Brevet FR2707448A1 — publié le 19950113

GENERATEUR D'ALIMENTATION ELECTRIOUE D'UNE LAMPE A ARC L'invention concerne un générateur d'alimentation électrique pour une lampe du type à arc. Par générateur, on entend également un dispositif susceptible de faire varier l'intensité du courant électrique, et partant la puissance traversant cette lampe. A ce jour, on connaît différents types de dispositif-variateur de l'intensité du courant électrique dans une lampe. Outre les traditionnels gradateurs à triac ou à thyristors, fonctionnant selon le principe du hachage de la sinusoïde du courant alternatif distribué, on connaît également des dispositifs intégrant un circuit générant une tension à fréquence élevée, typiquement plusieurs dizaines de kilohertz, couplé magnétiquement à un circuit secondaire intégrant la lampe dont on désire faire varier l'intensité. De tels circuits ont été représentés à titre d'art antérieur sur les figures 1 et 2 de la présente demande. Le circuit primaire (1) d'un tel dispositif comporte un circuit résonant (7), monté en série aux bornes d'un pont redresseur de tension (4), lui-même monté aux bornes (5) et (6) du secteur d'alimentation électrique. Le circuit résonant (7) intègre au moins une inductance en série avec un transformateur T, l'ensemble étant en parallèle avec un condensateur C. Les caractéristiques des composants L et C sont choisis de telle sorte qu'à la fréquence de fonctionnement, le circuit (7) ainsi constitué entre en résonance. Parallèlement, un interrupteur du type rapide I, notamment un interrupteur haute fréquence du type transistor ou transistor IGBT ou transistor MOS, est monté en série avec le circuit résonant (7). Le circuit secondaire (2) intègre en série la lampe (3), dont on désire faire varier la luminosité. Ce circuit secondaire est couplé magnétiquement au circuit primaire (1), par le biais de l'enroulement secondaire du transformateur T. La variation d'énergie dans la lampe (3) est obtenue en modulant la durée de fermeture de l'interrupteur I. De fait, plus longue est cette durée de fermeture et plus importante est l'énergie transmise à la lampe par le biais du couplage magnétique opéré par le transformateur T. Par ailleurs, ce transformateur T peut être remplacé par deux inductances, l'une constituant le primaire au niveau du circuit primaire (1), et l'autre constituant le secondaire au niveau du circuit secondaire (2), le couplage magnétique s'effectuant alors dans l'air ou dans tout milieu de perméabilité magnétique égale à 1. Dans la figure 2, le circuit électrique correspond à un circuit dit "en demi-pont", et comporte deux interrupteurs Il et I2, du type de ceux précédemment décrits, et deux condensateurs C1 et C2, entre lesquels est disposé un circuit résonant en série constitué par une inductance L et un transformateur T, dont le secondaire est monté en série avec la lampe (3). L'impédance ramenée au primaire, fonction du rapport de transformation du transformateur T, est une résistance qui amortie le circuit résonant décrit. Comme dans le cas précédent, l'importance de l'énergie transmise à la lampe est directement dépendante de la durée de fermeture des interrupteurs Il et I2. Si ces dispositifs sont particulièrement bien adaptés pour des lampes du type traditionnel, c'est à dire à filaments (à incandescence à gaz interne) ou à halogène, en revanche, ils ne fonctionnent pas pour des lampes du type à arc. En effet, de manière connue, pour créer l'arc dans ce type de lampe, il est nécessaire de soumettre ladite lampe à une tension beaucoup plus élevée que sa tension de fonctionnement normale, et typiquement de un à plusieurs kilovolts par rapport à une tension de maintien de l'arc, de 100 volts par exemple. De la sorte, le même circuit secondaire ne peut simultanément, comptetenu de ces écarts importants au niveau de la tension, fournir la tension d'amorçage de l'arc, et une fois l'arc amorcé, limiter le courant de l'arc pour éviter la destruction de la lampe. En outre, quand bien même techniquement ce montage serait réalisable, notamment en rajoutant en série avec la lampe une impédance de limitation de