Brevet FR2542152A1 — publié le 19840907

Les lampes à décharges sont traditionnellement alimentées à partir du réseau basse tension par des dispositifs électromagnétiques appelés ballasts. L'application des techniques de commutation par transistors de puissance donne une possibilité nouvelle pour l' alimentation et le contrôle de ces lampes. L'un des objectifs est l'économie d'énergie par l'amélioration du rendement global. De plus, l'utilisation des moyennes fréquences permet de résoudre avec une plus grande sécurité les problièmes d'émorçage et de prolonger la vie des lampes, d'améliorer la qualité de l'éclairement et de réaliser des équipements plus légers et plus facilement posables. L'objet de la présente invention est la réalisation de dispositifs permettant d'atteindre industriellement les buts recherchés. Le premier dispositif dé@rit dans le cadre de l'invention pormet de modifier la forme des signaux tension et courant appliqué à la lampe pour accroitre son rendement luminoux. Le comportement d'une lampe à décharge en moyenne fréquence est en effet fort différent de son comportement en fréquence industrielle. La réponse est celle d'une impéddance complexe, maie assez faiblement déphasée et la non linéarité est beaucoup moins marquée qu'en fréuence industrielle. Dans le descriptif de l'invention, l'expression "moyenne fréquence" désigne d'une manière générale les bandes de fréquences nettement plus élevées que la fréquence industrielle, s'étendant de quelques centaines de herts à quelques dizaines de kilohert@, donc de la partie haute des basses fréquences à la partie basse des moyennes fréquences, soit à titre d'exemple de 800 hertz à 150 kilchertz. L'applieation de signaux classiquement catalogués, et usuellement délivrés par des alimentations, tels que les signeux sinusoidaux triangulaires, exponentiels, conduisent à une diminution du rendement lumineux. Suivant l'invention, le rendement lumineux d'une lampe en moyenne fréquence est accru par l'application d'un signal de tension ou de courant de forme@ carrée ou de forme voisine dite pseudo-carrée. La figure I montre à titre d'exemple non limitatif l'ailure de tels signaux. Cependent, l'application d'un tel signal en temsion ne permet pas d'obtenir des régimes stables, la lamp@ se comportant à moyen terme comme une impéd@nce négatives. Suivant l'invention, un courant de forme spoude-carré@ est obte@u en supperposant au courant fondamental un sourant en opposîtion, d'harmoniques impaires du courant fondamental. La figure 2 explique le prosédé. La courbe 2a représente le courant fondamental appliqué qui est une ps@udo si@@- soîde. La courbe 2b roprésente le courant d'harmoniques impaires. La courbe 2c représente le courant appliqué à la lampe. En variant le taux d'harmoniques le courant appliqué peut prendre par exemple les formes 2d ou 2e. En réglant expérimentalement ce taux, le rendement du montage est optimisé. Suivant l'invention, un circuit él@strique générateur de courants harmoniques permcttant d'obtenir par superposition au courant fondamental un signal pse@do-carré est réalisé par des self-inductances et des condensateurs disposés en série et dont les valeurs sont ajustées pour que se produise un phénomène de résonnance générant le courant recherché. La figure 3 donne à titre d'exemple un schéma permettant la mise en oeuvre d'un tel circuit résonnant. @ est un générateur de signaux trapézofdaux alimentant le primaire du transoformateur T. Le secondairo comporte deux enroulements. Le premier alimente la self-inductance LI fournissant à la lampe L le signal fondamental p@eudo-sinusofdal. Le circuit résonnant est constitué par la self-inductance L2 et le condensateur C alimenté par le deuxième secondaire en opposition sur le premier. Les générateurs de signaux trapézofdux sont classiquement constitués à l'aide d'un montage utilisant un transformateur dont le primaire comporte un point milieu raccordé à l'alimentation et ses extrémités raccordées aux transistors de commutation, montage connu sous le nom de push-pull. Il est connu que ce montage génère des ten@ions élevéas appliquées au collecteur du transistor dans la phase de blocage. Suivant l'invention l'alimentation du générateur de signaux trapézofdaux comporte deux sources de tension symé trique. Le primaire du transformatur ne comporte qu'un enroulement dont l'une des