Brevet FR2527412A1 — publié le 19831125

La présente application concerne un ballast et plus particulièrement un circuit de ballast capacitif fournissant une faible tension à une lampe à incandescence. Ainsi qu'il est bien connu de la technique, les lampes à incandescence fonctionnant à une tension nominale d'environ 120 volts ne fournissent pas une efficacité aussi élevée, en lumens par watt, à la même puissance que les lampes à incandescence fonctionnant à des niveaux de tension plus faibles Le circuit de l'art antérieur réalisant ce fonctionnement à faible tension présente soit un coût, un volume, un poids non souhaité, soit des niveaux élevés d'interférence électromagnétique En particulier certains ballasts à faible tension de l'art antérieur pour des lampes à incandescence ont utilisé des composants magnétiques pour effectuer le changement de tension Le coût de ces composants magnétiques a empêché les alimentations en énergie résultantes d'être attrayantes d'un point de vue économique D'autres ballasts ont utilisé des techniques de commande de phase, pour lesquelles il est nécessaire d'avoir des impulsions très étroites, avec des courants transitoires élevés traversant la charge, ceci a fréquemment pour résul- tat des interférences électromagnétiques et une fiabilité réduite. L'invention a donc pour buts de réaliser un nouveau ballast amélioré pour une lampe à in- 25274 12 -2- candescence à-faible tension ayant un coût relativement fai- ble; -un nouveau ballast amélioré pour une lampe à in- candescence à faible tension qui évite d'avoir des niveaux élevés, non souhaités, d'interférence électromagnétique. On réalise ces buts et d'autres par la présente invention qui fournit un courant à la fréquence du réseau provenant d'une source de courant alternatif à tension éle- vée à une lampe fonctionnant à faible tension et comporte un condensateur principal en série avec la lampe, l'ensemble étant branché aux bornes de la source, et un ou plusieurs condensateurs auxiliaires reliés aux bornes du condensateur principal par des commutateurs fonctionnant pour un ou plu- sieurs cycles d'ondes de la source de courant alternatif. Les commutateurs dans une réalisation recommandée sont sen- sibles à un signal fourni par un moyen logique de commande. On règle la variation totale du courant de charge par le rapport entre la capacité du condensateur principal et la somme des capacités des condensateurs auxiliaires et princi- pal. La description qui va suivre se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement: Figure 1, un diagramme schématique de la présente invention. Figure 2, un circuit avec un moyen de commande lo- gique pour contrôler le courant de la lampe et commander le commutateur de la figure 1. Comme représenté figure 1 un ballast 10 fournit de l'énergie à -une charge 11, de préférence une lampe à incan- descence, à partir d'une source de courant alternatif 12 en réglant le courant fourni à la charge 11 à partir de la source de courant alternatif 12 La charge 11 peut être une lampe à incandescence à faible tension fonctionnant à une tension comprise, par exemple, entre environ vingt quatre et trente six volts Le ballast permet à la lampe 11 de fonc 3- tionner à une puissance de sortie fixée au choix dans un in- tervalle de luminosité relativement petit Dans cette appli- cation, on peut maintenir un intervalle de tension de lampe relativement petit tandis que la source de courant alterna- tif 12 varie dans un intervalle prédéterminé, par exemple environ 20 %. Le ballast 10 forme un convertisseur de tension capacitif dans lequel un courant minimum traversant la lampe est le courant I traversant le condensateur Cl, appelé ensuite condensateur principal Une composante supplémentai- re du courant de lampe provient du courant I 2 traversant un ou plusieurs condensateurs C 2, appelés ensuite condensa- teurs auxiliaires Ainsi on a le courant et la puissance de lampe minimum lorsque le courant ne traverse pas les conden- sateurs auxiliaires C 2, c'est-à-dire lorsque la réactance capacitive du ballast 10 est maximum Inversement, on a le courant et la puissance de lampe maximum lorsque le courant de condensateur I 2 traverse tous les condensateurs auxi- liaires C 2 avec pour résultat une réactance capacitive du ballast minimum On obtient une valeur intermédiaire du cou- rant et de la puissance de lampe lorsque