Brevet FR2696311A1 — publié le 19940401

La présente invention concerne les dispositifs électroniques propres à alimenter les lampes fluorescentes a partir d'un réseau de distribution électrique. Beaucoup de dispositifs ont été developpes a cette fin. Ils répondent aux 3 catégories décrites ci-apres, ainsi que leurs inconvénients. La premiere catégorie de ces appareils offre des caractéristiques convenables tant en ce qui concerne le courant secteur qui répond aux normes internationales, qu en ce qui concerne le courant applique a la lampe fluorescente ; cependant, ce type d'appareil présente des inconvénients comme le volume et le cout, facteurs le rendant inutilisable notamment dans la fabrication d'une lampe fluorescente jetable. La seconde categorie de ces appareils offre un coût de revient compatible avec lesdites lampes fluorescentes jetables tout en délivrant un courant lampe convenable. Mais ce type d'appareil présente un inconvénient majeur concernant le courant pris au réseau qui ne respecte pas les prescriptions édictées par les normes internationales. La troisième catégorie de ces appareils présente un faible volume et un cout de revient réduit tout en satisfaisant aux normes pour ce qui concerne le courant pris sur le réseau, mais un inconvénient important : le courant appliqué a la lampe fluorescente est affecté d'un taux de modulation très élevé qui réduit la durée de vie de la lampe et produit un effet stroboscopique inacceptable. Le premier de ces dispositifs comprend un filtre actif qui assure la correction du courant pris sur le réseau, ceci déterminant le volume et le cout de revient. Le second de ces dispositifs ne possède aucun filtre de correction du courant pris au réseau, ce qui implique pour ce courant un taux élevé d'harmoniques, un facteur de crete inacceptable et un facteur de puissance très bas. Le second de ces dispositifs n'utilise pas de condensateur de lissage pour filtrer le secteur redressé ce qui assure de bonnes caractéristiques au courant pris sur le secteur, mais en contrepartie, un rendement mediocre du convertisseur et une modulation maximale de l'enveloppe du courant fourni a la lampe Le dispositif selon l'invention permet de remedier a ces inconvénients. Selon un mode général de réalisation, ce dispositif comprend un auto-oscillateur en pont de structure classique faisant appel d'une part a une branche active comprenant 2 transistors montés en série et d'autre part a une branche passive comprenant 2 condensateurs montés en série. A partir du circuit a fréquence elevée connecté entre les points milieu des susdites branches du pont autooscillateur est prélevée l'énergie assurant la conduction alternée cyclique desdits transistors et l'énergie de sortie appliquée entre les électrodes de la lampe fluorescente. Un condensateur de découplage connecté entre les bornes communes polarisées du pont auto-oscillateur est chargé par 2 ponts redresseurs dont les sorties polarisées, convenablement orientées, sont montées en serie, l'entrée non-polarisee du premier étant connectée sur le réseau alors que l'entrée non-polarisee du second est chargée sous une tension à fréquence élevee récupérée sur le susdit circuit connecté entre les points milieu desdites branches du pont auto-oscillateur.Cette dernière tension est obtenue grâce a la réactance suffisamment importante offerte par les susdits condensateurs formant la branche passive du pont auto-oscillateur. Cette tension, est appliquée, via un condensateur d'isolation galvanique, au pont redresseur indiqué plus haut. Le point commun aux susdits ponts redresseurs est découplé par un condensateur dont une borne est reliée a l'une des bornes communes polarisées du pont auto-oscillateur.Entre les bornes de ce condensateur se développe une tension alternative en phase avec celle du secteur redressé et ayant une amplitude maximale sensiblement égale, ceci assurant une compensation quasiment parfaite du courant pris sur le réseau, alors que la tension aux bornes du susdit condensateur de découplage des bornes communes polarisées de 1 'auto-oscillateur demeure sensiblement constante. Dans ces conditions, l'enveloppe du courant de sortie appliqué entre les électrodes de la lampe fluorescente demeure, elle-aussi, sensiblement constante, ce qui se traduit par l'émission d'un flux lumineux sans effet stroboscopique sensible. Ce dispositif assure donc la fonction recherchée, courant pris sur le réseau satisfaisant les prescriptions édictées par les normes en pareille matière et faible taux de modulation du courant appliqué entre les electrodes de la lampe fluorescente. En outre, ce dispositif permet de réaliser a faible coût de revient un produit de volume très réduit. Ce dispositif est applicable à la construction de modules électroniques jetables destinés a alimenter les lampes fluorescentes dites "compactes", les luminaires monoblocs dits "brights-sticks", les luminaires standards a une ou plusieurs lampes fluorescentes. La figure 1, ci-annexée, illustre