Brevet FR2738444A1 — publié le 19970307

BALLAST ELECTRONIQUE AUTO-OSCILLANT A TRANSFORMATEUR UNIQUE SPéCIAL ET PROTECTION CONTRE LES ALLUMAGES SANS CHARGE La présente invention concerne les dispositifs propres à alimenter, à partir du réseau alternatif de distribution, un tube fluorescent à décharge, dispositifs coummunément appelés "ballasts électroniques". Plusieurs brevets ont déjà decrit les moyens propres à construire de tels dispositifs, notamment, pour les systèmes ne comportant qu'un seul transformateur, les brevets français 2696311 et international EP 0535911A1. De nombreuses améliorations ont déjà été apportées par des brevets antérieurs concernant le filtrage des parasites et la consommation électrique. Mais de tels systèmes ne prévoyaient pas de protection contre contre les allumages sans charge (par exemple un tube fluorescent mal branché ou un filament coupé), ce qui peut être à l'origine d'accidents. La présente invention concerne un ballast électronique auto-oscillant du type comprenant un convertisseur continualternatif à haute fréquence, caractérisé en ce que: - le circuit résonnant Lu du convertissseur autooscillant se referme par l'intermédiaire des filaments de la lampe et du circuit de préchauffage et démarrage (30-31-32); - I'inductance du circuit résonnant est constitué par l'un des enroulements talai d'un unique transformateur à faible niveau de saturation; Entre l'alimentation et le circuit auto-oscillant se place un condensateur de démarrage qui peut être court-circuité par un circuit de protection (E > en cas de surcharge.Le circuit de protection (E > est constitué par une résistance (18), une diode (17) et un transistor (10) placés en série et protégés par deux résistances (13) et (15). Le convertisseur utilisé, par ailleurs, est de préférence de type demi-pont. Le dispositif selon l'invention permet d'éliminer ce risque en ne faisant appel qu'à un circuit auto-oscillant (pas de composant électronique comme des micro-processeurs) et pré- sente par ailleurs plusieurs autres avantages: - augmentation du rendement; - diminution des risques de saturation; - court de fabrication moins élevé; - moins de surchauffe; - consommation électrique trois fois inférieure à celle d'un dispositif classique; - limitation de l'usure du tube fluorescent. Le dispositif, illustré par le schéma, est constitué de quatre parties principales: - le circuit de filtrage et de redressage (A) de l'alimentation, directement relié par ses bornes tOa) et (Obi au ré seau alternatif, et delivrant à sa sortie, via les bornes (7a) et (7b), un courant continu, - le dispositif de démarrage du ballast, constitué d'un circuit de démarrage (B) alimenté par le circuit (A) décrit pré cédemment, du circuit de préchauffage et de protection (C) du filament contre les allumages sans charge, le tube fluorescent se connectant au circuit (C) par l'intermédiaire des bornes F1 et F2, - les circuits auto-oscillant (D > et de protection contre les surtensions tE). Le ballast ainsi constitué est soumis aux conditions édictées dans l'introduction, à savoir pas de fonctionnement en cas de surtension ou en l'absence de charge. En effet, après filtrage et redressage par le dispositif (A), le courant issu de sa borne positive vtb) est envoyé, après passage à travers l'un des enroulements du transformateur, à la borne F1 du circuit de préchauffage (C), donc à l'une des bornes du filament. En cas de faux contact, ou lorsqu'il n'y a pas de charge, le courant ne peut pas transiter (le tube joue ici un rôle similaire à celui d'un interrupteur) et de ce fait le circuit auto-oscillant (D) ne s'amorce pas: I'allumage du tube n'est pas réalisé.Dans le cas contraire (tube correctement branché), le courant vient ali menter le circuit de démarrage et permet l'amorçage du système auto-oscillant (D). Le courant à haute fréquence qui en est issu permet, via le point chaud, I'allumage du tube fluorescent. Le second dispositif de protection (E) est relié à la borne néga- tive 7a de l'ensemble (A). En cas de surtension, le courant alimentant le circuit de démarrage (B) est court-circuité et envoyé à la masse, ce qui permet l'arrêt du circuit auto-oscillant: I'allumage, ou le maintien de l'allumage du tube n'est pas réalisé. Ce ballast fait par ailleurs usage d'un transformateur unique d'un type particulier dont l'un des enroulements est traversé, comme décrit plus haut, par le courant circulant de (B) vers (C), les deux autres intervenant dans le système autooscillant. Un circuit RLC constitué à partir de cet enroulement, du filament du tube fluorescent et d'un condensateur qui sera placé au point chaud, de même fréquence de résonnance que les oscillations de (D > permet de récupérer leur énergie de sortie et de la renvoyer vers le tube. Ce qui permet d'augumenter le rendement. Un mode de réalisation pratique du