Brevet FR2658974A1 — publié le 19910830

La présente invention a pour objet un dispositif d'alimentation de lampes à incandescence branchées en série, permettant d'obtenir un haut niveau de fiabilité de fonctionnement et une grande homogénéité lumineuse. L'utilisation des lampes à incandescence en environnement sévère, soit d'ordre mécanique (ambiance vibratoire), soit d'ordre électrique (surtensions dues à la source d'alimentation) ou dans des conditions d'installation particulières, pose souvent des problèmes de durée de vie trop limitée, et de manque d'homogénéité lumineuse. En dehors du renforcement des filaments ou de leur mode de maintien à l'intérieur des ampoules, ou du système de maintien de ces ampoules elles-mêmes, on est parfois conduit à utiliser des lampes fonctionnant sous des tensions moins élevées, donc des intensités de courant plus fortes afin d'avoir des filaments plus courts et plus robustes ; l'inconvénient correspondant est d'avoir à utiliser des sources de tension inhabituelles, et de devenir particulièrement tributaire des chutes de tension en ligne. On se heurte, en particulier lorsque les lampes consomment une forte intensité de courant, à une difficulté de non homogénéité des flux lumineux émis. Dans le cas courant du branchement des lampes en parallèle, si la longueur des connections entre l'alimentation électrique et les différentes lampes utilisées est sujette à de grands écarts dûs à la disposition géométrique et qu'une compensation par changement de section correspondante des conducteurs afin d'obtenir des résistances de ligne identiques s'averse peu commode à réaliser, on obtient des chutes de tension en ligne qui se traduisent par des inégalités de tension aux bornes des lampes. La quantité de lumière émise par une lampe à incandescence variant énormément avec la tension (plus que la puissance trois, sans filtre coloré), ces inégalités de tension aux bornes des différentes lampes provoquent des différences de flux lumineux qui peuvent atteindre des valeurs très importantes et qui viennent se superposer aux écarts que l'on constate déjà couramment d'une lampe à une autre pour un modèle donné. Pour pouvoir utiliser l'avantage de résistance mécanique présenté par les lampes basse tension, on peut aussi faire des branchements de lampes en série ; on bénéficie alors de l'avantage supplémentaire d'avoir une même intensité de courant qui traverse simultanément toutes les lampes et l'on n'a plus comme dispersion lumineuse que celle provenant des différences des lampes elles-mêmes ; cette solution "série" est donc intéressante dans le cas où l'on recherche des flux lumineux homogènes. Malgré ces avantages, cette solution est rarement utilisée car elle présente les inconvénients majeurs d'avoir l'ensemble du circuit en panne, en cas de panne d'une seule lampe, ou de survolter les autres lampes en cas de court-circuit total ou partiel de l'une d'elles. Par ailleurs, un inconvénient commun aux branchements parallèle ou série est que toutes les variations de tension de l'alimentation électrique se retrouvent plus ou moins au niveau des lampes ; toute génération susceptible d'émettre des transitoires ou des subtransitoires de tension élevés est nuisible pour la bonne tenue des lampes en endurance. Un autre inconvénient également commun à ces deux types de circuits est qu'au moment de la mise sous tension, il y a un fort appel de courant du à la faible résistance à froid des filaments ; cet appel de courant est non seulement nuisible pour les filaments, mais il nécessite un tarage beaucoup plus élevé que strictement nécessaire de certains composants ou systèmes de protection genre fusibles ou disjoncteurs que l'on peut être amené à incorporer dans le circuit général. Le but de notre invention est de résoudre simultanément tous les problèmes soulevés précédemment. (dessin voir figure 1). En présence d'un circuit réalisé par branchement en série de lampes "basse tension" (L1, L2, L3... Ln) (cette tension n'étant qu'une fraction seulement de la tension de l'alimentation utilisée A), circuit qui présente les avantages fondamentaux d'une meilleure endurance des lampes et de flux lumineux plus homogènes, notre invention consiste essentiellement en la combinaison des éléments fonctionnels suivants - un générateur (G) d'intensité de courant (I). Ce générateur de courant est, par définition, insensible ou peu sensible aux variations de tension de l'alimentation générale et à la charge de sortie. Il élimine donc toutes les surtensions brèves ou rapides provenant de l'alimentation générale. (Certains ouvrages techniques le dénomment aussi "générateur à courant constant", nous verrons plus loin pourquoi nous n'utilisons pas le terme "constant"). I1 résout le problème d'une ou plusieurs lampes en court-circuit, les lampes en état restant alimentées par l'intensité de courant choisie. I1 élimine la pointe de courant lors de la mise sous tension. - des shunts d'adaptation électroniques (S1, S2, S3,... S ) montés en dérivation sur chaque lampe (L1, L2, L3,... L ), et dont les caractéristiques de base sont les suivantes . lampe en état normal : le dispositif présente une impédance infinie ou très grande influençant