soit relativement élevée (échauffe- ment par circulation de courant et augmentation de la résis- tance de la thermistance 24) lors d'un fonctionnement normal de la lampe 11 à bas niveau, ce circuit chargeant alors cette lampe. La thermistance 24 ayant une faible impédance lors du préchauffage des cathodes, la chute de tension 46 est relativement faible et le courant de préchauffage de cathode 47 est relativement élevé, avec sensiblement la même valeur que pour l'amorçage à haut niveau, pour que les cathodes soient chauffées à une température correcte et assurent un amorçage correct de la lampe. Toujours con- formément à l'invention, la charge réactive 18 est élec- triquement en série avec l'impédance 21 et a également pour fonction de limiter le courant de préchauffage de cathode à une valeur de sécurité pendant le temps o le circuit 21 présente une impédance faible. Si le commutateur d'amor- çage 14 reste fermé pendant une seconde, ce qui est normal, pour le préchauffage des cathodes, la période d'amorçage de la lampe (pour un réseau à 60Hz) couvrira 60 cycles des tensions et courant 36, 46, 47. Un seul cycle a été repré- senté figure 4. Lorsque la lampe 11, amorcée, fonctionne, son courant de décharge 51 est plus faible que le courant 47 de préchauffage de cathode, et le courant est donc plus faible dans le circuit 21; mais la thermistance 24 continue à chauffer et la chute de tension 52 augmente, le circuit 21 (avec la charge réactive 18) étant amené à une impédance correcte pour la charge de la lampe 1i fonctionnant à bas niveau d'éclairage. Les légères discontinuités aux passages par zéro de la courbe 51 sont dues à de légers retards dans l'amorçage de la décharge de la lampe à chaque demi- cycle de fonctionnement. Les coupures 56 dans les courbes 51 et 52 représentent un certain nombre de périodes; on considère acceptable que le circuit à thermistance 21 s'échauffe en dix secondes et se normalise à une valeur d'impédance conve- nant à un fonctionnement permanent de la lampe 11 à bas niveau d'éclairage. On peut définir par calcul ou expérimen- tation les valeurs optima et caractéristiques de la thermis- tance 24, des résistances 26, 27 et/ou du condensateur 28, en fonction de la valeur souhaitée pour le courant de lampe à bas niveau d'éclairage 51 et le courant de préchauffage de cathode requis. Les résistances 26, 27 et/ou le condensa- teur 28 sont prévus si l'on souhaite donner des caractéris- tiques précises au circuit 21. Par exemple, la thermistance 24 peut avoir une résistance de 4 ohms à température ambiante, et une résistance de l'ordre de 135 homs en fonctionnement à bas niveau. Toujours à titre d'exemple, les résistances 26 et 27 peuvent être de l'ordre de 300 ohms et 5 ohms respec- tivement, et la résistance de la thermistance 24 peut être de l'ordre de 500 ohms en fonctionnement à bas niveau. Dans le circuit de la figure 3, la résistance de la thermistance 24 peut être de l'ordre de 6000 ohms en fonctionnement à bas niveau, et le condensateur 28 peut avoir une valeur de l'ordre de 3 microfarads. La caractéristique température/ résistance de la thermistance 24 peut, de plus, être éta- blie et rèélée par environnement thermique, par exemple, en recouvrant ou en enfermant cette thermistance (pour éta- blir plus de chaleur et accroître la résistance en fonction du courant), ou encore en évacuant la chaleur (par exemple, en plaçant contre la thermistance le noyau métallique de la charge réactive 18, pour que cette thermistance se refroi- disse plus vite après arrêt de la lampe et se retrouve à l'état de faible résistance convenant à son réamorçage correct à bas niveau d'éclairage. On a donc réalisé, conformément à l'invention, un dispositif à lampe fluorescente à multiples niveaux d'éclai- rage et bas prix, et un dispositif dans lequel tant le cir- cuit à haut niveau d'éclairage que le circuit à bas niveau d'éclairage peuvent être montés dans le manchon central de la lampe. La séquence d'éclairage dans le dispositif con- forme à l'invention est originale et à l'inverse de la séquence classique: arrêt -bas niveau- niveau plus élevé, etc.., ce qui constitue un perfectionnement pour une lampe à deux niveaux comme on l'a expliqué dans ce qui précède. REVENDICATIONS 1. Dispositif d'éclairage à décharge dans le gaz à niveaux multiples d'éclairage, tel qu'un dispositif à lampe fluorescente, fonctionnant sous tension alternative, comportant une lampe (11) à décharge dans le gaz avec deux électrodes (12,13), et un culot à trois bornes (17), carac- térisé 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 à niveau d'éclairage relativement haut, ainsi que des moyens constituant circuit de charge (21) montés entre la deuxième borne (19) et la troisième borne du culot et formant, en coopération avec la charge réactive, une charge pour la lampe à niveau d'éclairage relativement bas, le circuit de charge (21) comportant une impédance mon- tée entre les deuxième et troisième bornes du culot (19,22), 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 lors de l'ap- plication de la tension alternative, de manière à provoquer la circulation d'un courant de préchauffage dans les catho- des, et pour s'ouvrir ensuite lorsque la lampe est en fonc- tionnement, l'impédance étant choisie pour être relativement faible lors du préchauffage des cathodes pour le fonctionne- ment à niveau d'éclairage relativement bas, et pour être ensuite relativement plus élevée lors du fonctionnement à niveau d'éclairage relativement bas. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que l'impédance est constituée par un élément à impédance variable dont la valeur s'accroît après préchauf- fage des cathodes. 3. Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que l'impédance est constituée par une thermis- tance (24). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une résistance (26) montée aux bornes de la thermistance (24). 5. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte une résistance (27) montée en série avec la thermistance (24). 6. Dispositif selon la revendication 5, caracté- risé en ce qu'il comporte une résistance (26) mofttée aux bornes de la thermistance (24). 7. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce qu'il comporte un condensateur (28) monté aux bornes de la thermistance (24). 8. Dispositif selon la revendication 3, caracté- risé en ce que la lampe (11) est raccordée au culot (17) de manière à définir la séquence d'éclairage suivante: arrêt- haut niveau-bas niveau-haut niveau-arrêt. 9. Dispositif d'éclairage à deux niveaux pour raccordement à un culot classique à trois bornes (17) com- portant un circuit (18,21) amenant la lampe (11) du dispo- sitif aux niveaux d'éclairage choisis par trois positions de niveau d'éclairage définies par l'intermédiaire du culot selon la séquence d'éclairage suivante: arrêt-haut niveau- bas niveau-haut niveau-arrêt. 10. Dispositif selon la revendication 9, avec lampe à décharge (11) et culot à trois bornes (17), les bornes étant constituées par une partie filetée (16), une borne annulaire (19) et une borne centrale (22), caracté- risé en ce qu'il comporte un circuit avec moyens de charge à haut niveau (18) montés entre la lampe et la borne annu- laire, et moyens de charge à bas niveau (21) montés entre la lampe et la borne centrale. 11. Dispositif selon la revendication 10, caracté- risé en ce que les moyens de charge à haut niveau sont constitués par un élément réactif (18), et en ce que les moyens de charge à bas niveau sont constitués par une impé- dance montée en série (21) avec l'élément réactif. 12. Dispositif selon la revendication 11, caracté- risé en ce que l'impédance est choisie de manière à être il relativement faible lors de l'amorçage de la lampe, et relativement plus élevée lors du fonctionnement de la lampe pour la position à bas niveau d'éclairage de cette lampe.