le courant I 2 traverse certains, mais pas tous les condensateurs auxiliai- res C 2 En conséquence, en changeant le nombre de condensa- teurs auxiliaires en parallèle avec le condensateur princi- pal Cl, on règle le courant et la puissance de la charge On relie la source de courant alternatif 12 et la lampe 1 l aux bornes 13-14 et 15-16, respectivement On branche le conden- sateur Cl entre les bornes 13 et 15 Pour chaque condensa- teur auxiliaire C 2 on a un commutateur 17 branché entre la borne 15 et une borne de chaque condensateur auxiliaire C 2. La borne restante de chacun des condensateurs auxiliaires C 2 est reliée à la borne 13 De plus, on relie directement en- semble les bornes 14 et 16. Chaque commutateur 17 peut être n'importe quel dispositif capable de fournir sur commande un trajet de con- -4- duction de courant bidirectionnel, à faible résistance entre la borne 15 et la borne de chaque condensateur auxiliaire C 2 la plus éloignée de la borne 13 et peut être un dispositif soit mécanique, soit électronique Par exemple, le commuta- teur 17 peut être un dispositif à semi conducteur tel qu'un triac, qui est commuté à un état conducteur et un état non conducteur en réponse à un signal de commande provenant de n'importe quelle commande logique, ainsi qu'il est bien con- nu de la technique Pour empêcher tout courant indésirable et limiter le courant traversant chaque commutateur 17, cha- cun de ceux-ci est de préférence amorcé par le moyen logique de commande 18 seulement lorsque les tensions VI et V 2 aux bornes du condensateur principal et des condensateurs auxi- liaires, respectivement, sont approximativement égales et/ou approximativement égales à la tension maximum de l'onde de la source de courant alternatif 12 et ainsi éliminent toute circulation de courant entre les condensateurs auxiliaires C 2 et le condensateur principal Cl. Ainsi que précédemment décrit, la présente -inven- tion réalise un ballast 10 qui règle l'énergie fournie à la lampe incandescente Il en faisant varier la capacité placée en série avec la lampe Plus particulièrement la capacité totale, en série avec la lampe à incandescence 11, est égale à la combinaison en parallèle du condensateur principal Cl et de tous les condensateurs auxiliaires C 2 qui ont leur commutateur 17 à l'état conducteur Ainsi en faisant varier le nombre de condensateurs auxiliaires C 2 qui ont leur com- mutateur 17 à l'état conducteur, on peut faire varier la ca- pacité totale en série avec la lampe à incandescence et réa- liser ainsi un ballast 10 qui règle le courant fourni à la lampe à incandescence 11 et par conséquent règle la tempéra- ture du filament de la lampe. En outre chaque commutateur 17 peut commuter et ainsi connecter et déconnecter électriquement un condensa- teur auxiliaire en parallèle avec le condensateur principal -5- pour un ou plusieurs cycles de la forme d'onde de la source de courant alternatif 12. On remarquera aussi que les condensateurs auxili- aires C 2 peuvent avoir la même capacité ou une capacité dif- férente pour chacun On peut aussi commuter chaque condensa- teur auxiliaire indépendamment les uns des autres Dans une réalisation recommandée le condensateur principal Cl a une capacité d'environ 25 microfarads, la capacité auxiliaire totale est 25 microfarads, la source de courant alternatif est à une tension d'environ 120 v, 60 hertz et la lampe fonctionne à environ 36 volts, 60 watts Le nombre de con- densateurs auxiliaires reliés en parallèle avec le condensa- teur principal Cl et la capacité de chaque condensateur peut varier selon un certain nombre de facteurs comportant la va- leur de la tension de la source de courant alternatif, le courant de lampe souhaité, la luminosité de la lampe, la tension de fonctionnement de la lampe, etc Ainsi la présente invention telle que décrite ici peut s'adapter aux variations de tension de la source de courant alternatif C'est-à-dire, lorsque la valeur de la tension de la source de courant alternatif 12 augmente ou diminue, on peut diminuer ou augmenter la capacité auxili- aire C 2, respectivement pour maintenir pratiquement constant le courant, la puissance ou les deux dans la lampe 11. En outre, on peut établir le courant de charge, la puissance et la luminosité à la fois par réglage manuel ou automatique de chaque commutateur 17 Plus particulièrement et comme représenté figure 