Brevet FR2524244A1 — publié le 19830930

DISPOSITIF POUR L'ALIMENTATION DE TUBES FLUORESCENTS PAR UNE SOURCE CONTINUE. La présente invention concerne un dispositif perfectionné permettant l'alimentation des tubes d'éclairage fluorescents à partir d'une source continue constituée par exemple par une batterie. Elle a trait plus particulièrement à un dispositif non seulement de conception simple et efficace, mais qui, par ailleurs, peut être utilisé sans modification pour l'alimentation de tubes de puissances diverses, puissance comprise entre 8 et 6Q watts et ce, également- à partir d'une source continue pouvant avoir une tension nominale variable, comprise entre 12 et 250 volts. A ce jour, les tubes fluorescents sont généralement alimentés par le secteur (220 volts alternatifs) à travers un ballast qui stabilise le courant après amorçage et un dispositif dit starter qui permet l'amorçage. Pour certaines applications, notamment dans le domaine de l'éclairage de sécurité, il est nécessaire d'alimenter de tels tubes fluorescents au moyen d'une source continue constitue par exemple par une batterie indépendante. Le système ballast/starter utilisé pour une alimentation alternative ne pouvant être alors utilisé, on fait appel à des installations relativement complexes afin de permettre l'amorçage de la lampe et la régulation du courant Les solutions utilisées à cejour utilisent généralement un étage de puissance à deux transistors fonctionnant en push-pull avec un transformateur à point milieu, ou encore un montage à-quatre commuteteurs, montage convertisseur dit en pont ; en général, dans ces solutions, le transformateur utilisé présente des caractéristiques différentes fonction de chaque tension d'alimentation, ces transformateurs étant réalisés avec un rapport de transformation élevé qui permet l'amorçage du tube. Par ailleurs, un élément se- rie, inductance ou résistance, doit etre placé en série avec le montage, cet élément pouvant être inclus dans le transformateur au moyen d'un artifice de construction. De telles solutions permettent bien l'alimentation des tubes fluorescents au moyen d'une source continue mais elles présentent comme inconvénient d'être très complexes, de nécessiter un grand nombre de composants, et surtout de devoir être conçues pour une puissance de lampe et une tension d'alimentation déterminées. L'invention vise à surmonter ces inconvénients. D'une -maniere générale, elle- concerne un dispositif permettant la conversion du courant provenant d'une source continue en vue dtassurer-l'alimentation d'un tube fluorescent pour, d'une part, réaliser la fonction d'amorçage dudit tube sans préchauffage de filament, et donc sans starter, et d'autre part; d'assurer en régime d'arc une stabilisation du courant. Elle a trait plus particulièrement à un dispositif permettant d'obtenir les-résultats-précités qui peut être être utilisé tel quel, sans modification d-e construction et par le bisais d'un simple règlage., pour des tubes ayant des puissances différentes et pouvant être alimentée par des sources de courait continu présentant. une tension nominale variable comprise, par exemple, entre 12 et 250 volts. D'une manière générale, le dispositif selon l'invention se caractérise par le fait qu'il comporte, disposé entre la source continue et le tube à alimenter, un ensemble comprenant, en combinaison : - un transformateur élémentaire à deux enroulements, primaire et secondaire, lesdits enroulements étant des enroulements simples et- le rapport de transformation étant de préférence comprit entre 2 et- 4, - un condensateur placé en série avec le secondaire du transformateur, - un commutateur statique, unique, monté en série avec le primaire du transformateur et, - un multivibrateur, à rapport cyclique réglable, dont l'impulsion permet. la commande du commutateur statique et le réglage du courant. La combinaison des quatre éléments précités permet, conformément à l'invention, d'assurer les deux fonctions, amorçage direct du tube sous une tension élevée et contrôle du courant en régime de fonctionnement, et cela pour des tensions continues très faibles, variables, pouvant être de l'ordre de quelques volts et atteindre des valeurs allant jusqu'à 250 volts, ainsi que, sans adaptation particulière, l'alimentation de tubes de puissances diverses de 6, 8, 12, 18, 20, 36, 40... 