Brevet FR2509110A1 — publié le 19830107

Procédé et dispositif pour alimenter des tubes lumineux à décharge. L'invention a pour objet un procédé et un dispositif pour alimenter des tubes lumineux à décharge, à gaz ou à vapeurs métalliques. Le secteur technique de l'invention est celui de la construction des appareils lumineuxtelsque tube fluorescent ou tube à décharge par exemple des tubes ou ballons à néon ou à vapeurs de mercure ou de sodium comportant un tube ou un ballon rempli d'une atmosphère gazeuse à faible pression et deux électrodes qui permettent d'ionisez le gaz ou la vapeur et de les rendre émissif de photons, qui peuvent se situer dans le spectre visible, dans l'infrarouge ou dans l'ultraviolet. Les tubes à décharge à cathode chaude comportent un starter qui permet de chauffer les électrodes pour les rendre émissives d'électrons et un ballast composé d'une self destinée à protéger le tube en limitant la tension aux bornes de celui-ci lorsqu'il est amorce. Le starter et le ballast présentent l'inconvénient d'être encombrants et fragiles et la self du ballast entraîne un mauvais cosinus 9 d'où un mauvais rendement dû à la consommation de puissance réactive. Les tubes à décharge sont alimentés par la tension alternative du secteur, ayant une fréquence de 50 Hz, et il en résulte un clignotement de la lumière fatigant pour les yeux. Un objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant d'alimenter un tube lumineux à décharge en supprimant le starter et le ballast et en remplaçant ceux-ci par des composants moins encombrants, moins fragiles et moins coûteux. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des moyens permettant d'alimenter un tube lumineux à décharge en supprimant tout clignotement visible de la lumière. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un procédé selon lequel on alimente un tube à décharge en créant entre les électrodes du tube des différences de tension ayant la forme d'impulsions périodiques qui présentent chacune un pic de surtension très bref, ayant une tension de crête comprise entre 400 V et 900 V, suivi d'un palier de tension compris entre 40 V et 120 V selon les tubes. De préférence, la fréquence des impulsions est comprise entre 20 KHz et 200 KHz. Un dispositif selon l'invention pour alimenter un tube à décharge, comporte un oscillateur qui émet des impulsions de tension périodiques présentant chacune un.pic de surtension très bref ayant une tension de crête comprise entre 400 V et 900 V, suivi d'un palier de tension compris entre 40 V et 120 V selon les tubes. Selon un mode de réalisation préférentiel, l'oscillateur est un oscillateur à réaction simple qui comporte un transistor, une première self, placée dans le circuit du collecteur dudit transistor et un premier condensateur placé en dérivation entre l'émetteur et le collecteur dudit transistor et une boucle de réaction composé d'une résistance, montée en série avec une deuxième self qui est connectée sur la base dudit transistor et d'un deuxième condensateur placé en dérivation entre l'émetteur et le collecteur dudittransistor. L'invention a pour résultat de nouveaux moyens pour alimenter les tubes à décharges tels que les tubes à gaz à cathode chaude ou les ballons fluorescents à vapeurs métalliques, en supprimant les starters et ballasts qui sont remplacés par un oscillateur très simple. Les avantages de ce nouveau mode d'alimentation des tubes sont nombreux. On sait réaliser des oscillateurs qui émettent sur des fréquences élevées, nettement supérieures aux fréquences sonores ce qui permet d'obtenir une luminosité continue, sans aucun clignotement visible. Les oscillateurs sont des circuits peu encombrants et peu onéreux et les dispositifs selon l'invention sont moins couteux que les dispositifs à starter et ballast. De plus, ils permettent de faire varier progressivement la luminosité du tube en incorporant dans la boucle de réaction de l'oscillateur une résistance variable qui peut être une photorésistance. Un autre avantage des dispositifs selon l'invention réside dans le fait que l'oscillateur est alimenté en courant continu par un redresseur très peu onéreux et très robuste qui ne consomme pratiquement aucune puissance réactive. Le rendement global des tubes lumineux alimentés par un dispositif selon l'invention composé d'un redresseur et d'un oscillateur est meilleur que celui des tubes qui comportent un ballast. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif, un exemple de réalisation d'un dispositif selon l'invention. La figure 1 est un schéma d'un oscillateur selon l'invention. La figure 2 est un chronogramme représentant les impulsions émises par l'oscillateur de la figure 1. La figure 3 est un schéma plus complet montrant l'alimentation d'un tube à décharge à partir du réseau alternatif. La figure 1 représente un tube 1 à décharge dans un gaz ou une vapeur métallique, par exemple un tube à néon ou un ballon fluorescent à vapeur de mercure de tout type connu. Ce tube à cathode chaude comporte à chacune de ses deux extrémités, un culot 2, 3 muni de deux broches 2a, 3a et d'une électrode double 2b, 3b qui est formée de deux filaments. On rappelle que les tubes à cathode chaude comportent habituellement un starter quiçstiermé lors de l'amorçage du tube, ce qui a pour effet d'inclure les deux électrodes dans un circuit de chauffage pour les rendre émettrices d'électrons qui ionisent le gaz qui devient conducteur. Une fois