Brevet FR2599208A1 — publié le 19871127

La présente invention concerne un système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes. Actuellement les tubes fluorescents sont alimentés par un système qui présente plusieurs inconvénients dont les deux principaux sont une grande consommation d'énergie et une dégradation rapide des tubes. En effet le montage actuellement utilisé pour l'alimentation des tubes fluorescents comporte une réactance qui permet par l'intermédiaire de l'ouverture d'un bileme l'amorçage du mélange gazeux entre les filaments du tube. Cette réactance consomme énormément d'énergie qui se traduit par un échauffement de celle-ci. De plus cette réactance introduit dans la ligne secteur un important taux de réactive qui augmente d'autant plus la consommation. D'autre part par ce montage l'allumage du tube n'est pas instantané en raison du fait qu'il faut au bilame plusieurs ouvertures pour allumer le tube. Ces ouvertures répétées ont pour effet de faire clignoter le tube, ce qui est préjudiciable sur la durée de vie de celui-ci. La présente invention a pour but, en vue d'alimenter les tubes fluorescents, de mettre en oeuvre un système permettant la creéation aux bornes d'au moins un tube d'une tension alternative haute fréquence consommant très peu d'énergie et assurant un allumage instantané. 2 2599208 Cependant il existe un dispositif atteignant ces buts mais appliqué spécifiquement à des lampes à décharge dépourvues d'électrodes. Ce dispositif est décrit dans la demanue de brevet Française nO 2 487 140 de PHILIPS. Le dit dispositif est spécifiquement destiné aux lampes à décharges dépourvues d'électrodes et ne peut être appliqué aux tubes fluorescents pour plusieurs raisons. Une de ces raisons est la création d'une fréquence d'au moins 0,5 mégahertz nécessaire pour les lampes à décharge dépourvues d'électrodes qui est inapplicable aux tubes fluorescents qui fonctionnent de manibre optimale avec une fréquence comprise entre 100 et 200 KHz. Une autre raison est l'impossibilité de brancher sur ce convertisseur plusieurs unités d'éclairage du type lampe b décharge dépourvue d'électrodes. Suivant encore une autre raison dans le système PHILIPS les bobinages fonctionnent avec une tension présentant une forme préjudiciable à leur durée de vie. D'autre part le rendement du dispositif PHILIPS n'est que de 87 Lumens/wstt tandis que le dispositif proposé par le demandeur permet d'atteindre un rendement de 125 Lumens/watt. La présente invention vise à obvier les inconvénients ci-dessus 3 2599208 énoncés en proposant un système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes délivrant une tension haute fréquence aux bornes des dits tubes, permettant un allumage instantané de ceux-ci, présentant un très bon rendement et procurant une réduction de la consommation énergétique comparativement au montage traditionnel de 45 à 50. A cet effet le système selon la présente invention comporte une alimentation se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sortie et une constante de temps branchée entre les dites bornes de sortie et se caractérise essentiellement en ce qu'il comporte un élément capacitif branché sur la borne de sortie positive de l'alimentation et en série avec au moins une unité d'éclairage, deux groupes de commande de l'état de charge de l'élément capacitif à travers la ou les unit6s d'éclairage et un transformateur dont le primaire est connecté entre la ou les unités d'éclairage et les groupes de commande et pilotant suivant l'état de charge de l'élément capacitif les groupes de commande. D'autres avantages et caractéristiques appareitront I la lecture de la description qui va suivre illustrée par le dessin donné à titre d'exemple nullement limitatif représentant schématiquement le système selon l'invention. Tel que représenté à la figure jointe, le système d'alimentation de tubes fluorescents à électrodes selon l'invention comporte une alimentation 1 se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sortie 1A et 18. 