Brevet FR2520963A1 — publié le 19830805

La présente invention concerne le domaine des cir- cuits destinés à amorcer et à faire fonctionner des lampes à décharge dans un gaz alimentées en alternatif et branchées en série, comme des lampes fluorescentes, ayant des cathodes qui sont chauffées initialement par un courant alternatif de chauffage pour faciliter l'amorçage, ce courant de chauffage étant ensuite coupé pendant le fonctionnement normal. Dans les lampes fluorescentes de ce type, les décharges dans le gaz se produisent à cause de l'émission d'électrons à partir des cathodes, dans chaque lampe Les électrons ne sont pas émis par la totalité de la cathode, mais par un petit "point chaud" de chaque cathode, les points chauds se trouvant initialement à l'extrémité de chaque cathode à laquelle la tension d'alimentation de la lampe est appliquée, et ces points chauds se déplacent pro- gressivement le long des cathodes en s'éloignant des extré- mités auxquelles la tension d'alimentation est appliquée, pendant la durée de vie de la lampe, au fur et à mesure que la matière d'émission située dans les points chauds se dété- riore avec l'utilisation. L'émission alternée d'électrons par chaque cathode de chaque lampe ionise le gaz dans la lampe, ce qui crée des ions qui circulent vers l'autre cathode de la lampe et bombardent cette cathode, ce qui crée les points chauds en alternance dans les cathodes de la lampe au cours de chaque demi-cycle de la tension d'alimentation alternative Du fait de l'inertie thermique des cathodes, ces points demeurent chauds de façon à faciliter l'émission d'électrons à partir de ces points pendant chaque demi-cycle suivant du fonction- nement en alternatif, au cours duquel la polarité de la ten- sion de la lampe est inversée. Les brevets U S 4 009 412 et 4 010 339 décrivent des lampes fluorescentes branchées en série, avec des cir- cuits qui appliquent une tension d'alimentation aux bornes des lampes branchées en série, et qui appliquent également initialement un courant de chauffage aux cathodes, pour les chauffer jusqu'à la température d'émission d'électrons, après quoi ces circuits coupent le courant de chauffage pendant le fonctionnement normal des lampes, et après que les points chauds de cathode ont été établis, la température de ces points chauds étant suffisante pour procurer une émission d'électrons appropriée pendant le fonctionnement normal des lampes Cette coupure des courants de chauffage des cathodes économise plusieurs watts d'énergie électrique qui seraient par ailleurs consommés si les cathodes des lampes étaient chauffées continuellement avec le courant de chauffage au cours du fonctionnement normal des lampes Un principe de base de l'invention repose sur la détermination du fait que dans de tels systèmes de lampes, la durée de vie utile des lampes est réduite du fait de la détérioration accélérée des cathodes des lampes. L'invention a pour buts de procurer un circuit alternatif et un système perfectionnés pour amorcer et pour faire fonctionner un ensemble de lampes à décharge dans un gaz branchées en série, comme des lampes fluorescentes, dans lesquels les cathodes des lampes sont chauffées initialement par un courant alternatif de chauffage appliqué à ces catho- des, et dans lesquels le courant de chauffage est supprimé ou coupé pendant le fonctionnement normal des lampes Un but essentiel est d'augmenter la durée de vie utile des lampes en prolongeant la durée de vie utile de leurs cathodes. Brièvement et selon un mode de réalisation préféré, l'invention consiste en un circuit destiné à amorcer et à faire fonctionner un ensemble de lampes à décharge dans un gaz branchées en série, comme des lampes fluorescentes, dans lequel un courant alternatif de chauffage de cathode est appliqué initialement aux cathodes des lampes pour facilier leur amorçage, après quoi ce courant est coupé pendant le fonctionnement normal des lampes L'invention améliore et augmente la durée de vie utile des lampes, par l'utilisation d'un circuit d'alimentation de lampes qui fait en sorte qu'au moment o les courants de chauffage de cathode sont coupés, les "points chauds" des cathodes, qui émettent des électrons, demeurent sur les cathodes aux emplacements auxquels ils se trouvaient avant la coupure des courants de chauffage de cathode On accomplit ceci en employant un enroulement de transformateur à prise centrale et en connec- tant la prise centrale à une extrémité de chacune des catho- des, au point de connexion des lampes branchées en série, et