un mode de réalisation particulier du dispositif selon l'invention. Cette réalisation, conforme à ce qui a été décrit plus haut, comprend un pont auto-oscillateur composé d'une première branche active constituée par les transistors la et lb connectés en série, d'autre part d'une branche passive constituée par les condensateurs 16a et 16b connectés en série. Les bornes communes polarisées de ce pont auto-oscillateur sont reliées aux bornes du condensateur de découplage 14 lequel est charge par les sorties polarisées, connectés en serie, de deux ponts redresseurs, le premier pont 13 a son entrée non-polarisêe chargée par le secteur à travers l'inductance de déparasitage 9, tandis que le second pont, constitué par les diodes 17a et 17b convenablement polarisées, a son entrée non polarisée chargée par une tension récupérée à fréquence élevée transmise par le condensateur d'isolation galvanique 15. Ladite tension récupérée à fréquence élevée est prélevée sur le point milieu de la susdite branche passive du pont oscillateur. Entre le point milieu de cette branche passive et l'autre point milieu appartenant à la susdite branche active, est connecte un circuit à fréquence élevée sur lequel l'on prélève, d'une part l'énergie assurant la commande de la conduction cyclique alternée des transistors la et lb et d'autre part l'énergie de sortie appliquée à la lampe fluorescente 19.Afin d'appliquer une tension d'amplitude convenable à l'entrée non polarisée du pont doubleur comprenant les diodes 17a et 17b, la somme des réactances des condensateurs 16a et 16b est déterminée de telle sorte que la somme des courants traversant lesdits condensateurs développe entre leur point milieu commun et l'une desdites bornes polarisées communes, l'amplitude de tension recherchée. L'intégration de cette tension à fréquence élevée ainsi redressée, s'opère entre les bornes du condensateur 18 sous la forme d'une tension alternative à basse fréquence dont l'amplitude de crète sera sensiblement égale à l'amplitude de crète de la tension secteur redressée par le pont redresseur 13. Selon cette réalisation du dispositif, objet de l'invention, le susdit circuit à haute fréquence est un circuit série comprenant l'inductance 20, le condensateur 4 connecte en parallèle à la lampe fluorescente 19 via les cathodes émissives de cette dernière dont il assure le chauffage et le primaire 7b du transformateur de commande 7 dont les primaires 7a et 7c, convenablement orientés, commandent respectivement la conduction cyclique alternée des transistors la et lb. Les circuits parallèles comprenant respectivement les résistances 2a et 2b ainsi que les diodes 3a et 3b ont pour rle de mettre en forme le courant de commande desdits transistors afin de minimiser les pertes à la commutation. Les diodes 5a et 5b assurent la double circulation du courant alternatif à fréquence élevée entre le point milieu de ladite branche active de 1 'auto-oscillateur et ses bornes communes polarisées. L'initiation du fonctionnement de l'autooscillateur est assurée par un circuit classique de déclenchement comprenant la résistance 6, le condensateur 12, le diac 11 et la diode d'inhibition 10. A la mise sous tension de ce dispositif, le condensateur 14 se charge sous une tension sensiblement continue et sensiblement égale à la tension de crète du secteur applique entre les bornes A et 8, ceci, d'une part grâce au courant redressé par le pont 13 et d'autre part grâce à la tension additionnelle développée entre les bornes du condensateur 18. Dans ces conditions, le courant secteur redressé par le pont 13 est compense par le courant redresse par les ponts de diodes 17a et 17b, il affecte donc une enveloppe sensiblement sinusoïdale en phase avec la tension secteur. Du fait que la tension entre les bornes du condensateur 14 soit sensiblement continue, l'enveloppe de la tension de sortie à fréquence élevée demeure, elle aussi, sensiblement continue, ceci correspondant à un faible taux de modulation du courant traversant la lampe fluorescente 19, laquelle, partant, produira un flux lumineux ne présentant qu'un effet stroboscopique négligeable. En regard de ce résultat, le courant pris sur le reseau, présente un taux d'harmoniques très réduit, un facteur de crète proche de 1,414 et un facteur de puissance approchant 1 'unité. La figure 2, ci-annexée, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce dernier cas, le condensateur 4 n'assure plus le chauffage des cathodes de la lampe 19, mais est connecté simplement en parallèle avec la lampe 19. Le chauffage desdites cathodes est assuré selon le mode dit "rapid-start" par le moyen d'un enroulement secondaire 20b couple à l'inductance 20 dont il est isolé galvaniquement, et par un second enroulement secondaire 20a qui peut être formé à partir d'une prise effectuée sur la sortie de l'inductance principale 20. Le reste du circuit reste conforme au mode de réalisation décrit plus haut La figure 3, ci-annexée, illustre