Brevet FR2639504A1 — publié le 19900525

La présente invention concerne un dispositif électronique propre à assurer le pré-chauffage des cathodes émissives d'une lampe fluorescente alimentée par le courant à haute fréquence que peut délivrer, en sortie, un ballast électronique. Dans des dispositifs connus de ce genre, ce pré-chauffage, qui est nécessaire pour assurer une durée de vie normale à des lampes standard du type "rapid-start", est obtenu de différentes manières. Dans certains cas, un condensateur monté en série avec les filaments de pré-chauffage shunte pendant un temps pré-déterminé la sortie dudit ballast électronique, ce, par le moyen d'un dispositif de commutation automatique agissant chaque fois que le ballast est mis sous tension.Dans ces conditions, en choisissant convenablement l'impédance dudit condensateur en fonction de la fréquence de sortie du ballast électronique, l'on peut, à la fois, renforçer momentanément le courant pour atteindre rapidement le point d'émission des cathodes, et am,ortir les pointes de tension présentes en sortie dudit ballast électronique ce qui permet d'éviter un amorçage prématuré de l'arc avant qu'une émission thermoSo- nique suffisante ait été enregistrée. Dans d'autres cas, la fréquence de sortie du ballast électronique est modifiée à la mise sous tension de ce dernier, ce, pendant un temps pré-déterminé. De cette manière, l'impédance du susdit condensateur prend une valeur différente pendant la séquence de pré-chauffage, ce qui se traduit par les mêmes effets, décrits ci-dess. De tels dispositifs de pré-chauffage sont souvent très complexes et difficiles à mettre en oeuvre dans la réalisation de ballasts électroniques à bon marché. Le dispositif, objet de l'invention, permet de fournir au problème du pré-chauffage des cathodes des lampes fluorescentes une solution très simple et peu onéreuse, à la différence des dispositifs caractérisant l'art antérieur. Ce dispositif est applicable à la plupart des convertisseurs qui équipent actuellement de tels ballasts électroni ques. Il comprend une résistance de contre-réaction, montée en série avec l'électrode commune de l'un des transistors bi-polaires de découpage. Cette résistance est choisie, de telle sorte que l'impulsion de commande appliquée sur l'électrode d commande dudit transistor soit réduite et que de ce fait, les caractéristiques de sortie du convertisseur ne permettent pas d'atteindre la tension d'amorçage de la lampe fluorescente associé, ce, tout en délivrant un courant de sortie suffisant pour assurer le chauffage desdites cathodes par le moyen, notamment, d'un condensateur connecté en série avec ces dernières. Un moyen commutateur connecté en parallèle sur ladite résistance de contre-réaction se trouve en circuit ouvert à la mise sous tension dudit convertisseur. L'électrode de commande de ce moyen commutateur est dépendant d'un circuit de temporisation lequel, après mise sous tension du ballast électronique, fournit, au bout d'un temps pré-déterminé, un signal apte à exciter la susdite électrode de commande, de telle sorte que le susdit moyen commutateur soit mis en position stable de fermeture. Dès que le ballast électronique n'est plus alimenté, le circuit de temporisation est remis à zéro, de telle sorte qu'à la prochaine séquence d'allumage, le temps pré-déterminé d'ouverture du susdit moyen commutateur soit restauré. Avec ce dispositif, l'on peut ajuster le temps d'ouverture du susdit moyen commutateur à environ 1 seconde après la mise sous tension du ballast électronique. Pendant cette durée, ladite résistance de contre-réaction n'étant pas court-circuitée par le susdit moyen commutateur, la tension délivrée en sortie du ballast n'est pas suffisante pour assurer l'amorçage de la lampe fluorescente associée mais suffisante pour entretenir dans les électrodes de pré-chauffage un courant propre à permettre l'émission thermotonique recherchée. A ce moment intervient la fourniture du signal stable de fermeture du susdit moyen commutateur lequel court-circuite ladite résistance de contreréaction: la tension de sortie du ballast remonte alors brutalement ce qui assure l'amorçage en un temps très court de ladite lampe fluorescente.En effet, après que l'émission thermolonique se soit produite, il est nécessaire que le temps d'établissement de l'arc se produise en un temps aussi court que possible, ce, afin de limiter l'arrachement des terres rares dont sont enrobées les filaments de cathodes car cet arrachement est la cause principale du vieillissement prématuré de telles lampes fluorescentes. Selon une variante du dispositif, objet de l'invention, illustrée par la figure 1, ci-annexée, le convertisseur à fréquence élevée qui équipe le ballast électronique considéré comprend le pont que constitue les deux transistors F' et F" montés en série et associés aux deux condensateurs A' et A", eux-même montés en série, le point milieu de chacune des branches dudit pont étant reliés entre eux par le moyen du circuit série