courant de l'arc (balast à inductance ou résistance), dès lors que l'on désire faire varier l'énergie en fonction de la luminosité souhaitée, l'arc risque de se désamorcer. De fait, on risque de voir apparaître un clignotement correspondant tout d'abord à l'extinction de l'arc, et partant une disparition du courant secondaire. En conséquence, la tension aux bornes de la lampe remonte et l'arc se réamorce, puis une nouvelle chute de tension dûe au balast réapparait avec une nouvelle extinction de l'arc etc... En d'autres termes, les dispositifs disponibles à ce jour ne permettaient pas de faire varier de manière efficace l'intensité dans une lampe à arc sans induire son clignotement. L'objet de l'invention est de proposer un générateur d'alimentation haute fréquence d'une lampe à arc, s'affranchissant de tous les inconvénients rappelés ci-dessus et de mise en oeuvre tout aussi aisée. Ce générateur d'alimentation électrique haute fréquence d'une lampe à arc comprend: - un circuit primaire branché aux bornes du secteur d'alimentation électrique et intégrant un inducteur électromagnétique; un circuit secondaire comprenant en série la lampe à arc et un capteur électromagnétique permettant d'assurer un couplage magnétique avec le circuit primaire à haute fréquence. Selon l'invention, ce générateur se caractérise en ce que le circuit secondaire est constitué de deux circuits électriques montés en parallèle aux bornes de la lampe, chacun des deux circuits intégrant un capteur électromagnétique couplé avec l'inducteur électromagnétique du circuit primaire. En d'autres termes, l'invention consiste à scinder le capteur électromagnétique du circuit secondaire en deux, à conférer à ces deux parties des caractéristiques électriques différentes, et à monter en série aux bornes de chacune de ces deux parties, un circuit propre, de telle sorte à générer deux tensions distinctes, respectivement une tension d'amorçage de l'arc et une tension de maintien en fonctionnement dudit arc. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les deux circuits en parallèle du secondaire intègrent une diode dirigée passante vers la lampe afin d'éviter de mettre en parallèle les deux capteurs magnétiques. Selon une première forme de réalisation de l'invention, l'inducteur électromagnétique du circuit primaire est constitué par l'enroulement primaire d'un transformateur, et les deux capteurs électromagnétiques du circuit secondaire sont constitués de deux enroulements secondaires indépendants. Dans une autre forme de réalisation de l'invention, les capteurs et l'inducteur électromagnétiques sont constitués par des selfsinductances, le couplage magnétique des deux circuits primaire et secondaire s'effectuant dans l'air, ou dans un milieu de perméabilité magnétique égale à 1, en l'absence de tout circuit magnétique, tel que par exemple noyau de fer doux, ferrite ou dispositif analogue d'un transformateur. Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le circuit pri- maire comporte un pont redresseur de tension branché aux bornes du secteur d'alimentation électrique, auquel sont montés en série d'une part, au moins un interrupteur rapide,et d'autre part, un circuit résonant paral- lèle, comprenant en parallèle un transformateur et une inductance d'une part, et un condensateur d'autre part, dans le cadre d'un couplage magné- tique par transformateur, ou une seule inductance montée en parallèle avec un condensateur dans le cadre du couplage magnétique dans l'air. Avantageusement, le circuit primaire comporte en parallèle avec le circuit résonant et l'interrupteur rapide, un condensateur, destiné à filtrer les composantes haute fréquence du courant d'alimentation par induction et ainsi, éviter tout risque de transfert de ces composantes sur le secteur d'alimentation électrique. Dans une variante de l'invention, l'un des circuits du secondaire comporte en série avec l'enroulement destiné à assurer l'alimentation en courant de la lampe, et notamment le maintien de l'arc, et en lieu et place de l'une des diodes, un pont redresseur haute fréquence. La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent donnés à titre indicatif et non limitatif à l'appui des figures annexées. Les figures 1 et 2, ainsi que déjà dit, correspondent à des schémas électriques de l'art antérieur destinés aux lampes à incandescence du type classique ou lampe à halogène. La figure 3 est une représentation schématique du circuit électrique conforme à l'une des formes de réalisation de l'invention. Les figures 4, 5, 6 et 7 sont des représentations schématiques de circuits électriques d'autre formes de réalisation de l'invention. Selon l'invention et en référence avec la figure 3, le circuit primaire (1) branché sur le secteur d'alimentation électrique, typiquement 230 volts 50 Hertz, est du type de celui décrit dans la demande antérieure déposée par le Demandeur n 92.01900, non encore publiée à ce jour. Comme déjà mentionné en liaison avec les figures 1 et 2, ce circuit primaire (1) comporte, branché aux bornes (5) et (6) de l'alimentation alternative sinusoïdale, un pont redresseur (4) comportant de manière connue quatre diodes montées de telle sorte à redresser le courant en sortie du pont. On monte en série sur ce pont redresseur (4) un circuit résonant bouchon (7), constitué dans le cadre de la figure 3, d'une part d'une inductance L montée en série avec le primaire d'un transformateur T, et d'autre part un condensateur C monté en parallèle avec L et T, puis un interrupteur rapide I, typiquement constitué par un transistor bipolaire, ou de technologie MOS ou encore IGBT, bien connu pour son application en fermeture et ouverture rapide d'un circuit électrique. Il ne sera pas décrit davantage le fonctionnement de l'interrupteur rapide, si ce n'est que la commande d'un tel interrupteur est effectuée au moyen d'un circuit indépendant monostable, couramment dénommé dans le domaine considéré par l'expression anglaise TIMER, lui-même étant sous la dépendance d'un circuit de synchronisation destiné à détecter la variation d'une grandeur physique, et dans le cas d'espèce à détecter le passage à zéro de la tension aux bornes de l'interrupteur I, induisant alors par le biais du circuit monostable la fermeture de ce dernier. La durée de fermeture de l'interrupteur I est réglée au moyen d'un circuit de commande, qui gère en fait la durée de fonctionnement du circuit monostable. De fait, un tel circuit délivre au niveau du transformateur T, ou en liaison avec la figure 4 de la seule inductance L', un courant quasi- sinusoïdal dont la fréquence est liée à la fréquence propre du circuit oscillant (7), et de la durée de fermeture pendant laquelle la tension aux bornes de l'interrupteur I est nulle. On a représenté dans la figure 4, un schéma électrique analogue à celui de la figure 3, mais dans lequel, l'enroulement primaire du transformateur T est remplacé par une inductance L'. Dans ce cas, l'inductance L montée en série avec l'enroulement primaire du transformateur T de la figure 3 n'est plus nécessaire. Le circuit secondaire est constitué en fait de deux circuits montés en parallèle, respectivement (10) et (11), chacun de ces circuits étant couplé par le biais d'un enroulement secondaire respectivement E2 et E1 du transformateur T, au circuit primaire. Parallèlement, chacun des circuits (10) et (11) comporte une diode, respectivement D2 et D1, montées passantes en parallèle aux bornes de la lampe à arc (12). En d'autres termes, les deux enroulements secondaires E1 et E2 ont une borne commune A, qui constitue également l'une des bornes de la lampe (12). L'enroulement E2 est destiné à fournir entre ses bornes A et C une tension à vide de un à plusieurs kilovolts, bien supérieure à celle nécessaire pour amorcer l'arc dans la lampe (12). Cet enroulement E2 est réalisé avec du fil fin, présentant une impédance élevée, de sorte qu'il n'est pas capable en lui-même de fournir le courant nécessaire à l'entretien de l'arc à son courant nominal. En revanche, il peut maintenir un éclairement réduit de la lampe (12). Dès lors que l'arc a ainsi été amorcé, l'enroulement El, dimensionné pour fournir la tension nominale de maintien de l'arc, typiquement une centaine de volts, et le courant nominal correspondant