l'amorçage terminé, le starter s'ouvre et le tube continue à produire de la lumière sous l'effet d'un courant de conduction qui maintient le gaz ionisé. Si le tube s'éteint, le starter se referme pour un nouvel amorçage. Selon l'invention, les tubes à décharge fonctionnent suivant un principe différent et les circuits d'alimentation ne nécessitent plus de starter. Le tube 1 est alimenté par un enroulement secondaire T2 d'un transformateur de liaison qui est couplé par induction sur un enroulement primaire T1, faisant partie d'un oscillateur à réaction simple, du type oscillateur "blocking". Cet oscillateur comporte une alimentation en courant continu représentée par les deux bornes B1 et B2. il comporte un transistor Tr, une self L1 placé dans le circuit de collecteur du transistor et un premier condensateur Cl placée en dérivation entre l'émetteur et le collecteur du transistor. il comporte, en outre, une boucle de réaction en dérivation entre le collecteur et la base du transistor, laquelle comporte une résistance Ri et une deuxième self T1 qui constitue le primaire du transformateur T. Une diode D1 évite que le potentiel de la base ne descende au-dessous du potentiel de l'émetteur qui est le potentiel de la masse. L'oscillateur comporte, en outre, un deuxième condensateur C2 placé en dérivation entre l'émetteur et le collecteur du transistor. Le transistor Tr fonctionne en régime bloqué saturé selon l'état de charge des condensateurs C1 et C2 et les tensions oscillantes aux bornes des selfs L1 et T1. Il délivre des oscillations de relaxation ayant la forme d'impulsions périodiques qui sont représentées sur la figure 2. Chaque impulsion comporte d'abord un pic de tension V1 de courte durée. La tension de crête V1 est suffisante pour créer un amorçage entre les deux électrodes du tube à gaz 1 compte tenu du rapport éventuel de transformation dû aki transformateur T La surtension V1 ne doit pas dépasser la tension crête admissible par le transistor Tr. En pratique, la tension V1 doit être supérieure à un seuil minimum de 400 V qui suffit pour amorcer les tubes à décharge connus et inférieure à 900 V qui est une tension crête admissible pour les transistors connus. De préférence, on choisit un oscillateur qui émet des pics de surtension VI de l'ordre de 600 V. Après le pic de surtension initial, chaque impulsion présente un palier de tension V2 qui est une tension de conduction du tube déjà amorcé par le pic de tension V1. On sait qu'un tube amorcé se comporte comme une diode Zener et que la tension de conduction ne dépend que de la nature du'gaz et de la longueur du tube. La tension de conduction des tubes habituels est comprise entre 40 V et 120V et on choisit un oscillateur qui émet un palier de tension V2 correspondant à la tension de conduction du tube 1 à alimenter. Bien entendu, la figure 1 n'est qu'un exemple de réalisation d'un oscillateur délivrant des impulsions selon la figure 2 et la portée de l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation particulier d'un oscillateur, mais englobe tout oscillateur équivalent qui délivre des impulsions périodiques ocmportant un pic de surtension très bref, compris entre 400 V et 900 V, suivi d'un palier de tension correspondant à la tension de conduction du tube compte tenu du rapport de transformation du transformateur T. En jouant sur la valeur des selfs L1, T1 et des capacités C1, C2, on peut déterminer la fréquence de l'oscillateur. De préférence, on choisit une fréquence supérieure aux fréquences acoustiques audibles, c'est-à-dire supérieure à 20 KHz et une fréquence pas trop élevée pour éviter d'avoir à utiliser des composants électroniques conçus pour les très hautes fréquences. Une plage de fréquence préférentielle est la plage comprises entre 20 KHz et 200 KHz. De telles fréquences élevées permettent de supprimer tout clignotement visible de la lumière émise par le tube. Cependant, il est précisé que cette plage n'est pas limitative et l'oscillateur pourrait également émettre par exemple sur une fréquence inférieure aux fréquences audibles. On remarquera qu'entre chaque impulsion de tension, le tube se désamorce et il est réamorcé automatiquement par le pic de surtension de l'impulsion suivante. La consommation moyenne de puissance est réduite par le fait qu'aucune puissance n'est consommée entre deux impulsions successives. L'explication théorique du fonctionnement d'un tube alimenté par un dispositif selon l'invention est la suivante. Les impulsions de tension délivrées par l'oscillateur créent dans le tube un champ électromagnétique alternatif qui met en vibration les électrons périphériques des molécules de gaz. Lors du pic de surtension, les électrons de la couche externe passent dans une couche à plus haute énergie d'où ionisation du gaz. Les électrons retombent ensuite sur la couche externe et cette retombée s'accompagne d'une émission d'énergie sous forme de photons. La figure 1 représente un mode de réalisatiqn comportant un transformateur de liaison T qui est couplé inductivement sur la self T1 de l'oscillateur. Il est précisé que cet exemple n'est pas limitatif et que l'enroulement secondaire T2 pourrait être couple également avec la self L1 ou avec les deux selfs L1 et T1. On pourrait également supprimer le transformateur de liaison et prélever les impulsions de tension alimentant le tube directement aux bornes de l'une des selfs T1 ou L1 ou sur toute autre sortie de l'oscillateur. La figure 