un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Dans ce dernier cas, l'énergie de sortie appliquée à la lampe fluorescente 19 l'est non plus comme dans les exemples précédents utilisant le mode "energy transfer", mais selon le mode "voltage transfer" qui fait appel à un transformateur 23 dont le primaire 23c est, seul, connecté dans le circuit à fréquence élevée monté entre les points milieu des deux branches du pont auto-oscillateur. Un enroulement secondaire 23d isolant galvaniquement la lampe 19 du reste du circuit, fournit à cette dernière son énergie de fonctionnement. Les enroulements secondaires de chauffage cathodique 23e et 23f assurent le fonctionnement de ladite lampe selon le mode "rapid-start". Un condensateur 4, facultatif, est connecte en parallèle avec la lampe 19. Il est évident que dans ce dernier cas, il est possible de remplacer le chauffage assuré par les enroulements 23e et 23f par le chauffage provoqué par le courant traversant le condensateur 4 connecté en série avec les cathodes de la lampe 19, comme décrit par la figure 1. Selon ce mode de réalisation, la somme des réactances unitaires propres aux condensateurs 16a et 16b est remplacée par la réactance du condensateur unique 16, laquelle produit les mêmes effets. La figure 4, ci-annexee, illustre un mode de réalisation conforme aux modes décrits plus haut, mais s'en différencie par le mode de commande de la conduction cyclique alternée des transistors la et lb qui ne fait plus appel à un transformateur de commande indépendant mais aux deux enroulements secondaires 23a et 23b couples au transformateur 23. Ces enroulements convenablement orientes remplissent la même fonction que les enroulements 7a et 7b, décrits plus haut. En outre, ce circuit se différencie des circuits decrits plus haut, par le mode de declenchement de l'autooscillateur qui est constitué par le circuit série comprenant l'élément à seuil de tension 21 monte en série avec le condensateur 22, lequel circuit série est connecté entre les bornes polarisées communes de I 'auto-oscillateur à travers l'espace base émetteur du transistor lb ou à travers l'enroulement de commande 23b. Enfin, ce circuit se différencie des précédents par la résistance à coefficient de température positif 8 connectée en parallèle avec le condensateur 18, son rôle étant de limiter, à la mise sous tension du dispositif, la tension aux bornes du condensateur 14, tant que la lampe 19 ne s'est pas amorcée, ceci se produisant seulement apres un temps convenable de pré-chauffage des cathodes. Cette résistance CTP 8 pourrait aussi être connectée en parallèle avec le condensateur 16 et fonctionnerait dans ce cas, en courant alternatif. La figure 5, ci-annexee, illustre un dernier mode de réalisation selon l'invention. Le dispositif décrit ici représente l'application de l'invention à des ballasts électroniques propres à remplir toutes les fonctions requises, sécurité en cas de désactivation des lampes, régulation du courant lampe en cas de variation de la tension secteur, sécurité en cas de sur-tension accidentelle du secteur, etc... La premiere différence entre les circuits décrits précédemment, concerne le remplacement des diodes 17a et 17b par l'usage d'une moitié du pont redresseur 17, l'autre moitie de ce pont ayant son entrée non polarisée connectée à la sortie de l'inductance 20, commune à l'une des bornes de la lampe 19, par le moyen du condensateur de faible valeur 37. Cette disposition assurant une mise en forme avantageuse de la tension alternative disponible entre les bornes du condensateur 18. Une autre différence concerne l'enroulement primaire de l'inductance 20 qui est bobinée ici en bifilaire correspondant aux deux enroulements 20d et 20e dont les entres sont connectés respectivement aux bornes de la résistance 38, elle-même connectée en série avec les transistors la et lb alors que les sorties dudit enroulement bi-filaîre sont reliées ensemble et connectées à 1 'une des bornes de la lampe 19. Ce montage particulier, associé à la résistance 38 assure la suppression des surcourants qui traversent les transistors lors des commutations opérées par ceux-ci. Une autre différence avec les circuits précédents concerne le pont diviseur de réactance comprenant le condensateur 24 associe au condensateur 15. Dans ce montage, le condensateur 24 prélève une fraction de la tension à fréquence élevée developpée entre les bornes du condensateur 16 pour la reappliquer, apres redressement par les diodes 25a et 25b convenablement orientées, sur les bornes du condensateur 14. Dans ces conditions, il est possible de limiter, en tous cas, la tension de crète entre les bornes du condensateur 18 à une valeur sensiblement égale à la tension de crète du secteur, malgré d'éventuelles variations d' impédance de la lampe 19. Une autre difference avec les circuits précédents concerne le semi-conducteur 33 monté en parallèle avec le condensateur 16 et dont la conduction instantanée est commande par l'élément à seuil 34. La tension de basculement