comprenant, l'inductance de stabilisation E, le filament cathodique C' et le filament cathodique C" de la lampe fluorescente B et le condensateur D. La présence de la résistance J à coefficient de température positif est facultative. Le fonctionnement du circuit décrit ci-dessus est bien connu: la conduction alternée de chacun desdits transistors est assurée par des moyens non représentés ici assure le passage d'un courant à fréquence élevée dans le circuit série connecté entre les deux branches du pont, ce en l'absence de la résistance G. A la mise en fonctionnement du susdit convertisseur, dans ces conditions, l'amorçage de la lampe fluorescente s'effectuerait selon le mode "instant-start", avec une durée de vie de la lampe ne pouvant dépasser 8.000 heures à raison d'un allumage toutes les 3 heures. Avec la présence de la résistance de contre-réaction G, dont la valeur est de quelques dizaines d'ohms, le susdit convertisseur ne peut plus fournir, en sortie, que quelques dizaines de watts, ladite résistance inhibant partiellement le signal de commande appliqué sur l'électrode sensible du transistor F'. iwans ces conditions, la tension de sortie dudit convertisseur est très insuffisante pour atteindre l'ionisation de la lampe B, cependant, la puissan ce de sortie de ce convertisseur qui se dissipe essentiellement sur les filaments cathodiques C' et C", est largement suffisante pour assurer un pré-chauffage correct de ces derniers. Compte-tenu du fait que pour assurer une bonne émission thermoronique il faut une durée de pré-chauffage comprise entre 0,5 et 1 seconde selon la puissance appliquée auxdits filaments, il suffit donc pour supprimer l'état transitoire décrit ci-dessus, de court-circuiter au bout du susdit temps, la résistance G. Ce rôle est dévolu au moyen commutateur H connecté en parallèle aux bornes de ladite résistance et, de cette manière, les caractéristiques nominales de sortie du susdit convertisseur sont rétablies, d'où une violente surtension instantanée entre les bornes du condensateur D shuntant l'espace d'arc de la lampe B: l'amorçage de cette dernière se produit alors instantanément car quantité d'électrons se trouvent libérés à la surface desdites cathodes. A partir de la mise sous tension dudit convertisseur, le temps nécessaire au pré-chauffage est déterminé par le circuit de temporisation I qui peut être alimenté par la même source que le convertisseur, mais pourrait également être alimenté par le courant à haute fréquence redressé. Ce temps écoulé, le signal stable de sortie IS du circuit I est appliqué sur l'électrode de commande HE du moyen commutateur H, lequel est mis alors en position de fermeture. Dès que l'alimentation du convertisseur n'est plus assurée, le circuit de temporisation I est remis à zéro, de telle sorte que la séquence ci-dessus décrite puisse se reproduire ainsi que la fonction qu'elle détermine. La résistance J à coefficient de température positif dont la présence facultative est destinée, en cas de "gas defect" à assurer la protection du convertisseur. En effet, lorsque les susdites cathodes sont connectées et que la lampe B n'est plus en état de s'amorçer, soit par absence de pression gazeuse dans l'enveloppe ou pour toute autre cause, le convertisseur n'etant pas chargé en sortie risque une destruction rapide du fait des impor tantes surtensions qui se produisent à vide: le condensateur D est alors parcouru par un courant très intense susceptible d'en entraîner la destruction. Ainsi, la CTP J, se trouvant traversée par un courant suffisamment élevé , s'échauffe et de ce fait, voit sa résistance croître très rapidement, ceci entraînant la réduction du courant traversant ledit condensateur.La puissance de sortie du convertisseur est limitée à la puissance dissipée par les cathodes et dans la CTP J et compte-tenu de l'inertie thermique de cette résistance, un régime d'équilibre, non destructif pour le convertisseur, s'établit. Selon une variante du dispositif, objet de l'invention, illustrée par la figure 2, ci-annexée, est représenté un exemple pratique de réalisation. Dans cet exemple de circuit, le moyen commutateur est constitué par un thyristor K de faible puissance monté en parallèle sur les bornes de la résistance G. La gâchette de ce thyristor est commandée par la cellule de temporisation constituée par le condensateur 0 associé à sa résistance de charge P et à l'élément à seuil M. Ainsi, à la mise sous tension du convertisseur, la résistance G limite; comme indiqué plus haut la puissance de sortie, pendant que la résistance P charge le condensateur 0. Dès que la tension entre les bornes de ce dernier a atteint le seuil de déclenchement de l'élément à seuil M, ce qui se produit avec une constante de temps correspondant au temps de pré-chauffage recherché, un courant est appliqué sur la gâchette dudit thyristor, ce qui déclenche ce dernier.La résistance G est alors court-circuitée, Vtm dudit thyristor près, et le convertisseur peut alors appliquer à la lampe