Brevet FR2516738A1 — publié le 19830520

La présente invention concerne les flashes électroniques dans lesquels une seule alimentation fournit de l'énergie à plusieurs tubes éclair, chaque tube éclair étant utilisé comme une source de lumière. On sait qu'un éclair de flash électronique est obtenu par le passage de courant dans un tube éclair à gaz. énergie électri- que envoyée au tube est alors transformée en lumière et en cha leur parasite. Comme on souhaite que l'éclair soit rapide et dé- livre beaucoup d'énergie, la puissance instantanées est très éle- vée. Cette puissance ne peut être fournie directement ni par le secteur, ni par des accumulateurs.Pour détourner cette difficulté on charge préalablement de l'énergie dans un bloc de con- densateurs haute tension connectés aux tubes éclair e Dans leur état normal et stables les tubes éclair sont isolants, mais un circuit de déclenchement est toujours prêt à leur envoyer simultanément une brève impulsion T.H.T. qui ionise leur gaz et les rend conducteurs; figure 1. Ils ont alors un comportement rdsis- tif fixé à la fabrication. On dira que les tubes sont allumés. Un courant de la forme I = + traverse chaque tube, et le total de ces courants décharge les condensateurs flash suivant une loi exponentielle du temps, -fig. 4 et 5-. Les tubes allumés restent allumés tant que les condensateurs leur fournissent du courant. Ils ne s'éteignent qu'à la décharge complète, ou presque, des condensateurs, ou si on arrive à interrompre la ligne d'alimentation des tubes par un commutateur électronique qui sera généralement un thyristor, -fig. 11-.et 14 Pour éclaircir latsuite de cet exposé on négligera cer- tains phénomènes secondaires dont 11 incidence est faible. On pourra donc considérer: -1 que les tubes éclair allumés ont exactement un comportement résistif. -2 que l'allumage d1un tube est instantané lorsqu'il reçoit une impulsion T.H.T. -3 qu'à la fin de chaque décharge la tension résiduelle Ur aux bornes des condensateurs flash Cf est assez faible pour être négligée. On gardera cette approximation chaque fois qu'elle apporte une grande clarté et peu d'erreur. On la lèvera pour la mise au point détaillée des circuits électroniques. A titre d'exemple 5 voici des valeurs courammant rencontrées pour un flash industriel moyen: Capacité des condensateurs Cf en microFarads 10 tension de charge maximum ...........................500 Volts énergie disponible en joules:...W=1/2C.U..........1 250 résistance interne d'un tube...........................0,8 # résistance de 4 tubes en parallèle.....................0,2 # courant théorique de pointe: r st 2 500 A puissance de pointethéorique: P= U.I ............. 1 250kWatts constante de temps de l'éclair: t = R.C 0,002 s. En photographie il est nécessaire de réguler l'énergie lumineuse émise par chaque tube è chaque déclenchement. À cette fin on régule l'énergie électrique qu'on leur envoie, car ces deux valeurs sont sensiblement proportionnelles. Il faut alors distinguer le réglage de l'énergie totale d'un fasb, et la répartition de cette énergie entre les differents tubes d'un même flash. Une énergie égale sur tous les tubes s'appelle répartition symétrique, dans le cas contraire on parle d'une répartition dissymétrique. les moyens actuellement utilisés pour réguler l'énergie électrique envoyée dans les tubes éclair sont: -1 l'interposition d'une résistance variable ou d'une induc tance variable en série avec chaque tube. -2 le courtcircuitage de Cf en cours de décharge normale, par un thyristor ou un éclateur, -fig.9-. La courbe de décharge correspondante est donnée fig. 10. -3 la coupure de l'alimentation en cours de décharge, par un thyristor ou autre commutateur électronique interposé sur la ligne de courant entre condensateur et tube, -fig. 11-. La courbe de décharge est donnée figure 12. Ce dispositif appelé computeur est très utilisé sur les flashs portatifs. -4 l'emploi de tubes de résistancei internes differentes de l'un à l'autre. Ces quatre premiers procédés présentent des inconvénients qui les rendent peu utilisables