au minimum le fonctionnement propre de la lampe. lampe filament cassé : le dispositif permet le passage du courant imposé par le générateur. Ces shunts resolvent donc le problème des lampes éventuellement en circuit ouvert (rupture filament, défaut de continuité électrique ou de mauvais montage). En complément au système décrit, on peut rajouter les perfectionnements suivants Le générateur d'intensité de courant peut être conçu de façon à donner une intensité prédéterminée à l'avance (par exemple intensité nominale des lampes ou plus ou moins en dessous de cette valeur pour améliorer encore leur longévité). Cette intensité peut aussi être pilotée ou modulée par un signal de référence (Ro) aboutissant comme paramètre d'entrée variable du générateur et qui provoque pour l'ensemble des lampes - soit une atténuation par paliers - soit une atténuation progressive - soit, dans des cas particuliers, une surintensité contrôlée - soit un asservissement linéaire ou non à toute autre fonction extérieure à ce circuit (par ex. : liaison avec un autre système d'éclairage, dépendance graduelle ou par tout ou rien d'un système photo-électrique) - soit un fonctionnement cyclique, programmé ou intermittent (clignotement, par ex.). (Ce sont ces différentes possibilités de fonctionnement à niveau variable qui ont motivé la non utilisation du terme "générateur à courant constant" dans la parenthèse relative au générateur). Dans le cas où l'on est amené à interrompre le courant pendant des périodes ou "créneaux bas", on améliore encore le système en maintenant un courant suffisamment faible pour ne pas allumer les lampes pendant ces créneaux éteints, mais cependant suffisant pour ne pas laisser refroidir totalement le filament, ce qui minimise les chocs thermiques qu'il doit endurer au moment du réallumage en améliorant ainsi sa durée de vie, et qui évite de trop perturber le "cycle de l'iode" dans le cas de lampes halogènes. Le principe même du générateur de courant peut cependant dans certains cas amener une difficulté ; si l'on utilise la possibilité d'avoir une commande d'atténuation permettant de descendre à de très faibles niveaux lumineux, l'intensité de courant correspondante est alors telle que le temps de chauffage du filament pour atteindre son équilibre devient relativement long, ce qui se traduit lors de la mise en marche par un temps de réponse de l'obtention du flux lumineux, qui peut être prohibitif dans certaines applications.(signal d'alarme, par exemple). On rajoute alors dans le générateur d'intensité un dispositif temporisé lui permettant de débiter une petite surintensité de courant de durée très brève correspondant seulement au temps de réchauffage du filament, mais n'influençant pas l'équilibre final de son niveau lumineux. En ce qui concerne les shunts d'adaptation, en plus de leur fonction de base (circuit ouvert ou fermé suivant que la lampe et son circuit sont en état de fonctionnement normal ou non), ils peuvent jouer des rôles complémentaires, soit d'une façon individuelle, soit par groupe de plusieurs, soit dans leur totalité, permettant d'obtenir, si besoin, des différences volontaires de fonctionnement entre les diverses lampes et/ou des combinaisons du genre mixage ou multiplexage. Contrairement au pilotage du générateur d'intensité qui se répercute sur la totalité des lampes, l'action des shunts d'adaptation peut s'exercer de façon individualisée ou partiellement groupée sans que leur fonctionnement particulier ait de répercussion sur les autres lampes de par le principe même du générateur de courant. Ces rôles complémentaires permettent ainsi de retrouver toutes les facilités que l'on aurait avec un montage habituel des lampes branchées en parallèle et que l'on aurait obtenu en insérant un élément de variation sur l'un des deux fils de raccordement. Pour pouvoir utiliser ces rôles complémentaires, un, certains ou la totalité des shunts d'adaptation comportent un circuit fonctionnel complémentaire dont la commande provient d'un signal de référence (R1, R2, R3...Rn). C'est ainsi que l'on peut, par exemple, ne conserver que certaines lampes du circuit en fonctionnement, en simulant un court-circuit de celles que l'on veut provisoirement éteindre. On peut aussi atténuer volontairement, par paliers ou progressivement, certaines lampes par rapport aux autres, en simulant une résistance de charge linéaire ou non en parallèle sur la lampe considérée, qui dérivera une partie plus ou moins importante du courant général. On peut, par le même type de simulation, utiliser des lampes de caractéristiques (tension, courant) différentes de leurs voisines. On peut, comme pour le générateur, faire des asservissements à d'autres fonctions extérieures, ou d'une façon cyclique, programmée ou intermittente. On peut encore faire assurer au shunt un écrétage qui ne permette à la ou aux lampes considérées, de ne pas fonctionner au delà d'un certain niveau lumineuse. On peut aussi faire en sorte que cet écrétage en tension se situe au voisinage de la tension nominale de service des lampes considérées de façon à constituer une sécurité de protection complémentaire. Nous avons supposé que le signal de référence pouvait provenir