à l'éclairement maximum, prend ainsi le relai de E2 et fournit à la lampe l'énergie nécessaire à travers la diode Di. On observe de fait que les deux enroulements E1 et E2 débitent alors simultanément du courant, mais l'intensité du courant fourni par E1 est nettement plus élevée. Les diodes D1 et D2 permettent d'éviter la mise en parallèle des en- roulements Et et E2, qui aboutirait de nouveau au désamorçage de l'arc. Dans une variante de l'invention représentée sur la figure 4, les deux enroulement E1 et E2 sont en fait constituées par des self-inductan- ces, couplées magnétiquement avec l'inductance L' du circuit primaire. D'un point de vue réalisation pratique, les enroulements E1 et E2 sont avantageusement encastrés coaxialement dans l'inductance L' du circuit primaire, soit longitudinalement, soit encore sous la forme de spires plates, afin de diminuer l'encombrement. Le courant qui traverse L' ou T, magnétiquement couplé avec les enroulements Ei et E2 du circuit secondaire, induit dans ceux-ci des courants, dont la fréquence est égale à celle du circuit résonant primaire (7). Ainsi, le courant qui circule dans la lampe (12) a la même fréquence et la même forme que le courant traversant l'inductance L'ou l'enroulement primaire du tranformateur T. On peut diminuer l'éclairement par diminution des durées de fermeture des interrupteurs I, ou Il et I2 (le circuit primaire de la figure 2 pouvant également fonctionner dans le cadre de l'invention), sans pour autant éteindre l'arc par la plage de réglagle souhaité, du fait que l'enroulement E2 débite en permanence une énergie minimum suffisante, qui interdit le désamorçage, même si l'enroulement El ne fonctionne plus, c'est à dire, ne délivre aucun courant faute d'une induction magnétique suffisante à son niveau. En d'autres termes, on observe une diminution de la luminosité. Ce dispositif permet ainsi de manière très simple d'alimenter une lampe à arc à partir d'un variateur d'énergie performant, compte tenu du fonctionnement à haute fréquence et du recours à l'induction magnétique. Bien entendu, l'invention ne saurait se limiter à ce seul type d'alimentation et les dispositifs d'alimentation à transformateur, quelle que soit la source alternative au primaire, y compris le secteur d'alimentation à 50 Hertz sont susceptibles d'être utilisés. Dans ce cas, la variation d'éclairement peut être obtenue par un gradateur à triac (13) ou à deux thyristors, selon le schéma de la figure 5. A titre exemplatif, on donne les valeurs suivantes pour un circuit de quatre tubes fluorescents de 18 Watts montés en série: E2: enroulement de 2 000 spires E: enroulement de 200 spires primaire: enroulement de 150 spires. fréquence du fonctionnement du dispositif est de 40 kilohertz. Bien entendu, ce dispositif est adaptable à tout type de lampes à arc, et notamment fluorescent du type compact ou ballon, les lampes à décharge à vapeur de mercure, les lampes à décharge à vapeur de sodium, etc.... Dans le cas des tubes fluorescents, les filaments de préchauffage ne sont plus utilisés que comme des électrodes, ce qui présente l'avantage de ne plus les user lors d'allumages et d'extinctions fréquents. Dans une variante de l'invention représentée en figure 6, l'enroulement E2, destiné à permettre la délivrance de la tension d'amorçage de l'arc, est constitué par la somme des deux enroulements Ei et E', montés en série. Dans une autre variante représentée sur la figure 7, l'enroulement E1 est monté aux bornes d'un pont redresseur de tension (14) à fonctionnement haute fréquence, la lampe à arc (12) étant montée aux bornes de sortie dudit pont. De la sorte, les deux alternances du circuit primaire sont utilisées pour l'alimentation en énergie de la lampe (12). Ce faisant, on diminue les contraintes imposées au circuit primaire (1), et notamment à l'interrupteur I. REVENDICATIONS 1/ Générateur d'alimentation électrique haute fréquence d'une lampe à arc (12), comprenant: - un circuit primaire (1) branché aux bornes (5,6) du secteur d'alimentation électrique et intégrant un inducteur électromagnétique (L',T) monté sur un circuit résonant (7); - un circuit secondaire (2) comprenant en série la lampe à arc (12) et un capteur électromagnétique (E1,E2) permettant d'assurer le couplage magnétique avec le circuit primaire (1) à haute fréquence, caractérisé en ce que le circuit secondaire (2) est constitué de deux circuits électriques montés en parallèle (10,11) aux bornes de la lampe (12), chacun des deux circuits intégrant un capteur électromagnétique couplé avec l'inducteur électromagnétique du circuit primaire (1). 