sur des flashs puissants à tubes multiples. Il reste: -5 l'emploi de blocs de condensateurs multiples, -fig. 2-, chargés à des tension differentes par des circuits de sta bilisation S, et connectés chacun à un tube. Les inconvé nients sont: la nécessité de plusieurs circuits de stabili sation, l'interférence entre les réglages de répartition et d'énergie totale, la perte de dissymétrie lorsque l'énergie totale du flash est au maximum su au minimum, et après chaque modification de réglage un temps d'attente est néces saire pour que les condensateurs puissent se charger ou se décharger jusqu'à la nouvelle valeur. Courbes de réponse en figure 4. -6 l'emploi de blocs de condensateurs multiples, -fig 3-, chargés à une même tension mais commutables suivant plusl- eurs combinaisons. Inconvénients: commutation sur des lignes de fortes intensités, lourde, chère et encombrante, ré ponse par paliers, nombre de combinaisons limitées, ris ques de forteSdéflagrations si des condensateurs chargés à des tensions differentes sont connectés par erreur les courbes de reponse sont données figure5. la présente invention consiste à faire varier la répar- tition en allumant successivement chacun des tubes. Courbes de réponse sur figure 6 pour n tubes et figure 7 pour 2 tubes. les tubes peuvent être en nombre illimité et alimentés directement en parallèle par un seul bloc de condensateurs, -fig. 13-. le tube qui doit fournir le plus d'énergie est allumé le premier, et les autres suivent dans l'ordre décroissant de l'énergie qui leur est affectée. En effet, le moment de l'ex- tinction étant sensiblement le même pour tous les tubes, plus on tarde à éclairer un certain tube, moins il lui rete d'énergie à se partager avec les autres. Il faut néanmoins que tous les tubes soient bien éclairés avant la fin de la décharge. Ce décalage chiffre en microsecondes et en milli e- condes. La possibilité d'effectuer ce décalage est offerte par la constatation qu'une;durée d'éclair de quelques millisecondes est à la fois assez longue pour être décomposée élec- troniquement, et assez courte pour que ses differentes étapes soient intégrées sur une pellucule photographique comme un seul évenement pendant l'ouverture d'un obturateur d'objectif. Ce procédé peut fonctionner aussi bien avec des tubes de résistances internes égales qu'inégales, mais on va l'étu- dier avec des résistances égales, ce qui représente le cas le plus logique. Lors du déclenchement par un opérateur qui désire un éclair global, pour une répartition symétrique, tous les tubes sont allumés simultanément lorsque le même tension usa est présente à leurs bornes. Ils sont alors en parallèle pendant toute la décharge et se répartissent équitable- ment l'énergie totale. Pour une répartition dissymétrique, examinons en détail le processus pour 2 tubes: Ea et Eb. On souhaite par exemple que l'énergie Wa du tube Ea soit supérieure à l'énergie du tube Eb dans le rapport définit par l'équation (1). A l'instant ta, -fig. 7-, l'opérateur demande un éclair global. L'énergie totale disponible pour les 2 tubes est alors WÂ (équation 2) et le circuit électronique déclenche seulement le tube Ea. A l'instant tb, -fig. 7-, l'énergie encore disponible est donnée par l'équation (3). Or après cet instant les 2 tubes sont allumés et se comportent comme 2 résistanceSégales en parallèle qui se répartissent équitablement l'énergie disponible, d'où l'équation (4). les équations (2) et (4) permettent de connaitre la valeur de Wa, équation (5). les équations (1), (4) et (5) permettent de connaitre en (6) la valeur du coefficient k dont on remarque qu'il ne dépend que du rapport J entre la tension initiale Ua et la tension instantanée du deuxième déclenchement Ub. Ce calcul stvbre exact dans la-pratique si on considère dans toutes les équations des valeurs de tensions utiles. On appellera tension utile de flash la tension réelle instantanée des condensateurs flash réduite de la tension résiduelle Ur. La valeur moyenne de Ur est d'environ 65 Volts. Toutes les valeurs théoriques calculées seront donc