3 représente un schéma plus complet d'un dispositif d'alimentation d'un tube à décharge 1, à partir d'une tension alternative en 50 ou 60 Hz délivrée entre deux bornes Al et A2. On retrouve sur cette figure le tube et l'oscillateur représentés par les mêmes repères que sur la figure 1. L'alimentation en courant continu de l'oscillateur est fournie par un redresseur constitué par un pont de diodes P et par un condensateur de filtrage C3. Pour éviter que I'oscillateur ne serve de ballast, on dispose sur le circuit alternatif, en amont du redresseur, un condensateur C4 qui limite l'intensité du courant afin d'éviterl'échauf- fement et qui laisse passer la tension de fonctionnement de l'oscillateur. Le condensateur C4 doit tenir à la tension du réseau, par exemple 220 V. il a une capacité suffisamment faible pour produire un déphasage important entre l'intensité du courant et la tension afin de ne pas provoquer une consommation d'énergie réactive. Une résistance R2 est montée en dérivation sur le condensateur C4, selon le montage habituel pour éviter les parasites dus aux décharges du condensateur. La résistance R1 est une résistance variable. En faisant varier la valeur de la résistance R1, on modifie la polarisation de la base du transistor Tr et on fait varier, de façon progressive, la puissance de l'oscillateur et donc l'éclairement du tube. Cette propriété d'un dispositif d'alimentation par un oscillateur est très avantageuse. Elle permet d'utiliser comme résistance variable R1, une photorésistance dont la résistance varie avec 11 éclairement et d'obtenir ainsi automatiquement une adaptation progressive de l'éclairement à la luminosité ambiante. Ce dispositif est particulièrement avantageux pour les éciairages publics de voies ou d'accés à des bâtiments. La figure 3 représente une autre caractéristique avantageuse du dispositif d'alimentation d'un tube. Le circuit en courant continu qui alimente l'oscillateur comporte une coupure 4 dont les deux extrémités sont connectées par deux conducteurs 5a, 5b sur les deux filaments constituant une des deux électrodes du tube, par exemple sur les deux filaments 3b qui sont ainsi placés en série dans le circuit d'alimentation en courant continu de l'oscillateur. Une des extrémités de l'enroulement secondaire T2 est connecté sur l'autre électrode 2b du tube et la deuxième extrémité de l'enroulement T2 est à la masse. Ce montage présente un double avantage. Dès que l'on débranche le tube, le circuit alimentant l'oscillateur se trouve automatiquement ouvert et l'oscillateur n'est plus alimenté. De plus, le courant continu qui alimente l'oscillateur circule dans le filament 3b, ce qui a pour effet d'échauffer ce filament et d'aider à l'amorçage du tube. L'alimentation des tubes à décharge par des dispositifs selon l'invention a un rendement élevé d'où une économie d'énergie. REVENDICATIONS 1. Procédé pour alimenter un tube lumineux à décharge comportant deux électrodes, caractérisé en ce que l'on crée entre lesdites électrodes des différences de tension ayant la forme d'impulsions périodiques présentant chacune un pic de surtension très bref, ayant une tension de crête (V1) comprise entre 400 V et 900 V, suivie d'un palier de tension (V2) compris entre 40 V et 120 V. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fréquence desdites impulsions est comprise entre 20 KHz et 200 KHz. 3. Dispositif pour alimenter un tube lumineux à décharge (1), caractérisé en ce qu'il comporte un oscillateur qui émet des impulsions de tension périodiques présentant chacune un pic de surtention très bref ayant une tension de crête (V1) comprise entre 400 V et 900 V et, de préférence, de l'ordre de 600 V suivie d'un palier de tension (V2) compris entre 40 V et 120 V selon les tubes. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit oscillateur est un oscillateur à réaction simple, qui comporte un transistor (Tr), une première self (L1), placée dans le circuit du collecteur dudit transistor et un premier condensateur (C1) placé en dérivation entre l'émetteur et le collecteur dudit transistor et une boucle de réaction composé d'une résistance (R1), montée en série avec une deuxième self (T1) qui est connectée sur la base dudit transistor et d'un deuxième condensateur (C2) placé en dérivation entre l'émetteur et le collecteur dudit transister (Tr). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit tube (1) est connecté aux bornes d'un enroulement secondaire (T2) d'un transformateur de liaison qui est couplé indirectement sur l'une des selfs (L1, T1) dudit oscillateur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que ledit oscillateur est alimenté par un redresseur (P, C3), qui est connecté sur le réseau alternatif à travers un troisième condensateur (C4). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que ladite résistance R1 située dans la boucle de réaction de l'oscillateur est une résistance variable qui permet de régler la luminosité du tube. 8. Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite résistance variable (R1) est une photorésistance qui fait varier automatiquement la luminosité du tube en fonction de la luminosité ambiante. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ledit oscillateur est alimenté en courant continu par un circuit qui traverse les deux filaments (3b) qui constituent ltdne des deux électrodes dudit tube (1), de sorte que l'oscillateur n'est plus alimenté dès que le tube est enlevé.