4 2599208 Cette alimentation 1 comporte de manière connue entre ses bornes d'entrée un pont de diodes 2 redressant la tension alternative du réseau et entre les bornes de sortie du dit pont de diode un condensateur 3 de préférence du type électro-chimique filtrant la tension redressée. Entre les bornes d'entrée de l'alimentation 1 sont montés deux condensateurs 4 branchés-en parallèle entre la terre et une des dites bornes d'entrée. Ces condensateurs 4 permettent d'éliminer les parasites haute fréquence engendrés par le systbme. D'autre part sur une des bornes d'entrée de l'alimentation est monté un fusible 5-de protection contre un éventuel court circuit. Sur l'autre borne d'entrée de l'alimentation est montée une résistance 6 limitant l'intensité d'entrée dans l'alimentation 1. Entre les bornes 1A et 1B est montée la constante de temps 7 constituée par le montage en série d'une résistance 8 et d'un condensateur 9. Le système d'allumage pour tubes fluorescents à électrodes selon l'invention comporte un élément capacitif 10 branché sur la borne sortie positive lA de l'alimentation 1 et en série avec au moins une unité d'éclairage 11, deux groupes de commande 12 de l'état de charge de l'élément capacitif 10 à travers la ou les unités d'éclairage et un transformateur dont le primaire 13 est connecté 2599208 entre la ou les unités d'éclairage 11 et les groupes de commande 12 et pilotant suivent la charge de l'élément capacitif 10 les groupes de commande 12. L'élément capacitif 10 est constitué par un condensateur de type connu. Avantageusement chaque groupe de commande comporte un transistor 14 de puissance du type MOS le secondaire 15 du transformateur, une résistance 16 montée en série avec le dit secondaire, et une diode Zener 17 montée en parallèle avec le montage série secondaire 15 résistance 16. Ce montage est connecté en série entre la source S et la grille G de commande du transistor 14. La diode Zener 17 montée entre la source S et la grille G et en parrallèle avec le montage secondaire 15 - résistance 16 protège le transistor 14 en empêchant une trop forte tension de polarisation d'être reçue sur la grille C du dit transistor. Les secondaires 15 de chacun des groupes 12 de commande sont issus du transformateur et sont montés en opposition de phase sur le même noyau que le primaire 13. Un groupe de commande 12 dit premier groupe est monté entre le primaire 13 du transformateur par le drain D du transistor 14 et la borne 1B de l'alimentation 1 par la source S du dit transistor et l'autre groupe 12 dit second groupe est monté entre l'élément capacitif 10 par le drain D du transistor 14 et le primaire 13 du 6 2599208 dit transformateur par la source S du dit transistor. Entre la grille G du transistor 14 du premier groupe 12 et la constante de temps 7 est monté un élément à conduction bilatérale à effet de claquage ou disc 18. Ce diac 18 est branché d'un côté entre la résistance 8 et le condensateur 9 de la constante de temps 7 et de l'autre c8té sur la grlle G de transistor 14 du premier groupe 12. Lors de la mise sous tension de l'alimentation 1, le condensateur 9 de la constante de temps 7 se charge à travers la résistance 8 jusqu'à ce que la tension aux bornes du dit condensateur 9 atteigne la tension de seuil du diac 18o Lorsque cette tension est atteinte le disc 18 devient passant et la dite tension est présente sur la grille G du transistor 14 du premier groupe 12, ce qui rend le dit transistor passant. La conduction de ce transistor entraine la charge du condensateur 10 à travers le primaire 13 du transformateur et le ou les unités d'éclairage il. Suivant une forme préférentielle de réalisation représentée à la figure Jointe le système alimente deux unités d'éclairage 11 mais il va de soi que ce nombre n'est nullement limitatif et que le système peut recevoir plusieurs unités d'éclairage 11 ou bien une seule. 