majorées de 65 Volts pour une application pratique. Ia loi obtenue à l'équation (6) se vérifie aussi dans son principe avec un nombre quelconque de tubes. L'énergie des differents tubes est tooujours répartie dans des proportions J fixées uniquement par le rapport/ entre les tensions d'allumage. Il s'en suit qu'un tel procéda fonctionnera de préference mais non exclusiv ment en déterminant l'instant de chaque allumage par comparaison entre la tension utile initiale et la tension utile instantanée aux bornes de Cf. l'une de ces valeurs sera affectée d'un coefficient réglable et propre à chaque tube, et c'est la variation de ce coefficient, au moyen d'un potentio mètre par exemple qui permettra de régler la répartition de l'énergie. Il découle aussi de l'équation (6) que la répartition n'est modifiée ni par la valeur de la tension utile initiale de charge ni par la capacité de Cf. Ce procédé de répartition est donc compatible avec un réglage de L'énergie totale par variation de tension initiale et par variation de capacité. Le rdglage de répartition sera toujours indépendant de l'énergie totale, les performances de dissymétrie seront inté- gralement conservées dans les cas extrèmes de réglage de l'éner- gie globale, le réglage de répartition agit immédiatement, le circuit électronique e réparti on comprend des composants de faible puissance peu couteaux. Ces avantages n'avaient jamais été réunis. Suivant les besoins, l'ordre des allumages successifs pourra aussi être déterminé par la valeur absolue ou relative des variables suivantes: courant, énergie électrique, puissance électrique, énergie lumineuse, puissance lumineuse. Dans la recherche de performances extrêmes avec ce proce- dé, on se heurtera surtout à l'irrégularité de la tension résiduelle. Cette difficulté pourra être détournée par trois moyens: -1 compenser la variaton de Ur en fonction de son paramètre le mieux connu. On a remarqué en effet que Ur n'est pas vraiment une constante de 65 Volts. C'est une valeur ini tiale de 45 Volts environ qui augmente lorsque la tension de Cf augmente. Dans les circuits ot Ur aurait été compenséé par une simple diode zener assurant me chute de tension constante, on remplacement cette zener de 65 V. par une zener de 45 V avec w-ie résistance en série.Comme la chute de tension ainsi obtenue doit être memorisée pendant toute la décharge des condensateurs, on complétera ce montage par un condensateur en parallèle, -Fig.18 et 19- -2 interrompre la décharge de l'ensemble des tubes lorsque la tension aux bores de Cf approche de la valeur présumée de Ur, afin de ne pas utiliser la zons incertaine. Cette interruption se fera au moyen d'un thyristor,-fig.14 et 15 ou autre commutateur électronique . -3 éloigner la plage d'utilisation des condensateurs flash de la zone incertaine de Ur pour que l'erreur provoquée dar une variation de Ur soit faible. Pour cela on utilisera des condensateurs fractionnés en: -Cfo Cf2 Cf3 fig.6 de capacité croissante. En partant d'une énergie basse demandée à l'ensemble du flash, Ct se chargera d'abord partiellement, puis à l'augmentation de l'énergie globale demandée correspondra une augmentation rapide de sa charge. Lorsque Cfçatteint sa tension maximums, Cf2 commence à se charger à son tour assez rapidement, et ainsi de suite, comme représenté figure17. Sur une telle courbe de charge on pourra facilement choisir des points de fonctionnement toujours éloignés des basses tension incertaines, tout en gardant une grande gamme de variation de l'énergie globale, Notons aussi que les schémas représentés figure13 et 14 doivent etre complétés par un circuit de préallumage bien connu et représente figure 21. il consiste à augmenter artificiellement la tension aux bornes de chaque tube par un condensateur de préaliumage Cp chargé à plusieurs centaines de volts et séparé du circuit principal par une diode de puissance Dp. Une telle disposition a pour but d'améliorer l'allumage des tuges. Seule la disposition de ce circuit de préallumage a été étudiée Dour rendre un maximum de services. En se re@or- tant