Brevet FR2527411A1 — publié le 19831125

X t S 227411 La présente application concerne un ballast et plus particulièrement un circuit de ballast capacitif four- nissant 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 lam- pes 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'in- terférence électromagnétique En particulier certaines ali- mentations en courant 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 courant résultantes d'être attrayantes d'un point de vue économique D'autres alimentation en courant ont utilisé des techniques de commande de phase, pour lesquelles il est né- cessaire d'avoir des impulsions très étroites, avec des cou- rants transitoires élevés traversant la charge, ceci a fré- quemment pour résultat des interférences électromagnétiques et une fiabilité réduite. 25274 '11 -2- On connait une lampe à incandescence à ballast ca- pacitif comprenant un condensateur principal en série avec une lampe à incandescence et un ou plusieurs condensateurs auxiliaires, reliés en parallèle avec le condensateur prin- cipal, qui échappe aux problèmes décrits ici Cependant le moyen de commutation, tel qu'un triac, qui commute chaque condensateur supplémentaire en parallèle avec le condensa- teur principal a plusieurs inconvénients y compris un coût élevé et une température de fonctionnement maximum inférieu- re à celle souhaitée. La présente invention a pout buts de réaliser un nouveau dispositif de commutation amélioré pour une lampe à incandescence à faible tension à ballast capacitif ayant un coût relativement faible et une température de fonctionne- ment maximum relativement élevée. On réalise ces buts et d'autres par la présente invention ayant des moyens de commutation qui relient un ou plusieurs condensateurs auxiliaires en parallèle avec un condensateur principal Plus particulièrement chaque moyen de commutation comprend un élement conducteur unidirection- nel en parallèle avec un dispositif de commutation actif, chacune de ces combinaisons étant en série avec un condensa- teur auxiliaire De plus chaque dispositif de commutation actif est, dans une réalisation recommandée, sensible à un signal fourni par un moyen logique de commande. La description qui va suivre se réfère à la figure annexée qui représente un diagramme schématique d'une lampe à incandescence à faible tension à ballast capacitif incor- porant la présente invention. Comme représenté sur la figure un ballast 10 fou- rnit de l'énergie à une charge 11, de préférence une lampe à incandescence, 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 3 - une tension comprise, par exemple, entre environ vingt qua- tre et trente six volts Le ballast ( 10) permet à la lampe 11 de fonctionner à une puissance de sortie fixée au choix da.s un intervalle de luminosité relativement petit Dans cette app' liato, O h UL iả L-e L ui N i L v lle de ei -. lu 1 Cale 7%l= si de raipe le ateivetent petit an a source e courant alternatif 12 varie dans un intervalle prédéeertlne 1, par exemple environ 20 %. Le ballast 10 forme un convertisseur de tension capacitif dans lequel un courant minimum traversant la lampe est le courant Il traversant le condensateur Cl, appelé ensuite condensateur principal Une composante supplémentai- re du courant de lampe provient du courant 12 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 auxili- aires C 2 avec pour résultat une réactance capacitive du bal- last minimum On obtient une valeur intermédiaire du courant et de la puissance de lampe lorsque le courant I 2 traverse certains, mais pas tous les condensateurs auxiliaires C 2 En conséquence, en changeant le nombre de condensateurs auxili- aires en parallèle avec le condensateur principal Cl, on ré- gle le courant et la puissance de la charge. On relie la source de courant alternatif 12 et la lampe 11 aux bornes 13-14 et 15-16, respectivement On bran- che le condensateur C 1 entre les bornes 13 et 15 Pour cha- que condensateur auxiliaire C 2 on a un commutateur 17 bran- ché 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 ensemble les bornes 14 et 16 Chaque commutateur 4 - 17 fournit un trajet de conduction de courant bidirection- nel, à faible résistance entre la borne 15 et la borne de chaque condensateur auxiliaire C 2 la plus éloignée de la borne 13 Plus particulièrement le commutateur 17 comprend un élément conducteur unidirectionnel 18 qui est un redres- seur tel qu'une diode, relié en parallèle avec un dispositif de commutation actif 19 Le dispositif de commutation actif peut être n'importe quel dispositif actif qui est conducteur dans le sens opposé de l'élément conducteur unidirectionnel 18 ou bidirectionnellement De préférence le dispositif de commutation actif 19 doit être commuté à un état conducteur et un état non conducteur en réponse à un signal de commande provenant d'un moyen logique de commande 20; un tel moyen logique de commande est bien connu de la technique Chaque dispositif de commutation actif 19 peut être, mais n'est pas limité à cela, un