en connectant les extrémités respectives de cet enroulement aux extrémités restantes de ces cathodes L'enroulement à prise centrale peut se présenter sous la forme de deux enroulements dont les extrémités sont connectées ensemble pour former un enroulement à prise centrale équivalent. La suite de la description se réfère aux dessins annexés qui représentent respectivement: Figure 1: un schéma d'une combinaison de lampes fluorescentes branchées en série, conformément à l'art anté- rieur, avec une tension d'alimentation appliquée aux bornes des lampes et avec des courants de chauffage de cathode appliqués aux cathodes, ce schéma montrant un exemple de direction de circulation des électrons dans chaque lampe entre un point chaud sur une cathode et un point chaud sur l'autre cathode. Figure 2: un schéma identique à celui de la figu- re 1, à l'exception du fait que les courants de chauffage de cathode ont été coupés pour le fonctionnement normal des lampes, et que la position du point chaud a changé (ce qui n'est pas souhaitable) sur l'une des cathodes. Figure 3: un schéma, conforme à un mode de réali- sation préféré de l'invention, d'une combinaison de lampes fluorescentes branchées en série, avec une tension d'alimen- tation appliquée à leurs bornes et des courants de chauffage de cathode appliqués aux cathodes, ce schéma montrant à titre d'exemple une direction de circulation des électrons dans chaque lampe entre un point chaud sur une cathode et un -point chaud sur l'autre cathode. Figure 4: un schéma identique à celui de la figure 3, à l'exception du fait que les courants de chauffage de cathode ont été coupés pour le fonctionnement normal, ce schéma montrant que les positions des points chauds sur les cathodes demeurent les mêmes que sur la figure 3. Sur la figure 1, une paire de lampes fluorescentes allongées 11, 12 sont branchées en série au point de vue électrique, comme on le décrira La lampe 11 comporte une paire de cathodes 13, 14 situées respectivement près des extrémités de cette lampe et la lampe 12 comporte une paire de cathodes 16, 17, situées respectivement près des extrémi- tés de la lampe, d'une manière classique Chacune des catho- des peut être de façon classique un fil de tungstène enroulé, revêtu d'une matière qui émet facilement des électrons lorsqu'elle est suffisamment chaude Au point de connexion entre les lampes 11, 12, les cathodes 14, 16 sont connectées ensemble en parallèle, au point de vue électrique, avec les extrémités "a" des cathodes connectées ensemble et les extrémités "b" des cathodes connectées ensemble. Le circuit comprend une source d'énergie électri- que alternative 18 qui fournit une tension d'alimentation de lampe d'une valeur appropriée, telle que quelques centaines de volts, qui peut être fournie aux bornes d'un enroulement de sortie 19, et qui peut être a ce qu'on appelle une haute fréquence, d'environ 20 k Hz à 100 k Hz, bien que l'invention ne soit pas limitée à une gamme de fréquence particulière. L'extrémité "a" de l'enroulement 19 est connectée à l'extrémi- té "a" de la cathode de lampe 13, et l'autre extrémité "b" de l'enroulement 19 est connectée à l'extrémité "b" de la cathode de lampe 17 Un transformateur de chauffage de cathode 21 com- porte un enroulement primaire 22 connecté aux bornes de la totalité ou d'une partie de l'enroulement de sortie 19, comme par exemple entre les points "b" et "c" de ce dernier, par l'intermédiaire d'un interrupteur 23 qui peut être d'un type approprié quelconque, comprenant ceux qui sont décrits dans les brevetsprécités Le transformateur de chauffage de cathode comprend un enroulement secondaire 26 qui est connec- té aux bornes de la cathode de lampe 13, un enroulement secon- daire 27 qui est connecté conjointement aux bornes des catho- des de lampe 14 et 16, et un enroulement secondaire 28 qui est connecté aux bornes de la cathode de lampe 17, les ten- sions de ces enroulements secondaires convenant pour chauffer les cathodes à des températures d'émission d'électrons. Lorsque l'interrupteur 23 est fermé, comme il est représenté sur la figure 1, la tension et le courant de chauffage sont appliqués aux cathodes La tension de chauffa- ge de cathode et la tension d'alimentation des lampes prove- nant de l'enroulement 19 alternent à la même fréquence Par commodité, la figure 1 indique les polarités de tension pen- dant les demi-cycles au cours desquels la polarité de la ten- sion d'alimentation des lampes est positive à l'extrémité "a" de la cathode 13, et négative à l'extrémité "b" de la cathode 17, et dans lesquels les extrémités "a" de toutes les catho- des ont une polarité positive et les extrémités "b" des cathodes ont une polarité négative Pendant les autres demi- cycles de tension, toutes ces polarités sont inversées Pen- dant le demi-cycle d'alimentation qui est représenté, du fait que la tension d'alimentation provenant de l'enroulement 19 est de polarité positive sur la cathode 13 et de polarité négative sur la cathode 17, et du fait que les polarités de cathode individuelles sont celles représentées, les électrons circulent dans la lampe il à partir de l'extrémité "b" de la cathode 14, de polarité négative, et les électrons circulent dans la lampe 12 à partir de l'extrémité "b" de la cathode 17, de polarité négative Dans la lampe 11, les électrons provenant de l'extrémité "b" de la cathode 14 provoquent l'ionisation du gaz contenu dans la lampe et les ions du gaz circulent vers la cathode 14 et bombardent celle-ci à son extrémité "b" (ou à proximité de cette extrémité"), ce qui échauffe une petite région et crée un "point chaud"; ce mouvement d'électrons à partir de la cathode 14 est indiqué par une flèche 31 De façon similaire, dans la lampe 12, les électrons qui proviennent de l'extrémité "b" de la catho- de 17 provoquent l'ionisation du gaz dans la lampe, et des ions du gaz circulent vers la cathode 17 et bombardent celle- ci à son extrémité "b", ce qui échauffe une région et crée un point chaud; ce mouvement d'électrons à partir de la cathode 17 est indiqué par une flèche 32 Pendant le demi-cycle sui- vant des tensions alternatives, toutes les polarités repré- sentées sur la figure 1 sont inversées, et les électrons cir- culent à partir des points chauds qui se trouvent aux extré- mités "a" des cathodes 13 et 16, et les ions du gaz circulent vers les extrémités "a" des cathodes 13, 16, ce qui crée des points chauds sur ces électrodes Du fait de l'inertie thermi- que des cathodes, elles demeurent suffisamment chaudes pen- dant les demi-cycles alternés pour pouvoir émettre aisément des électrons Une fois que ces points chauds ont été éta- blis, les courants de chauffage de cathode ne sont plus nécessaires et peuvent être coupés La circulation des élec- trons et des ions dans-les lampes, indiquée de façon géné- rale par les flèches 31 et 32, crée des décharges dans le gaz des lampes, ce qui génère un rayonnement ultraviolet sous l'effet duquel des revêtements à luminophores sur les ampou- les des lampes créent de la lumière visible d'une manière bien connue. Lorsqu'on ouvre l'interrupteur de commande de chauffage de cathode 23, pour interrompre les courants de chauffage de cathode, comme il est représenté sur la figure 2, le point chaud de l'une des cathodes 14, 16 se déplace vers l'autre extrémité de cette cathode, comme l'indique la nouvelle position de la flèche 32 ', pour laquelle le point chaud de la cathode 16 s'est déplacé vers l'extrémité "b" de cette cathode Ceci est dé au fait que le courant recherche le chemin ayant la plus faible impédance Ce déplacement du point chaud vers une partie de la cathode qui n'est pas chauffée, ou dont le chauffage a diminué à cause de la coupure du courant de chauffage de cathode, J entratne une détérioration de la matière émettrice d'élec- trons de la cathode, à cause de l'extraction par le champ électrique, ou "pulvérisation" de la matière émettrice d'électrons sur la cathode, ce qui réduit la durée de vie utile de la lampe Ce déplacement du point chaud est dû aux connexions en parallèle des cathodes et de l'enroulement de chauffage de cathode 27 Le déplacement du point chaud se produit sur la cathode 14 ou 16, en fonction de celle dont le point chaud est le plus chaud; lé point chaud le plus chaud tend à demeurer en place. Les figures 3 et 4 représentent un mode de réali- sation préféré de l'invention et ces figures sont respecti- vement et de *façon générale identiques aux figures 1 et 2, à l'exception *du fait que l'interconnexion et les circuits de chauffage de cathode pour les cathodes 14 et 16 situées au point de connexion entre les lampes 11, 12 branchées en série, ont été changés afin d'empêcher un déplacement du point chaud de cathode au moment de l'interruption des cou- rants de chauffage de cathode. Sur la figure 3, les cathodes 14 et 16 situées au point de connexion entre les lampes 11 et 12 sont chauffées par un enroulement secondaire à prise centrale, 36, qui est établi sur le transformateur de chauffage de cathode 21; la prise centrale 37 est connectée