à la figure 21 on remarquô/Cp est en opposition avec Cf. Il s'en suit qu'd ('allumage d'un tube, le courant de décharge commence à passer dans la boucle: Cf, E, Cp. Comme ce courant est de plusieurs centaines d'Ampères et qne Cp a une capacité faible d'environ 1 microfarad, Cp va se décharger très vite, en 2 à 3 microsecondes environ. On peut donc considérer que dés le début d'un éclair, le condensateurs Cp correspondant se décharge. Pendant le reste du déroulement de l'éclair,le courant passe dans la boucle: Cf, E, Dp. Ce courant étant très fart par rapport à celui qui vient de la résistance et qui tendrait à rechargrCf, la tension aux bornes de Cf reste nulle pendant tout le tempe où le tube correspondant est éclairé. On dispose donc d'une information électronique sur la présence ou l'absence d'un tube éclairé. Cette information sera utilisée dans les circuits, elle aura 3 destinations: -1 mise en place d'un témoin individuel de fonctionnement de chaque tube par un voyant- néon et une résistance aux bornes de Cp, -fig21-. -2 couper la charge des condensateurs flash Cf pendant tot le temps où un tube au moins est éclairé. Ceci évite de surcharger les circuits de stabilisation et d'avoir des tubes qui restent éclairés. -3 intervenir dans le circuit de répartition comme on le verra plus loin. Le circuit de répartition pourra etre analogique, logique ou numérique. Il comportera principalement la mémorisation d'une fraction de la tension initiale utile de Cf et la comparaison de cette valeur avec une fraction de la tension utile instantanée. L'égalité ou une équation d'inégalité bien choisie entre ces deux valeurs entraine l'allumage du tube correspondant par l'apparition d'un signal à la sortie de l'un des comparateurs O qui envoie alors le courant de déclenchement au thysistor Q correspondant. -fig.20 et 21-. Dans la réalisation à titre d'exemple figurera fraction de la tension utile instantanée est présente au point &alpha;11 et une fraction inférieure de quelques millivolts est présente au point &alpha;10 . Cette fraction de la tension utile est obtenue par le pont diviseur R10 , R11, , RÇZ, qui divise par un coeffi- cient constant la tension présente entre les points &alpha;12et "OV" ,-fig.20 -, or cette tension est la tension de Cf réduite d'une valeur constante par la diode zener Z13, laquelle zener eorres- pond à la valeur de la tension résiduelle, on est donc en présence de la tension utile.Si l'assimilation de la tension rd- siduelle à une constante est jugée trop grossière on remplacera cette zener par le dispositif décrit aus lignes 23 à 33 de la page 5, lorsqu'à l'instant t0 l'opérateur demande un éclairs une tension apparait au point a7 Il en découle que la fraction de la tension utile initiale est alors mémorisée dans C 5 et envoyée par lamplicateur suiveur 04 au point commun &alpha;;8 des potentiomètres Le tube principal est alors allumé par son propre circuit de déclenchement si le comparateur correspondant devient passant pour envoyer du courant à la gachette de son thyristor. Pour cela, il suffit que l'un des potentiomètres soit en position maximume, comme représenté sur le potentiomètre figure et que la tension présente au point soit à coup sùr inférieure à celle du point Cette deuxième condition est obtenue grace à la résistance R11 dont la valeur sera environ 200 fois plus faible que celle de R{o . A partir de l'instant où le premier tube est allumé, la tension au point a8 reste inchangée, tandis que la fraction de la tension utile instantanée baisse progressivement, -f ig. 22 et 23 -, pour atteindre à tour de role la tension des points milieu Ma à Mn des potentiomètres, ce qui déclencbe abaque tube à l'instant voulu par l'intermédiaire des comparateurs o.a à OM., des thyristors Qa à Qn, des condensateurs CI7a à CI7n et des bobines d'impulsion T.H.T. la à Tn. La tension du point 7 peut alors retomber à zéro, ce qui a notamment pour effet de décharger à travers la forte impédance de R3 le condensateur de mémorisation C5, -fig. 24-. Ce condensateur se rechargera ensuite à la