60 watts. De préférence, conformément à l'invention - le transformateur à haute-fréquence à deux enroulements est réalisé de manière telle que i'inductance primaire soit suffisante pour, qu'à la fréquence de fonctionnement choisie, l'énergie magnétique développée au primaire, le circuit secondaire étant ouvert, soit relativement importante par rapport à la puissance du tube à alimenter ; cette caractéristique peut être obtenue en disposant un entrefer dans le circuit magnétique, voire même en adaptant la disposition des bobinages l'un par rapport à l'autre, - le commutateur statique, contrôlant le primaire du transformateur, est de préférence constitué par un transistor unique de type bipolaire ; éventuellement, il pourrait être constitué par un transistor à technologie MOS. Par ailleurs, un tel dispositif comporte également des moyens de protection permettant de protéger le transistor dans le cas de fonctionnement sans tube ou lors de la phase d'amorçage, ces moyens de protection pouvant être constitués par un circuit de plusieurs zener, de telle sorte que la tension de zener ainsi que le rapport de transformation, fixent la tension secondaire d'amor çage. Une telle protection pourrait bien entendu être réalisée par tout autre moyen équivalent, par exemple en utilisant un circuit résistance/capacité à la place du circuit zener, voire même en utilisant un enroulement supplémentaire situé au primaire et raccordé à la borne positive par l'intermédiaire d'une diode. L'invention et les avantages qu'elle apporte seront cependant mieux compris grâce à l'exemple de réalisation donné ci--après à titre indicatif mais non limitatif, et qui est illustré par les schémas annexés dans lesquels - la figure 1 illustre de manière schématique une alimentation conventionnelle de tubes d'éclairage fluorescents au moyen d'une source alternative, - la figure 2 illustre également de manière schématique l'alimentation d'un tube fluorescent réalisé conformément à l'invention au moyen d'une source continue, - les figures 3 et 4 illustrent respectivement un schéma détaillé d'un dispositif réalisé conformément à l'invention, la figure 4 étant la représentation du diagramme de fonctionnement du multivibrateur utilisé pour la mise en oeuvre du système conforme à l'invention. Ainsi que cela est représenté à la figure 1, généralement, un tube fluorescent (1) est alimenté par le secteur par un courant alternatif à 220 volts à travers un ballast (2) qui stabilise le courant après amorçage, un dispositif (3), couramment désigné par l'expression "starter" permettant d'effectuer ledit amorçage. Lorsque l'alimentation de la lampe (voir figure 2) est réalisée au moyen d'une source continue (A), batterie par exemple, les systèmes à ballast et starter ne peuvent être utilisés et l'on doit prévoir entre ladite source (A) et le tube (1) un ensemble (4) permettant la conversion de la source continue en source alternative, l'ensemble devant par ailleurs réaliser la fonction amor çage sans starter, tout en assurant en régime d'arc une stabilisation de courant. Ces ensembles (4) sont, à ce jour, d'une conception relativement complexe et surtout doivent être adaptés en fonction de la puissance de la lampe et de la tension de la source d'alimentation. Ce dispositif conforme à l'invention, dont un exemple de réalisation est illustré par les figures 3 et 4, permet non seulement de remplir les fonctions précitées mais, par ailleurs, peut être utilisé sans modification particulière, indifféremment pour des tubes de puissances différentes et des sources d'alimentation de tension également variable. Un tel dispositif désigné par la référence~généra- le (4) se compose essentiellement d'-un-- transformateur (5) à haute fréquence dont: le primaire P et le secondaire S sont constitués chacun d'enroulement unique, le rapport de transformation étant faible, en général compris entre 2 et 4 et de préférence égal à 3. Ce transformateur (5) est réalisé de telle sorte que l'inductance primaire soit suffisante pour qu'à la fréquence de fonctionnement choisie , l'énergie magnétique développée au primaire P, le circuit secondaire S étant ouvert, soit relativement importante par rapport à la puissance du tube. Une telle caractéristique peut être obtenue en disposant un entrefer dans le circuit magnétique. Un tel dispositif comporte, par ailleurs, d'une part, un condensateur (6), de type connu, monté en série avec le secondaire S et d'autre part, un commutateur statique unique (7), constitué dans le cas présent par un transistor, commutateur qui contrôle le primaire P et qui est commandé par un multivibrateur (8). Conformément à l'invention, le multivibrateur (8) est de fréquence fixe, fréquence choisie de préférence au-delà des limites audibles, et sa durée d'impulsion (15) (voir figure 4) peut ê;tre ajustée et réglée par rapport à la période (16) ou rapport cyclique, réglage permettant de fixer ie courant dans le tube (1) en fonction de la puissance nominale de celui-ci et de la tension d'alimentation.Le