dispositif est proposé sur le schéma de la figure ci-indexée. Les sections (A) et (D) de la figure étant de types classiques, la description concernera essentiellement les parties (B), (C) et (D). La section (A) est constituée des éléments suivants: - un circuit de protection (I) relié au réseau alternatif par ses bornes d'entrée (Oa) et(Ob); - à la sortie de (I) est branché un filtre anti-parasite de type double fol constitué des deux enroulements (T2a > et (T2b) d'un transformateur classique et des deux condensateurs (3) et (4); - ce filtre est relié à sa sortie à un redresseur d'alimentation classique en demi-pont (pont de diodes). Le courant délivré à l'issue du passage du courant alternatif du réseau à travers l'ensemble (A) est continu. A la borne positive (7b) de ce dispositif (A) est con necté le dispositif (B), constitué des éléments en série: I'en roulement (Tla) du transformateur à bas niveau de saturation, la borne F2 du filament du tube fluorescent, puis l'ensemble noté (II), constitué d'un PTC (30), d'un condensateur (31) et d'une résistance (32) branchés en parallèle. A la sortie de (II) enfin est connectée la borne F1 du fi lament.Avant 1 'amorçage, le tube fluorescent présente une impédance élevée, ce qui oblige le courant à transiter via (II). D'autre part, le tube joue ici le rô- le d'un interrupteur, en permettant la circulation du courant uniquement s'il est correctement branché, ce qui supprime le risque d'allumage sans charge ou avec mauvais contact. Le courant à la sortie du dispositif (B) va ensuite charger, a travers la résistance (9) le condensateur (8). Lorsque celui-ci est complètement chargé, la tension devient suffisante aux bornes du diac (11) pour permettre le passage du courant via ce même diac (11) dans le circuit auto-oscillant (O). L'ensemble (8)-(9)-(11) constitue le circuit de démarrage. Ce dernier sera, tout comme le dispositif (A), du type classique Push-Pull, dans lequel interviennent les deux autres enroulements (Tlb) et (T1c) du transformateur. A la sortie de puissance de (D), sortie dite "point chaud", le courant délivré est un courant alternatif à haute fréquence et va alimenter, à travers le condensateur (29i, le tube fluorescent, permettant 1 'amorçage de ce dernier. Après 1 'amorçage, le tube présente une impédance de l'ordre de 270 ohms. Le second dispositif de sécurité (E) est relié à la borne négative de sortie de (A). Dans une utilisation normale (sans surtension), la tension aux bornes de la résistance (18) traversée par le courant issu de 7a est inférieure à la tension de seuil de la diode (17): il ne se passe rien. En cas de surtension, la diode (17) devient passante, et le courant vient charger le condensateur (19), qui permet de ménager un délai avant envoi du courant vers le transistor (10). La tension aux bornes de ce dernier devient alors suffisante à son tour pour le rendre passant: le courant en provenance de (9i est court-circuité et envoyé à la masse. Ce qui a pour conséquence d'arrêter le circuit de démarrage, donc le système auto-oscillant, et donc l'allumage du tube fluorescent. Les résistances (15) et (13) assurent la protection du condensateur (19) et du transistor (10). Le dernier dispositif en usage est le transformateur u nique dont l'enroulement (Tla) intervient dans le circuit RLC constitué, outre de (Tla), du condensateur (29) et du filament du tube fluorescent (résistance d'environ 270 ohms). Les composants de ce circuit sont choisis de telle sorte que la fréquence de résonnance soit égale à celle du circuit auto-oscillant. En conséquence, une partie de l'énergie libérée au niveau des enroulements Tlb et Tîc inclus dans le système (D) est récupérée et réinjectée dans le tube fluorescent, permettant ainsi d'augmenter le rendement du ballast. REVENDICATIONS 1. Ballast électronique auto-oscillant du type comprenant un convertisseur continu-alternatif à haute fréquence, caractérisé en ce que: - le circuit résonnant LC du convertisseur autooscillant se referme par l'intermédiaire des filaments de la lampe et du circuit de prechauffage et démarrage (331-32); - I'inductance du circuit résonnant est constitué par l'un des enroulements tT1a) d'un unique transformateur à faible niveau de saturation; 2. Ballast électronique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu entre l'alimentation et le circuit autooscillant un condensateur de démarrage qui peut être court circuité par un circuit de protection iEs en cas de surcharge. 3. Ballast électronique selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de protection (E) est constitué par une résistance l8), une diode (17) et un transistor (10) placés en série et protégés par deux résitances (13) et (15). 4. Ballast électronique selon l'une des revendications l a 3, 20 caractérisé en ce que le convertisseur auto-oscillant est de type en demi-pont.