nouvelle valeur de la tension utile qui lui est envoyée par l'amplificateur à à faible impédance de sortie et monté en redresseur sana seuil. Le créneau de tension envoyé au point a7 vient du temporisateur constitué par CI et R2, commandé par une impulsion sur la gachette de QI et dont la @o rtie se fait par la porte inverseuse P2. La durée de temporisation de quelques millisecondes sera réglée pour dépasser la durée présumée de l'éclair. Dans cette version représentée de façon simple, si la précision est jugée insuffisante on pourra y adjoindre tous les perfectionnements de détail décrits à l'aide du schéma figure 21. Le dispositif décrit ci-dessous a son schéma figure 21, il est aussi donné à titre d'exemple non limitatif. Lorsqu'un opérateur demande un éclair global, il envoie, par l'intermédiaire d'mp circuit classique non représenté, une impulsion sur le gachette, -aI-, du thyristor QI, Cette impulsion engendre une cbute de tension du point a2 qui dure 200 à 300 microsecondes. A cet instant tous les condensateurs de préallumage sont chargés de leur tension negative, et le point aI6 est au niveau bas. Tes portes logiques PI, P2, P3, et P4 interviennent alors pour faire passer les tensions des points a3 et a4 de leur état bas initial à l'état haut, + IO volts. Le condensateur de mémorisation C5 va alors se charger en 200 microsecondes par la diode D4 et la résistance R4. Dans un but de simplification on a représenté R4 comme une résistance classique, mais il sera préferable de placer ici un générateur de rampe rectiligne, ou mieux un générateur de rampe exponentielle qui permettra de controler la charge de OS comme représenté sur les diagrammes des figures 25 et 26. A l'instant T0 la tension du point milieu M du potentiomètre qui est dans la position la plus forte par rapport aux autres atteint la valeur de la tension du point aI0. Le tube correspondant est alors allumé, ce oe qui a pour effet de décharger le condensateur de préallumage correspondant. par Cette variation de tension est alors transmise une diode DI4 et la résistance RI5 à la porte PI puis aux portes P2, P3 et P4. La tension du point a4 devient alors basse ce qui cesse de charger le condensateur C5, mais la tension de a9 reste baute, ee qui laisse OS chargé. Une certaine fraetion-de la tension flash initiale est alors mémorisée dans C5 et transmise au point a8 par l'amplificateur suiveur 04. La fraction de la tension utile instantanée presente en aIO baise progressivement pour atteindre à tour dew role les points Ma à Mn ce qui déclenche mles tubes aux instants voulus. Il arrive un moment où tous les tubes ont donné leur éclair, et se sont éteints. A cette extinction correspond une cessation de passage de courant dans chaque tube oe qui permet à tous les condensateurs Cpa à Cpu de reprendre leur tension négative grace à RI4. Ce phénomène est transmis aux portes logiques qui font retomber ta tension de a3 et déebargent OS à travers D3. Quelques particularités de ce montage sont à noter: I- un délai de 200 microsecondes maximum existe entre le moment où 11 opérateur demande un éclair, et l'allumage du tube le plus fort. Ce délai est négligeable en photo. 2- le montage fonctionne même@si aucun potentiomètre de réglage n'est à sa osisition maximum 3- c'est l'allumage d'un tube qui commande la fin de la charge de C5. pour des très gros tubes dont le temps d'allumage n' est plus négligeable on pourra commander la fin de charge de C5 par l'apparition d'un signal à la sortie de l'un des amplificateurs comparateur O@ à On, 4- le schéma est représenté avec un bloc de condensateurs flash séparé en deux pour augmenter la gamma de variation d'énergie globale.Dans ce cas, la tension utile isntantanée du point aIO sera obtenue grace à un pont diviseur qui aura autant de branobes haute tension que de blocs élementaires de condensateurs. Dans obacune de ces branobes, la résistance principale, RI2, R2I2, aura une valeur inversement proportionnelle à la capacité des condensateurscorrespondants. C'est ainsi que la tension du point aIO sera la meilleure