2, on admettra que l'on peut uti- liser un circuit logique de commande 18, ayant un signal de réaction envoyé dans les commutateurs pour rendre chaque commutateur 17 conducteur et non conducteur et ainsi régler automatiquement la capacité totale entre les bornes 13 et Un tel signal de réaction pourrait par exemple, être sensible au courant circulant dans la charge 11. Encore en outre, par la présente invention, on évite, si on compare avec les techniques antérieures, en -6- utilisant un ballast capacitif pour obtenir une faible ten- sion aux bornes de la lampe 11 des niveaux élevés non sou- haités d'interférence électromagnétique De plus on peut fa- briquer la présente invention, et en particulier chaque com- mutateur 17, à des coûts relativement faibles si on compare avec l'art antérieur car on évite d'utiliser des composants magnétiques tels que des transformateurs En outre, on peut fabriquer les commutateurs 17 pour des courants nominaux re- lativement faibles tout en maintenant une fiabilité élevée. C'est-à-dire, qu'en ayant chaque commutateur 17 en parallèle avec Cl et amorcé ou bloqué par une commande pour pratique- ment éviter toute circulation de courant entre Cl et C 2, chaque commutateur 17 peut avoir un courant nominal relati- vement faible par contraste avec des commutateurs de l'art antérieur tels que des commutateurs à commande de phase qui classiquement sont en série avec un courant de lampe plus élevé. L'invention présente un autre avantage qui est ce- lui de la protection offerte à chaque commutateur 17 pendant les fluctuations haute fréquence de la source de courant al- ternatif 12 Plus particulièrement, avec chaque commutateur 17, relié en parallèle avec Cl, toute tension haute fréquen- ce de la source de courant alternatif 12, par exemple du fait de l'allumage, fait agir Cl pratiquement comme un court-circuit et ainsi n'est pas appliquée aux bornes de n'importe quel commutateur 17, protégeant de ce fait chaque commutateur 17. Bien que l'on décrit une réalisation recommandée de la présente invention, différentes réalisations et modi- fications apparaîtront à l'homme de l'art sans pour cela sortir du cadre de l'invention. -7- REVENDICATIONS 1 Ballast de réglage de puissance à partir d'une source de courant alternatif d'une lampe à incandescence ( 11) pour une valeur de tension inférieure à la tension de la source de courant alternatif caractérisé en ce qu'il com- porte: a) un premier élément capacitif (Cl) relié en sé- rie avec la lampe-( 11) et l'ensemble est relié aux bornes d entrée du ballast ( 10); b) un ou plusieurs éléments capacitifs auxiliaires (C 2); et c) des moyens de commutation ( 17) pour relier en parallèle chacun des éléments capacitifs auxiliaires (C 2) aux bornes du premier élément capacitif (Cl) pour un ou plu- sieurs cycles complets de la forme d'onde de la source de courant alternatif. 2 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque élément capacitif auxiliaire (C 2) a un moyen de commutation ( 17) en série avec lui. 3 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il a un moyen de commutation ( 17) qui fournit un tra- jet de conduction de courant bidirectionnel à faible résis- tance. 4 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que chaque moyen de commutation est commuté indépendam- ment des autres. Ballast selon la revendication 4 caractérisé en ce que lorsque chaque élément capacitif auxiliaire (C 2) est relié en parallèle avec le premier élément capacitif (Cl), la tension aux bornes de tous les éléments capacitifs auxi- liaires (C 2) qui sont reliés en parallèle avec le premier élément capacitif (Cl) est approximativement la même que la tension aux bornes du premier élément capacitif (Cl). 6 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des commutateurs ( 17) est commuté à l'état 2 527412 -8- conducteur et non conducteur en réponse à un signal de com- mande. 7 Ballast selon la revendication 6 caractérisé en ce que le signal de commande dépend du courant circulant dans la lampe ( 11). 8 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que la lampe 11) fonctionne à environ 36 volts, 60 watts, le premier condensateur (Cl) a une capacité d'environ 25 mi- crofarads, le ou les condensateurs auxiliaires ont une capa- cité totale d'environ 25 microfarads et que la tension d'en- trée du ballast ( 10) est environ 120 volts à 60 hertz -