de ce dernier est prélevée sur le potentiomètre 35 ou un pont résistif dont l'entrez E est connectée à une borne présentant une tension de référence, telle que la borne I, la borne H ou la borne de sortie G d'un enroulement 20g couplé à l'inductance 20. Ce montage permet d'asservir la puissance appliquée à la lampe 19 à une valeur moyenne pre-tablie, sans pour autant altérer le facteur de puissance du courant pris sur le réseau par le dispositif. Une autre différence avec les circuits précédents concerne une sécurité permettant d'inhiber le fonctionnement de 1 'auto-oscillateur en cas de problème affectant la charge de sortie, notamment en cas de désactivation de la lampe 19. Ce circuit comprend le semi-conducteur 27, associé à la diode 26 convenablement polarisée, dont la mise en conduction est provoquée par l'élément à seuil de tension 28 associé au condensateur 30 et au pont des résistances 31 et 32 dont l'entrè F est connectee à 1 'une des bornes H, I, etc... porteuse de la tension de référence. De cette manière, dès que cette tension de reference outrepasse un seuil prédéterminé, la mise en conduction du semiconducteur 27 s' opère et, dérivant une alternance circulant dans le susdit circuit à fréquence élevée, inhibe de manière stable le fonctionnement de 1 'auto-oscillateur lequel ne pourra repartir qu'après avoir déconnecté et reconnecté le secteur entre les prises A et B, ceci permettant au circuit de déclenchement de fournir une nouvelle impulsion de déclenchement. La même fonction peut être assurée par le semiconducteur 27 en effectuant sa connexion en d'autres points du circuit à fréquence élevée ainsi qu'au circuit de commande de 1 'un des transistors la ou lb. Une autre différence avec les circuits précédents concerne le filtre de déparasitage 9 qui dans le cas présent n'est plus connecté dans le circuit d'entrée non polarisé du pont redresseur 13, mais dans son circuit de sortie polarisé ce qui a pour effet de renforcer le filtrage à fréquence élevée opéré par le condensateur 18. La derniere différence avec les circuits précédentes concerne la commande de la conduction cyclique alternée des transistors la et lb, qui dans cet exemple de réalisation utilisant le mode "energy transfer", est assurée par les enroulements 20c et 20f couplés à l'inductance 20. Le dispositif selon l'invention, tel qu'il vient d'être décrit permet la réalisation de ballasts électroniques propres à équiper des luminaires fluorescents, jetables ou non, ceci pour un cout de revient modique, un faible volume et conformes aux normes internationales relatives au courant pris sur le réseau. 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 alimenté par le réseau de distribution électrique comprenant un auto-oscillateur à fréquence élevée affectant une structure en pont comportant une première branche active dotée des transistors la et lb montes en série et d'une branche passive dotée des condensateurs 16a et 16b montés en série, les bornes communes polarisées dudit pont étant découplées par un condensateur 14 lequel est chargé en continu par un circuit série comprenant le circuit de sortie polarisé d'un premier pont redresseur dont le circuit d'entrée non polarisé est connecté audit réseau et comprenant la sortie polarisée d'un second pont redresseur dont le circuit d'entrée non polarisé est charge par une tension d'amplitude convenable prélevée sur l'énergie à fréquence élevée convertie par ledit auto-oscillateur, ce dispositif etant destiné à l'alimentation des lampes fluorescentes, caractérisé par le fait qu'en choisissant convenablement la valeur de la somme des réactances propres aux condensateurs 16a et 16b à la fréquence moyenne de fonctionnement de I 'auto-oscillateur, ceci permettant de développer entre le point milieu de la susdite branche passive et l'une des bornes communes polarisées de 1 'auto-oscillateur une tension à fréquence elevée laquelle est appliquée au circuit d'entrée non polarisé dudit second pont redresseur comprenant les diodes 17a et 17b convenablement polarisées, ceci permettant d'obtenir entre les bornes du condensateur de découplage à fréquence élevée 18 une tension à basse frequence d'amplitude maximale sensiblement egale à la tension de crète fournie par ledit réseau, ceci ayant pour effet de compenser le courant secteur redresse chargeant le condensateur de découplage 14, l'énergie d'alimentation de la susdite lampe fluorescente 19 etant prélevée sur le circuit de sortie à frequence élevée selon le mode "energy transfer" ou le mode "voltage transfer". 2. Dispositif selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que les condensateurs 16a et 16b sont remplacés par un condensateur unique 16 connecté à l'une des bornes communes polarisees de l'auto-oscillateur ce condensateur offrant une reactance égale à la somme des réactances des deux premiers. 3. Dispositif selon les Revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la lampe fluorescente 19 connectée en parallèle avec le condensateur 4 est montee en série avec l'inductance 20. 4. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la lampe fluorescente 19 est connectée entre les bornes d'un enroulement secondaire 23d appartenant au transformateur d'isolation 23 dont le primaire est connecté entre la branche active et la branche passive du pont auto-oscillateur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la commande de la conduction cyclique alternée des transistors la et lb est assuree par les enroulements 7 a et 7b du transformateur de commande 7 dont le primaire est connecté en serie avec l'inductance 20 ou avec le primaire 23c du transformateur 23. 6. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la commande cyclique alternée de la conduction des transistors la et lb est assurée par les enroulements 20c et 20f ou les enroulements 23 a et 23b respectivement couplés à l'inductance 20 et au transformateur 23. 7. Dispositif selon la Revendication 5, caractérisé par le fait que le chauffage des cathodes de la lampe fluorescente 19 est assure par les enroulements secondaires 20a et 20b couples à l'inductance 20. 8. Dispositif selon la Revendication 6, caractérisé par le fait que le chauffage des cathodes de la lampe fluorescente 19 est assure par les enroulements secondaires 23e et 23f couplés au transformateur 23. 9. Dispositif selon lune quelconque des Revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que le condensateur 18 est shunte par une résistance à coefficient de température positif 8 destinée à limiter la surtension entre les bornes du condensateur 14, au démarrage du dispositif. 10. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que le circuit de déclenchement de l'autooscillateur est constitué par le circuit serie comprenant un élément à seuil de tension 21 et un condensateur 22, ce circuit serie étant connecté entre les bornes polarisées communes de l'auto-oscillateur à travers l'espace base-emetteur du transistor lb ou à travers l'enroulement de commande de ce transistor. 11. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'un condensateur d'isolation galvanique 15 est monté en série avec le circuit à fréquence élevee connecte entre le point milieu de la susdite branche active et le point milieu de la susdite branche passive. 12. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 11, caractérise par le fait qu'entre l'espace base-emetteur de chaque transistor la et lb et l'enroulement de commande y relatif, est connecté en série un circuit parallèle comprenant respectivement d'une part la résistance 2a et la diode 3a et d'autre part la résistance 2b et la diode 3B, lesdites diodes etant polarisées de telle sorte que les pertes en commutation desdits transistors soient limitées. 13. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 12, caractérisé par le fait qu'un condensateur 24 dont la réactance est combinee avec celle du condensateur 15 de telle manière que l'amplitude maximale de la tension développée entre les bornes du condensateur 18 n'excède pas la tension de crète du secteur, ledit condensateur 24 étant connecté au pont des diodes 25a et 25b, convenablement polarisées, lesquelles permettent une restitution de l'énergie en cause entre les bornes du condensateur 14. 14. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 13, caractérise par le fait que l'enroulement de l'inductance 20 ou que le primaire du transformateur 23 est bobiné en bi-filaire dont les entrées sont connectées respectivement à chaque borne d'une resistance 38 elle-même montée en série avec les transistors la et lb, ses sorties s'effectuant sur une sortie unique reliée au susdit circuit de sortie à fréquence élevée. 15. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 14, caractérise par le fait que les diodes 17a et 17b sont remplacées par la moitie du pont redresseur 17, l'autre moitié dudit pont étant charge par le condensateur 37 dont la borne libre est connectée à la borne commune à la lampe 19 et à l'inductance 20. 16. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 15, caractérisé par le fait qu'un semi-conducteur 33 connecte entre les bornes du condensateur 16b ou du condensateur 16, peut annuler temporairement la tension existant entre leurs bornes, ce sous l'action d'un dispositif sensible à l'élévation d'une tension du circuit prise pour référence. 17. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 16, caractérisé par le fait qu'un semi-conducteur 27 connecte entre la sortie de l'inductance 20 ou la sortie du primaire du transformateur 23 et la borne commune polarisee de l'auto-oscillateur, permettent d'inhiber de manière stable le fonctionnement de lbauto-oscillateur par le moyen d'un dispositif sensible à l'élévation d'une tension du circuit prise pour référence. 18. Dispositif selon l'une quelconque des Revendications 1 à 17, ca racter i se par le fait que l'inductance de déparasitage à frequence élevée 9 est connectée en série avec le circuit de sortie polarise du pont redresseur secteur 13.