image de l'énergie disponible. Dans toutes les configurationa de ce montage on pourra connecter les points millieu Ma à Mn à un circuit de correction comprenant des composants actifs ou passifs, pour cbanger les lois matbématiques qu'on soubaite retrouver dans la répartition. La tension des condensateurs p sera choisie pour être compatible avec une technologie de condensateurs chimiques. Les prototypes ont montrés que ce dispositif monté avec un seul bloc de condensateurs permet facilement d'avoir une variation d'énergie globale de .1 à I0 et une répartition de cette énergie dans le rapport de I à IO. Dans le cas d'un flash de I000 joules ceci permet donc d'obtenir moins de IO joules sur un tube. Ce résustat est aussi très agrd- able en photo. On pourra remarquer une ressemblance entre le procédé et le dispositif décrit, d'une part, et le procédé de court-circuit en cours d'éclair décrit ligne 22 page 2, d'autre part. La ressemblance apparaitra mieux lorsqu'on %sait que l'organe de court-circuit représenté, -fig.9-, par un thyristor, est soupant un tube de commutation à gaz. La difference totale entre l'invention et le procédé connu de court-circuit devient claire si on note bien les caractéristiques du procédé de court-circuit, à savoir: I- chute trks brutale de tension pendant le court-circuit 2- l'énergie non utilisée dans le tube est perdue du point de vue lumière, et transformée en chaleur et éventuel- lement en radiations non visibles. 3- il s'agit de la régulation de lalumière émise par un seul tube, et non pas de la régulation de la répartition d'une énergie globale entre plusieurs gubes. 4- le procédé de court-eircuit n'est utilisable que pour de très faibles énergies, alors que l'invention décrite est universelle sans limite supérieure d'énergie. La présente invention pourra entre utilisée dans tous les cas où l'on souhaite répartir avec une grande plage de variation, l'énergie lumineuse émise par plusieurs tubes éclair reliés à une même alimentation. Les tubes peuvent entre en nombre illimité et le circuit de ré parti- tion identique quelque soit l'énergie totale mise en jeu. REVENDICATIONS I. Procédé d'alimentation pour tubes éclair, caractérisé par le fait que les differents tubes sont allumés à des instants légèrement décalés pour en faire varier la répartition de L'énergie qui leur est envoyée par un bloc de condensateurs flash. 2. Procédé suivant revendication I, caractérisé par le fait que l'instant de l'aitumage de chacun des tubes est commandé par le rapport entre la tension instantanée utile des condensateurs flash et la tension utile initiale avant le début de la décharge. 3. Procédé suivant revendications I et 2, caractérisé par le fait que la tension utile est reconstituée d'après la tension réelle réduite de la tension résiduelle naturelle ou artificielle. 4. Procédé suivant revendications I, 2-et 3 caractéri sé par la reconstitution de la tension résiduelle naturelle moyen d'un organe créant une tension constante à laquelle s'ajoute une tension variable. lá somme de ces deux tensions étant mémorisée pour la durée d'un éclair, et la tension variable étant fonction de la tension réelle. Ces differents paramétres sont définis d'après des résultats d'expériences et varient avec la technologie des tubes éclair et des condensateurs flash. 5. Procédé suivant revendication:T, 2 et 3 caractérisé par la création d'une tension résiduelle artificielle par coupure de l'éclair à une tension-fixe. supéftenre à la valeur de la tension résiduelle naturelle. 6. Procédé selon l'ensemble des revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que les blocs élémentaires de condensateurs flash (Cf1, Cf2, Cf3 figure 16) sont chargés les uns après les autres au fur et 'a mesure de l'augmentation de l'énergie totale demandée au flash. 7. Dispositif pour mise en oeuvre du procédd suivant reven dication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une liaison élec trique entre les condensateurs de préallumage (Cpa, Cpb, Cpn figure 21), et les circuits électroniques de charge et de répartition.