conjointement à l'extrémité "b" de la cathode 14 et à l'extrémité "a" de la cathode 16, et les extrémités de l'enroulement 36 sont respectivement connectées à l'extrémité "a" de la cathode 14 et à l'extré- mité "b" de la cathode 16 Cette interconnexion et ce cir- cuit de chauffage de cathode établissent une connexion élec- trique directe entre l'extrémité "b" de la cathode 14 et l'extrémité "a" de la cathode 16 Contrairement à la figure 1 sur laquelle les extrémités des cathodes 14 et 16 ayant les mêmes polarités de tension de chauffage sont connectées ensemble, sur la figure 3 une extrémité de chaque cathode est connectée à une extrémité de l'autre cathode de façon que ces extrémités aient des polarités de tension de chauffage opposées Les directions de circulation des élec- trons 31, 32 dans les lampes sont les mêmes que sur la figure 1. Comme le montre la figure 4, lorsqu'on ouvre l'interrupteur de chauffage de cathode 23 pour interrompre le chauffage par le courant de cathode, les chemins de cir- culation des,électrons, 31, 32, dans les lampes demeurent inchangés et les points chauds qui ont été établis à l'extrémité "b" de la cathode 14 et à l'extrémité "a" de la cathode 16 demeurent en place et ne se déplacent pas, comme c'est le cas dans le circuit de l'art antérieur des figures 1 et 2 Ainsi, l'invention prolonge la durée de vie des lampes, en empêchant le déplacement des points chauds des cathodes lorsque le courant de chauffage de cathode est coupé, ce déplacement produisant, comme expliqué ci-dessus, une extraction ou une "pulvérisation" de la matière émettri- ce d'électrons à partir de la cathode, pendant l'établisse- ment du nouveau point chaud déplacé L'invention parvient à cette amélioration par l'utilisation d'une nouvelle inter- connexion des cathodes et d'un nouveau circuit de chauffage des cathodes qui comprend une connexion électrique directe entre les extrémités des cathodes situées au point de conne- xion entre les lampes, ces extrémités étant le siège de la formation de points chauds émetteurs d'électrons lorsqu'un courant de chauffage est appliqué aux cathodes Comme expli- qué ci-dessus, les flèches de circulation des électrons, 31 et 32, représentent la direction de circulation des élec- trons, à partir de points chauds situés aux extrémités "a" des cathodes 13 et 16, ou à proximité de celles-ci, pendant les demi-cycles de la tension d'alimentation des lampes (pro- venant de la source d'énergie 18) au cours desquels l'enrou- lement de sortie 19 donne une polarité positive sur la catho- de de lampe 13 et une polarité négative sur la cathode de lampe 17 Pendant les demi-cycles restants de la tension d'alimentation des lampes, la polarité est inversée, les sens des flèches 31 et 32 s'inversent et les points chauds émetteurs d'électrons se trouvent aux extrémités "b" des cathodes 14 et 17 Chacun de ces points chauds conserve une température d'émission d'électrons pratiquement constan- te pendant le fonctionnement de la lampe, du fait de la fré- quence de l'énergie alternative d'alimentation. 2520963- REVENDICATIONS 1 Circuit destiné à amorcer et à faire fonction- ner un ensemble de lampes à décharge dans un gaz ( 11, 12) branchées en série, chaque lampe comportant une paire de cathodes ( 13, 14; 16, 17) et chaque cathode comportant une paire de bornes (a, b) destinées à recevoir un courant de chauffage de cathode, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 18, 19) destinés à appliquer une tension alter- native d'alimentation aux bornes des lampes branchées en série, et des moyens ( 21) destinés à appliquer un courant alternatif de chauffage aux cathodes des lampes et compre- nant un enroulement de transformateur ( 36) à prise centra- le, des moyens qui connectent la prise centrale ( 37) de l'enroulement à une borne (a, b) de chacune des cathodes ( 14, 16) qui se trouvent au point de connexion entre les lampes ( 11, 12) branchées en série, et des moyens qui connectent respectivement les extrémités de l'enroulement ( 36) à prise centrale aux bornes restantes (b, a) des cathodes mentionnées en dernier ( 14, 16). 2 Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 23) destinés à couper le courant de chauffage des cathodes ( 13, 14; 16, 17) après que des décharges dans le gaz correspondant au fonctionne- ment normal ont été établies dans les lampes ( 11, 12). 3 Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens ( 23) destinés à rétablir ultérieurement le courant de chauffage des cathodes ( 13, 14; 16, 17) après qu'il a été coupé.