redresseur commandé au silicium (SCR) 21 ou un transistor tel qu'un transistor à jonction ou un tran- sistor à effet de champ (FET) 22. Pour empêcher tout courant indésirable et limiter le courant traversant chaque commutateur 17, chacun de ceux- ci est de préférence amorcé par le moyen logique de comman- de 20 seulement lorsque les tensions VI et V 2 aux bornes du condensateur principal et des condensateurs auxiliaires, respectivement, sont approximativement égales et/ou approxi- mativement égales à la tension maximum de l'onde de la sour- ce de courant alternatif 12 et ainsi éliminent toute circu- lation de courant entre les condensateurs auxiliaires C 2 et le condensateur principal Cl. De plus chaque commutateur 17 comprenant un tran- sistor comme dispositif de commutation actif 19 est capable de fonctionner à une température d'au moins 1300 C si on com- pare aux dispositifs de l'art antérieur, tel qu'un triac qui a une température de fonctionnement maximum d'environ 1000 C. C'est-à-dire, qu'un triac classique à des températures d'en- viron 1001 C ou au-dessus commutera vers l'état conducteur et le maintiendra en l'absence d'un signal de gâchette avec pour résultat un fonctionnement inacceptable. Ainsi que précédemment décrit, la présente inven- tion réalise un ballast 10 qui règle le courant fournie à la lampe incandescente 11 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 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'approximativement 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 condensateurs auxiliaires reliés en parallèle avec le con- densateur principal Cl et la capacité de chaque condensateur peuvent varier selon un certain nombre de facteurs compor- tant la valeur de la tension de la source de courant alter- natif, le courant de lampe souhaité, la luminosité de la -6- 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-a-dire, lorsque la valeur de la tension de la source de courant alternatif 12 augmente ou diminue, on peut diminuer ou augmenter la capacité auxiliai- re C 2, respectivement pour maintenir pratiquement constant le courant, la puissance ou les deux dans la lampe Il. En outre, on peut établir le courant de charge, la puissance et la luminosité à la fois par réglage manuel ou automatique de chaque dispositif de commutation actif 19. Plus particulièrement on admettra que l'on Deut utiliser un circuit logique de commande 20, ayant un signal de réaction envoyé dans, par exemple, la gâchette d'un SCR ou un FET pour rendre chaque dispositif de commutation conducteur et non conducteur et ainsi régler automatiquement la capacité totale entre les bornes 13 et 15 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 utilisant un ballast capacitif pour obtenir une faible ten- sion aux bornes de la lampe 1 l des niveaux élevés non sou- haités d'interférence électromagnétique De plus on peut fa- briquer la présente invention, à un coût relativement faible si on compare avec l'art antérieur et si on utilise un tran- sistor comme dispositif de commutation actif, on peut avoir une température de fonctionnement plus élevée. -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 dans lequel chaque élément capacitif au- xiliaire (C 2) a, relié en série avec lui, un commutateur ( 17) comprenant un élément conducteur unidirectionnel ( 18) relié en parallèle à un dispositif de commutation actif ( 19). 2 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément conducteur unidirectionnel ( 18) est une diode. 3 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce que chacun des dispositifs de commutation actifs ( 19) est choisi dans le groupe constitué par un redresseur commandé au silicium, un transistor à jonction et un transistor a ef- fet de champ. 4 Ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation actif ( 19) est com- muté à l'état conducteur et à l'état non conducteur en ré- ponse à un signal de commande. Ballast selon la revendication 4, caractérisé en ce que le signal de commande dépend du courant circulant dans la lampe ( 11). 6 Ballast selon la revendication 4, caractérisé en 252 ? 411 -8- ce que chaque moyen de commutation est commuté indépendam- ment des autres. 7 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'au moment o 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 auxiliaires (C 2) qui sont reliés en parallèle avec le pre- mier élément capacitif (Cl) est approximativement la même que la tension aux bornes du premier élément capacitif (Cl). 8 Ballast selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de commutation actif ( 19) est un transistor et qu'il peut fonctionner à une température d'au moins 1300 C. 9 Ballast selon la revendication 1 caractérisé en i 5 ce que la lampe ( 11) fonctionne à environ 36 volts, 60 watts, le premier condensateur (Cl) a une capacité d'environ microfarads, le ou -les condensateurs auxiliaires ont une ca pacité totale d'environ 25 microfarads et que la tension de la source de courant alternatif est environ 120 volts à 60 hertz.