multivibrateur (8) commande le transistor par un circuit résistance (9) et résistance capacité (10) pour satisfaire au mieux les conditions d'extinction du transistor bipolaire. Eventuellement, dans le cas où le transistor est à effet MOS, le circuit d'extinction peut être supprimé. Par ailleurs, la protection du transistor (7) dans le cas de fonctionnement sans tube lors de la phase d'amorçage, est obtenue au moyen d'un circuit de plusieurs zener (13), la tension de zener ainsi que le rapport de transformation fixant la tension secondaire d'amorçage. Eventuellement, dans le cas où la tension d'alimentatio-n est élevée, par exemple supérieure à 100 volts, les condensateurs ainsi que les inductances de fuite du transformateur, réalisent un circuit pseudo-oscillant. stabilisant le fonctionnement du tube. Si, conformément à l'invention, pour une même tension nominale d'alimentation, et donc un réglage déter- miné, grâce à un choix correct des éléments et de la fréquence, un tel système permet une stabilisation du courant secondaire pour une large plage-de vari-ationd'alimentation et n'impose donc pas la présence d'une boucle de régulation de courant ou la nécessité d'asservir le monostable à la valeur de la tension, il est évident que de telles possibilités peuvent également être réalisées. Grâce à un tel dispositif, comportant un nombre minime de composants et en utilisant un seul transistor, il est possible de simplifier à l'extrême le bobinage du transformateur dont le primaire et le secondaire peuvent être constitués d'un enroul-ement unique. Par ailleurs, ce dispositif permet de régler très facilement le courant dans le tube en régime d'arc, d'obtenir de fortes tensions d'amorçage malgré une tension continue faible et un rapport de transformation limité, par exemple avec un rapport de 3 et une tension de 24 volts, on peut obtenir néanmoins des tensions de 1000 volts. Par ailleurs, avec le même transformateur, on peut faire fonctionner un même tube sous une tension d'alimentation très différente, Par rapport aux dispositifs antérieurs, ce dispositif selon l'invention est non seulement très simple, donc économique à fabriquer mais peut être uti- lisé, sans modification de construction pour des tubes de puissance variable pouvant être alimentés par des sources continues ayant des tensions également variables. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit précédemment, mais elle en couvre toutes les variantes réalisées dans le même esprit. Ainsi, un tel dispositif peut être utilisé également en combinaison avec un système comportant un préchauffage dé filament. REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour l'alimentation de tubes d'éclairage fluorescents par une source continue (A) en vue, d'une part, de réaliser la fonction d'amorçage dudit tube (1) et, d'autre part, d'assurer en régime d'arc une stabilisation du courant caractérisé par le fait qu'il comporte, disposé entre la source continue (A) et le tube (1) à alimenter, un ensemble comprenant en combinaison - un transformateur élémentaire (5), à deux enroulements, primaire (P) et secondaire (S), lesdits enroulements étant des enroulements simples, - un condensateur (6) placé en série avec le secondaire (S) du transformateur (5), - un commutateur statique (7), unique, monté en série avec le primaire (P) du transformateur (5) et, - un multivibrateur (8) à rapport cyclique réglable dont l'-impulsion permet la commande du commutateur statique et le réglage du courant. 2/ Dispositif selon la revendication l,-caractérisé par le fait que le transformateur à haute fréquence (5) à deux enroulements, est réalisé de manière telle que l'inductance primaire soit suffisante pour, qu'à la fréquence de fonctionnement choisiS 11 énergie magnétique développée au primaire (P), le circuit secondaire (S) étant'ouvert, soit relativement importante par rapport à la puissance du tube 1) à alimenter. 3/ Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérise par le fait que le commutateur statique (7), contrôlant le primaire (P) du transformateur (5) est de préférence constitué par un transistor unique. 4/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'elle comporte des moyens de protection (13) permettant de protéger le transistor (7) dans le cas de fonctionnement sans tube ou lors de la phase d'amorçage. 5/ Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de protections sont constitués par plusieurs diodes zener, montées aux bornes du commutateur statique (7). 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le signal de commande du commutateur statique (7) émis par le multivibrateur (8) est à fréquence fixe-au-delà de la limite audible.