extrémités est connectée au point milieu des sources et l'autre extrémité aux transistors de commutation. La tension maximum appliquée aux transistorz dans leur phase de blocage est limité@ à une valeur égale à la somme des tensions de la source. La figure 4 donne L titre d'exemple un schéma raiisant un générateur de signaux pseudo-trapéso@daux. la source est constituée par un@phase du secteur distribué entre le neutre N et le conducteur de phase PH. Les diodes D1 et D2 chargent les condensateurs C1 et C2. Le transformateurs est constitué d'un primaire T1, de deux secondaires basse tension T2 et T3 fournissant l'alimen tation des circuits a. commande 31 et 2 des transistors EI et E2, et d'un secondaire haute tension S alimentant le circuit de la lampe. Le condensateur C3 apporte son aide à la commutation des transistorz. Dans le sch@ma suivant la figure 4, l'alimentation est assurée d'une manière classique par des diodes alimentant des condensateurs. Ce montage connu a l'inconvénient de crder des pointes importantes de courant pouvant perturber le secteur. Ces pointes peuvent être atténuées d'une manière connue en disposant une self-inductance en série danskle secteur, mais cette self-inductance doit être de valeur relativement élcvée. Elle affecte alors le rendement et crée un déphasage inductif, sans supprimer la distorson du courant. Ce montage est donc gén6rateur d'harmoniques secteur, défaut déjà reproché aux équipements électromagnétiques traditionnels. Selon une forme de réalisation suivant l'invention l'alimentation est effectuée à partir du secteur sans générer d' harmoniques du secteur, en prélevant au sccteur un courant sinusofdal et en phase. Le @@océdé consiste, à connecter pendant un court espace de temps une self inductance sur la source secteur. Le courant établi dans la self-inductance pendant oet espace de temps est proportionnel à l'espace de temps et à la @ imstantan@@ @@ la tomsion secteur à ce m@@ @ (1@@@@p@@ @@ tomps étant @é@@@@@abl@ dovant la périod@ @@@t@ur). Dans la phase suivante, la solf-inductanse est con@@@t@@ @@ un condensateur. L'énorgie potontielle accumulée dans la self-inductan@@ p@ndant la première phase est récupéréc dans le condensateur, L'opération se répétant à cycle constant, l'intonsité moyenne prélevé@ pendant un cycle est proportionnelle à la tension instantanée du secteur. A l'échelle do temps de la période secteur, le courant est donc à chaque instant proportionnel à la tension. Le @@urant fonda@ental prélevé du secteur est donc sinusofdal et @n phase avec la tension sectour. La figure 5 montre en 5a le signal de tension U et en 5b le courant I dans la self. Pour la possibilité graphique, le rapport des temps n'est pas respecté. En 5c, à échelle des temps dilaté, la variation de courant dans la self inductance est représentée. Pour la réalisation du procédé, l@ schéma de la figure 6 montre, à titre d'exemple, la réalisation d'un dispositif dans le cadre de l'invention. Le pont de diode PD est connecté au secteur de manière à présenter une polarité unique aux bornes du montage. La self inductance L est connectée à cette sourse unipolaire par le transistor T piloté par le circuit de commande E fixant la durée du cycle de récurrence et le temps de conductien. Lers de la phase de blocage la diode D permet le déchargement de l'émergie de la self inductanse dans les condensateurs C1 et C2 montés en série. Les polss plus ou moins de l' alimentation sont repérés sur le montage. Le aireuit R est un circuit connu d'aide à la commutation. Le point milisu repère 0 pout constituer le point milieu d'une alimentation bipelaire symétrique. A titre d'exemple, les trois pisnts @, 0 et - p@uvent @@@stituer l'alimentation du @é@érateur suivant revendication quatre @@ supprimant les doux diedes D1 et D2 de la figure 4 et en @@@@@@tant les points pertant les mênes repères. Le montage suivant l'invention présente plusicurs ovantages. Il est possible à l'aide de moyens connus, et par l'intermédiaire de signaux S1 et S2 de tension ou de courant établis par des moyens connus, de modifier indépendemment ou simul t@nément la période de récurrence ou le temps de donduction. Ces modifications affectent l'énergie moyenne par cycle et définissent donc la puissance délivrée par l'alimentation. Ces modifications p@uvent être effectuées volontairement, localement ou à dictance