d'une commande extérieure, manuelle ou automatique ; si l'on désire que certains cas de fonctionnement subsistent de façon permanente dans l'ensemble du système, il suffit alors de créer le signal de commande à l'intérieur du système lui-même, soit dans le générateur si cela doit se répercuter sur l'ensemble des lampes, soit dans l'un, certains ou tous les shunts d'adaptation concernés. Tous les avantages présentés par le système décrit peuvent être exploités quel que soit le nombre de lampes, dans la limite où la somme de leurs tensions est compatible avec celle de l'alimentation et de la marge imposée par les caractéristiques du générateur. Le circuit peut donc ne comporter qu'une seule lampe dont la tension peut aussi n'être qu'une partie de celle de l'alimentation générale. Si la différence de tension entre l'alimentation et cette lampe conduit à une dissipation calorifique jugée trop importante pour le générateur, on peut compenser une partie plus ou moins importante de cette différence par une charge auxiliaire (C) qui peut n'être qu'une simple résistance, et qui est branchée en série avec le montage. Ce principe de charge auxiliaire est d'ailleurs tout a fait utilisable en cas de besoin, quel que soit le nombre de lampes. Une application pratique consiste à utiliser ce système pour l'éclairage de bord de poste pilote d'avion dans lequel on rencontre certaines conditions vibratoires, dans lequel l'alimentation électrique a une tension nominale d'environ 28 volts, susceptible de surtensions parasites importantes, dans lequel les longueurs des connections peuvent être très variables et difficiles à compenser et dans lequel on pourra alors utiliser des lampes beaucoup moins fragiles de 4 ou 6 volts par exemple à partir du système décrit qui possède tous les avantages fonctionnels pouvant contribuer à améliorer considérablement non seulement la fiabilité de ces lampes mais aussi l'homogénéité de l'éclairage de bord. REVENDICATIONS 1) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence branchées en série caractérisé en ce qu'il comporte les éléments fonctionnels suivants : - un générateur d'intensité de courant, - des shunts d'adaptation électroniques montés en dérivation sur chaque lampe, et dont les caractéristiques de base sont les suivantes - lampe en état normal : impédance très grande, - lampe filament cassé : permet le passage du courant imposé par le générateur. 2) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon reven dication 1 caractérisé par le fait qu'il comporte en plus une charge auxiliaire branchée en série et qui peut être constituée par une simple résistance. 3) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'intensité délivrée par le générateur d'intensité de courant peut être pilotée ou modulée par un signal de référence extérieur qui provoque pour l'ensemble des lampes une atténuation par paliers ou progressive ou une surintensité contrôlée ou un asservissement linéaire ou non à toute autre fonction extérieure à ce circuit et qui peut être cylique, programmé ou intermittent. 4) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur d'intensité de courant maintient un courant faible ne laissant pas refroidir totalement les filaments lorsqu'on est amené à interrompre le courant pendant des périodes ou "créneaux bas". 5) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 3, caractérisé en ce que le générateur d'intensité de courant comporte un dispositif temporisé laissant débiter une petite surintensité de courant de durée très brève correspondant au temps de chauffage des filaments, dans les cas où l'on utilise la possibilité d'avoir une commande d'atténuation permettant de descendre à de très faibles niveaux lumineux et que lton veut réduire le délai de réponse au moment de l'allumage. 6) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 1, caractérisé en cell'un, certains ou tous les shunts d'adaptation électroniques comportent un circuit complémentaire dont la commande provient d'un signal de référence extérieur et qui coupe, atténue par paliers ou de façon progressive, le niveau de fonctionnement des lampes concernées. i 7) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'un, certains ou tous les shunts d'adaptation électroniques comportent un circuit complémentaire qui asservit le fonctionnement des lampes concernées à toute autre fonction extérieure à ce circuit et qui peut être acyclique, programmée ou intermittente. 8) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un ou plusieurs des shunts d'adaptation électroniques comportent une résistance de charge linéaire ou non permettant le montage d'une ou plusieurs lampes de caractéristiques courant/tension différentes. 9) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'un, plusieurs ou tous les shunts d'adaptation électroniques comportent un dispositif d'écrétage limitant le niveau lumineux ou assurant une sécurité de fonctionnement complémentaire. 10) Dispositif d'alimentation de lampes à incandescence selon les revendications 3, 6 et 7 caractérisé en ce que les signaux de référence peuvent être générés au sein même du générateur d'intensité de courant ou des shunts d'adaptation électroniques considérés.