7 2599208 Chaque unité d'éclairage est montée en série entre le primaire 13 du transformateur et le condensateur 11. On comprendra donc aisément que lorsque le système selon l'invention comporte plusieurs unités d'éclairage 11, ces unités sont montées en parallèle entre le condensateur 10 et le primaire 13. Selon une forme préférentielle de réalisation chaque unité d'éclairage 11 comporte un bobinage 19, un tube 20 fluorescent à électrodes 21, et un condensateur 22 monté en série entre les deux électrodes ou filaments 21. La charge du condensateur 10 provoque une impulsion de tension à travers le transformateur. Cette impulsion de tension transmise par-le primaire 13 au secondaire 15 provoque le changement de polarisation des grilles G des transistors 14 des premier et deuxième groupes 12. Ce changement de polarisation rend bloqué le transistor 14 du premier groupe 12 et passant le transistor 14 du deuxième groupe 12. L'état passant du transistor du dit deuxième groupe provoque la décharge du condensateur 10 à travers le primaire 13 et la ou les unités d'éclairage 11. L'impulsion de tension due à la décharge du condensateur 10 est transmise au secondaire 15 par le primaire 13, qui provoque à nouveau le changement de polarisation des grilles G des transis- tors 14. Ainsi le système entre en oscillation suivant une fréquence F. La bobine 19 de l'unité d'éclairage 11 permet la création d'une haute tension et permet de maintenir dans le tube 20 à l'état allumé. Le condensateur 22 reliant les filaments 21 d'un même tube 20 récupère une partie de l'oscillation. et permet aux filaments 21 de rester légèrement chauds. Comme énoncé plus haut sur le sytème selon l'invention plusieurs unités d'éclairage 1l peu-vent être montées. En effet, le signal alternatif haute fréquence présent sur le primaire 13 du transformateur permet de faire fonctionner un grand nombre de tubes. La charge présente en sortie du système selon l'invention n'influe pas sur le fonctionnement et la fréquence du dit système. Préférentiellement les tubes 20 sont montés deux à deux en sortie du système. La fréquence F du système selon l'invention est relativement basse puisque comprise entre 100 et 200 KHz. Cette basse fréquence impose donc une valeur du condensateur 9 de la constance de temps 7 relativement élevée. Afin de permettre un réallumage éventu=l instantané de la ou des unités d'éclairage 11 ou bien le réamorçage de l'oscillation du système lors de micro coupures de l'alimentation dues aux irrégularités de la tension de source, le système selon l'invention comporte un moyen permettant la décharge rapide du condensateur 9 de la constante de temps 7 lors de la conduction du transistor 14 du premie: groupe 12. Ce moyen selon une forme préférentielle de réalisation est constitué par une diode 23 branchée côté anode sur la constante de temps 7 et cOté cathode sur le drain D du transistor 14 du premier groupe 12 et d'une résistance 24 branchée entre la borne 1lA de l'alimentation 1 et l'anode de la diode 23. Lors de la conduction du transistor 14 du premier groupe 12 la diode 23 polarisée dans le sens passant provoque la décharge du condensateur 9. Afin de synchroniser la conduction de la diode 23 avec la conduction du transistor 14 du premier groupe 12, la résistance 24 polarise la dite diode en sens inverse ( tension anode inférieure à tension cathode). La présence de ce montage diode 23 résistance 24 est donc indispensable au bon fonctionnement du système selon l'invention en raison de la basse fréquence engendré par le dit système. D'autre part le ou les bobinages 19 de la ou des unités d'éclairage 11 reçoivent une tension alternative présentant un signal de forme rectangulaire, ce qui provoque un échauffement inutile de 2599208 ces bobinages 19 et par la mmie une baisse de rendement. Afin d'éviter cet inconvénient un montage en série condensateur 25 résistance 26 est branché entre le drain D du transistor 14 du premier groupe 12 et la borne 1A de l'alimentation 1. Ainsi lors de la conduction du transistor 14 du premier groupe 129 le condensateur 25 se charge à travers la résistance 26 et donc introduit lors du front montant du signal un léger amortissentent ainsi que sur le front descendant lors de la décharge du condensateur 100 Le signal e donc une forme plus acceptable par le bobinage 19 de la ou des unités d'éclairage 11o De plus ce montage condensateur 25-résistance 26 permet d'augmenter le rendement du système d'environ 10% et d'éliminer sur les tubes fluorescents 20 le phénomène de taches sombres du-à une mauvaise répartition des charges ionisées. En guise d'exemple lAe ndesent du yetbnme selon l'invention avec deux tubes 20 de 50 watts haute luninositâ porte celui-ci à 125 lumnens/watts e. Le tableau ci-sprCs donne une valeur moyenne des composants électroniques utilisés dans le système selon l'invention et créant une fréquence F d'envlron 125 KHz ll v..