fluorescente sa tension nominale de fonctionnement. Le condensateur L a pour rôle de lisser le courant que délivre l'élément à seuil M de façon à ce que le thyristor K conserve un état de conduction stable. La résistance N a pour fonction d'assurer la décharge du condensateur (; dès que le convertisseur est mis à l'arrêt, permettant ainsi de préparer un autre cycle de temporisation. Selon cette variante, le thyristor K pourrait être remplacé par un transistor Darlington ou FET ou toute autre composant dont le Vce sat peut être obtenu avec un faible courant de commande. Selon cette variante, il est possible de fournir le courant de pré-chauffage des cathodes C' et C", respectivement, par le moyen des deux enroulement à très basse tension E' et E", couplés à l'inductance E. I1 est bien évident que l'application des variantes décrites ci-dessus peut s'envisager pour l'association d'un nombre quelconque de lampes fluorescentes. Le dispositif, objet de l'invention, est simple à construire et bon marché. I1 permet de parfaitement assurer la fonction de pré-chauffage des cathodes d'une lampe fluorescente ainsi qu'éventuellement la fonction de sécurité en cas de "gas defect". Le dispositif, objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où l'on doit assurer le préchauffage de lampes fluorescentes alimentées à partir d'un ballast électronique faisant appel à un convertisseur équipé de transistors de découpage. Comme il va de soi, et comme il résulte, d'ailleurs, de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement aux modes d'application plus particulièrement envisagés, elle embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif de pré-chauffage des filaments cathodiques d'une lampe fluorescente alimentée par un convertisseur à fréquence élevée, dit "ballast électronique" équipé d'un ou plusieurs transistors bi-polaires de découpage, notamment à structure en pont complet ou en demi-pont symétrique ou asymétrique, caractérisé par le fait qu'une résistance G se trouve connectée en série avec l'électrode commune de l'un quelconque desdits transistors bi-polaires F' ou F", de telle sorte que la contre-réaction provoquée par ladite résistance sur le signal appliqué à l'électrode de commande du susdit transistor, limite la tension de sortie dudit convertisseur à une valeur sensiblement inférieure au potentiel d'ionisation de ladite lampe fluorescente B, tout en dissipant sur ses cathodes C' et C", une puissance suffisante pour les porter à leur température d'émission en un temps convenable, caractérisé par le fait que ladite résistance G est shuntée par un moyen commutateur H dont l'électrode de commande HE est contrôlée par le signal issu de la sortie IS d'un élément bi-stable de temporisation I, lequel, après la mise en fonctionnement dudit convertisseur, ne fournit qu'après un temps convenable, correspondant au pré-chauffage recherché, le susdit signal stable qui assure la fermeture du moyen commutateur H et, partant, le quasi court-circuitage de ladite résistance G, ce qui a pour conséquence de permettre audit convertisseur de fournir, après ledit temps convenable sa tension de sortie nominale qui assure alors l'amorçage de la lampe B et le maintien de son courant d'arc tant que ledit convertisseur demeure alimenté, caractérisé par le fait qu'après arrêt dudit convertisseur, la remise à zéro dudit temps convenable avant fourniture par l'élément de temporisation I du signal de commande du moyen commutateur H, soit assurée, ce afin que le cycle ainsi décrit puisse se reproduire à chaque mise sous tension dudit convertisseur. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le susdit moyen commutateur H est constitué par un thyristor ou un transistor Darlington K, dont l'électrode de commande est excitée, après mise son tension dudit convertisseur, après un temps convenable, par le circuit de temporisation comprenant le condensateur 0 associé à sa résistance de charge P et à l'élément à seuil M, un condensateur L connecté en parallèle sur l'espace électrode de commande/électrode commune dudit thyristor ou transistor Darlington K, assurant le lissage et la stabilité dudit signal de temporisation, la résistance N assurant la décharge du condensateur 0 après chaque arrêt dudit convertisseur afin de remettre à zéro la constante de temps de charge dudit circuit de temporisation pour l'opération suivante. 3. Dispositif selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisé par le fait qu'une résistance à coéfficient de température positif J est connectée en série avec le condensateur de sortie dudit convertisseur de telle sorte qu'en cas de "gas defect" imputable à la lampe fluorescente B, le courant intense traversant le circuit serie ainsi constitué échauffe ladite résistance J et provoque une augmentation importante de sa valeur ce qui a pour conséquence de limiter ledit courant, partant, d'éliminer tout risque de destruction dudit convertisseur du fait de l'absence d'une charge convenable connectée sur sa sortie.