par des moyena connus, il est possible de régler des grandeurs caractéristiques, tels que tension et / ou courant à des valours donné@s ou suivant des lois données. La figure 7 représente à titre d'exemple un schéma réalisant des opérations avantag@uses décrites ci-dessus. Les éléments PD, T. L, D, C@ et C2 ont les mêmes repères que coux de la figure 6. L'alimentation auxiliaire AA. l'oucillateur de la rela xati@n OS, l'univibrateur UH et la commande C. explicitent le sous enseuble de co@@@ande B de la figure 6. Le transistor M permet d'agir sur le temps de conduction. Par le pot@ntiomètre @M, il est possible manuellement de régler la puissance de l'alimentation. Le circuit RV constitué de diodes Zenner effectue la régulation de l'alimentation à une valeur donnée, dans un @er- tain domaine des fluctuations de la charge ou de la tension s@@teur. Le dispositif décrit génère dans le socteur des signaux de courant en moyenne fréquence correspondant à la fréquence de résurrance et ses harmoniques. Ces signaux pouvant dans certains cas être considérés comme perturbateurs, il est possible de les éliminer ou de les atténuer fortement par un dispositif mettant en couvre deux montages symétriques, dont le fonstionn@ment est décalé d'un demi @y@le de reourrance.En réglant judici@usement les paramètres des montages, les signaux de courant issu@ des deux m@ntges ent à tout monent pour résultat d'addition un @@urant égal à la val@ur de @rète de @hague @ourant @@nstituant. Le résiduel de l'opération étant à plus à@@t@@fréquen@@ pout être @@@sidéré @@@@@@ men p@rturbateur ou être facilemment éliminé par un eirouit de filtrage rédu@t. La figure 8 représente le principe de cotte so@nation. @a et 8b sont les courants de ch@que circuit et 8c le courant résultant. La figure 9 représante à titre d'exemple le schéma d'un dispositif effectuant l'opération ci-dessus décrite. L'escillateur OS attaque-symétriquement les circuits @@A et UNB pilotant les circuits COA et COB ot respe@tivement les transistors A et B. Dans le schéma de réalisation donné en exemple, la tension secteur est redressés par le point 1 . Le transistor 3 est piloté en moyenne fréquence par un signal carré récurrent à rapport de temps constant. L'énergie est récupérée dans les condensateurs 6 et 7 à travers la diode 5. Le circuit ô est un circuit d'aide à la commutation. Le transofrmateur 9 et les dispositifs pilote 10 et 12 des transistors 11 et 13 constituent un génerateur trapescidal. Le @@oc@daire du transofrmateur alimente la lompe 14 à travers la self principale 15 et la self auxilia@re 16 accordée au cond@@sateur 17. REVENDICATIONS 1 - Procédé permettant diaccroitre le rendement iumineux d'un tube à décharge caractérisé en ce qu'il comporte itutilisation, pour @'alimentation du tube, dlun signal carré ou pseudo carré (figure 1). 2- Procédé suivant la revendication 1, caractérise en ce qu'il comporte la super position, pour lialimentation du tube, d'un courant fondamental et de courants harmoniques (figure 2, 2a et 2b). 3-Dispositif pour la mise en ceuvre du procédé suivant revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en plus de la self inductance de limitation du courant un circuit oscillant constitué d'une self et d'un condensateur (figure 3). 4 Procédé permettant de prélever au secteur, pour alimenter par exemple un tube'à décharge, un courant sinusot-dal et en phase avec la tension dialimen tation caractérisé en ce qu'il comporte l'utilisation d'une self inductance raccordée à la source secteur pendant un bref temps de conduction à cycle de récurrence constant (figure 5). 5 - dispositif-pour la mise en ceuvre du procédé suivant revendication 4 caractérisé en ce qu'il utilise un circuit électronique à transistorT,Eiloté par un circuit de commande à impulsions récurrentes, une self inductance L, une diode D et des condensateurs C1 C2 (figure 6). 6 -Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant revendication 4 caractérisé en ce qu'il utilise deux circuits électroniques à transistors A et 8 pilotés par un circuit de commande à impulsions récurrentes OS, deux selfs inductances LA et Le, deux diodeset des condensateurs C1 et C2. (figure 9). 7-Dispositif d'alimentation d'un tube à décharge caractérisé en ce qu'il utilise isolément ou en combinaison les procédés et- dispositifs suivant revendications 1, 2, 3, 4, 5 et 6.