2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux circuits (10,11) constitutifs du circuit secondaire (2) intègrent chacun une diode (D1, D2), montée passante vers la lampe (12), afin d'éviter de mettre en parallèle les deux capteurs électromagnétiques (El,E2). 3/ Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que I'inducteur électromagnétique du circuit primaire (1) est constitué par l'enroulement primaire d'un transformateur (T), et les deux capteurs électromagnétiques du circuit secondaire (2) sont constituées de deux enroulements secondaires indépendants. 4/ Générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les capteurs et l'inducteur électromagnétiques respectivement des circuits secondaire (2) et primaire (1) sont constitués par des self- inductances, le couplage magnétique des deux circuits primaire et secondaire s'effectuant dans l'air, ou dans un milieu de perméabilité magnétique égale à 1, en l'absence de tout circuit magnétique. / Générateur selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'un (E2) des capteurs électromagnétiques, destiné à assurer la délivrance de la tension d'amorçage de l'arc de la lampe à arc (12), est constitué par la somme de deux capteurs (El, E') montés en série, le capteur El, étant raccordé par le biais de la diode (Di) à l'une des bornes de la lampe (12), et étant destiné à délivrer la tension de fonctionnement nominale de maintien de l'arc de ladite lampe, et à fournir à celle-ci l'intensité nécessaire à son éclairement. 6/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé: - en ce que le capteur électromagnétique (El), destiné à délivrer la tension de fonctionnement nominale de maintien de l'arc de la lampe (12), et à fournir à celle-ci l'intensité nécessaire à son éclairement, est monté aux bornes d'un pont redresseur de tension (14) à fonctionnement à haute fréquence, dont les bornes de sortie sont reliées à la lampe (12); - et en ce que le capteur électromagnétique (E2), destiné à assurer la délivrance de la tension d'amorçage de l'arc de la lampe à arc (12), est également monté aux bornes de la dite lampe (12), par l'intermédiaire d'un circuit électrique (10) dont l'une des branches intègre une diode (D2). 7/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit primaire (1) comporte un pont redresseur de tension (4) branché aux bornes (5,6) du secteur d'alimentation électrique, et auquel sont montés en série d'une part, au moins un interrupteur rapide (I), et d'autre part, un circuit résonant parallèle (7), comprenant en parallèle un transformateur (T) et une inductance (L) d'une part, et un condensateur (C) d'autre part, dans le cadre d'un couplage magnétique par transformateur, ou une seule inductance (L') montée en parallèle avec un condensateur (C) dans le cadre du couplage magnétique dans l'air. 8/ Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit primaire (1) comporte en parallèle avec le circuit résonant (7) et l'interrupteur rapide (I), un condensateur (Co), destiné à filtrer les composantes haute fréquence du courant d'alimentation par induction et ainsi, éviter tout risque de transfert de ces composantes sur le secteur d'alimentation électrique. 9/ Générateur selon l'une des revendications 1 à 3 et 6, caractérisé en ce que le circuit primaire (1) comporte un pont redresseur de tension (4) branché aux bornes (5,6) du secteur d'alimentation électrique, et auquel est monté un circuit (8,9) en demi-pont, comportant deux interrupteurs rapides (I1,I2) et deux condensateurs (C1,C2), entre lesquels est disposé un circuit résonant en série constitué par l'enroulement primaire du transformateur (T) et l'inductance (L).