*f............. : Résistance 6: : Résistance 8: Résistance 26: Résistance 24: Résistance 16 4,7 ohms 330 ohms 18 ohms 330 ohms 47. ohms C.o.nd..n..... : Condensateur : Condensateur: Con 3ensatour s Condensateur: Conrd-ensateur : Coniensateur *........... 0. 22 ê...i.i f.f..... i...fi..i.i.i..f. Oi fi: 150 uF ,6 nF: - 100O nF: 3,3 nF s : lO nF nF f.: e.*e.ee.*.e.-..e.-....e.e..-..e...ee......e.feee.e. o l.... : DC DIAC: 32 Volts 0: DIODE 23: diode Silicium : DIODE 17: diode Zener 8, 6 Volts : TRANSITORS 14: MOS : TRANSFORMATEUR :s Primaire 13: 1 spire sur noyau toroi-: s: dal diambtre 12 mm : Secondaires 15: 2 spires sur noyau toroi-: :s:s dal diamètre 12 mm:: BOBINAGES 19 110O spires sur pot de: :: section carrée diambtre - ::s 10O mm e: e fi fffff ffii if f f s. iiii ieel i feleeeeeef ieeiseeee il ieef 12ô 2599208 Le système selon la présente invention peut également alimenter les lampes à décharge ( vapeur de Mercure) dans les mêmes conditions- d'économie que pour les tubes fluorescents à électrodes. Le système selon l'invention permet l'allumage instantané de tubes fluorescents à électrodes, d'augclenter la durée de vie de ceux-ci, de produire un excellent rendement et de consommer très peu de courant électrique. I1 va de soi que la présente invention peut recevoir tous aménagements et toutes variantes dans le domaine des équivalents techniques sans pourautant sortir du cadre du présent brevet. 13 2599208 REVENDICATIONS P1/ Système électronique d'alinentation pour tubes fluorescents à électrodes comportant une alimentation (1) se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sortie (1A) et (lB) et une constante de temps (7) branchée entre les dites bornes de sortie, système caractérisé en ce qu'il comporte un élément capacitif (10) branché sur la borne de sortie (1A) de l'alimentation (1) et en série avec au moins une unité d'éclairage (11), deux groupes de commande (12) de l'état de charge de l'élément capacitif (10) à travers la ou les unités d'éclairage (11) et un transformateur dont le primaire (13) est connecté entre la ou les unités d'éclairage (11) et les groupes de commande (12) et pilotant suivant l'état de charge de l'élément capacitif (10) les groupes de commande (12). R2/ Système selon la revendication 1 casactérisé an ce que entre l'élément capacitif (10) et le primaire (13) du transformateur sont montés au moins une unité d'éclairage (11) constituée d'un montage en série d'un bobinage (19) branché à la sortie du primaire (13), d'un tube fluorescent (20) à électrodes ou filaments (21) et un condensateur (22) reliant les filaments (21) d'un même tube (20). R3/ Système selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 4L, {2599208 comporte un moyen permettant la décharge rapide du condensateur (9) de la constante de temps (7) lors de la conduction du transistor (14) du premier groupe de commande (12) afin de permettre un réallumage instantané ou un réamorçage de l'oscillation du dit système. R4/ Système selon les revendications 1 et 3 caractérisé en ce que le moyen pour la décharge du condensateur (9) de la constante de temps (7) est constitué d'une diode (23) branchée côté anode sur la constante de temps (7) et côté cathode sur le drain D du transistor (14) du premier groupe (12) et d'une résistance (24) branchée entre la borne (1A) de l'alimentation (1) et l'anode de la diode (23). R5/ Système selon la revendication 1 caractérise en ce qu'il comporte un montage en série condensateur (25) résistance (26) branché entre le drain D du transistor (14) du premier groupe de commande (12) et la borne (1A) de l'alimentation (1) afin de fournir une tension de forme autre que rectangulaire à ou aux unités d'éclairage.