Brevet FR2767248A1 — publié le 19990212

MODULE ÉLECTRONIQUE D'ALIMENTATION ÉLECTRIQUE DE TUBE D'ÉCLAIRAGE FLUORESCENT La présente invention concerne d'une manière générale le domaine industriel et commercial de la fabrication et de la diffusion d'appareils d'éclairage utilisant des lampes à décharge fluorescentes destinés à un usage aussi bien domestique qu'industriel. Les sources d'éclairage électrique utilisées couramment ont en général un rendement énergétique médiocre et une durée de vie limitée. Sans parler des lampes à filament, grosses consommatrices d'énergie, les dispositifs basés sur la décharge électrique dans un gaz, s'ils apportent des améliorations quant au rendement et à la durée de vie, n'en présentent pas moins de nombreux inconvénients. Ils nécessitent en effet des appareillages d'amorçage ou de stabilisation lourds, encombrants et onéreux. La plupart de ces équipements fonctionnent à une température relativement élevée, ce qui impose l'emploi de matériaux résistants et des précautions particulières. Une amélioration sensible du rendement des appareils à décharge ne peut être obtenue qu'en ayant recours à des gaz sous haute pression. Mais les contraintes liées à ce type de matériel sont telles qu'il est réservé jusqu'à présent à l'éclairage public. Les lampes économiques récentes d'usage courant atteignent un rendement maximum de 54 lumens par watt, ce qui représente environ 80 % d'économie par rapport à l'incandescence (8 lumens/watt). Les tubes fluorescents ne peuvent normalement fonctionner sans un ballast selfique et un système d'amorçage constitué dans la plupart des cas d'un "starter" et de filaments de préchauffage installés dans le tube. Ils ne s'allument pas instantanément et leurs performances diminuent assez rapidement avec le temps. Ces équipements sont la cause de pertes d'énergie non négligeables en raison d'un cosinus phi important, et leur complexité entraîne un coût de fabrication élevé. Le brevet NO FR 2 503 522 décrit un dispositif permettant l'alimentation des tubes fluorescents habituellement destinés à être alimentés par le secteur, à partir d'une source de courant continu de faible tension. I1 comporte un transformateur à plusieurs enroulements, l'enroulement alimentant la tube fluorescent étant raccordé également à un circuit de réaction servant à la commande d'un composant semi-conducteur fonctionnant en hacheur de courant. Le brevet NO FR 2 578 709 concerne un circuit d'excitation d'un tube d'éclairage fluorescent comprenant un oscillateur élévateur de tension. Un transistor a son collecteur relié à une source de basse tension à travers un premier enroulement, sa base reliée à un second enroulement, et son collecteur relié à une sortie haute tension à travers un troisième enroulement. Le tube fluorescent est ainsi alimenté en haute tension et haute fréquence, sans ballast self ni circuit de demarrage. Ces dispositifs comportent des composants, et en particulier un transistor, qu'il faut alimenter en basse tension, ce qui, dans le cas d'une alimentation par le secteur, nécessite un transformateur abaisseur lourd, encombrant et source de pertes d'énergie. L'élévation de la tension par les enroulements faisant partie de ces montages entraîne des perturbations électro-magnétiques et un risque d'instabilité amplifié par l'oscillateur unique. Le dispositif selon la présente invention a pour objectif de remédier à ces inconvénients. I1 permet en effet de remplacer les équipements actuels d'alimentation pour tubes fluorescents branchés sur le secteur par des circuits de dimensions réduites, légers, plus simples et moins onéreux, ne nécessitant pas de préchauffage et améliorant très sensiblement le rendement jusqu'à atteindre plus de 100 lumens par watt, soit près du double de ce que l'on peut obtenir à ce jour avec le matériel connu. I1 est constitué de deux oscillateurs à capacité et inductance et charge accordée montés en astables, pilotés par deux transistors haute tension alimentés directement par la tension redressée du secteur, montés en série avec un bobinage double comportant un point milieu relié directement à la source d'alimentation et constituant l'enroulement primaire d'un élément à couplage électro-magnétique de rapport de transformation voisin de un, dont l'enroulement secondaire forme l'inductance d'un circuit oscillant constituant la charge et dans lequel est inséré le tube fluorescent à alimenter. Sur les schémas annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs de formes de réalisation de l'objet de l'invention: la figure 1 représente un module dont les transistors sont de type à jonction et la figure 2 montre une variante d'exécution du module utilisant des transistors à effet de champ. Le module, figures 1 et 2, est constitué d'un circuit oscillant à capacité et induction dans lequel est inséré le tube fluorescent 1 à alimenter, et d'un circuit amplificateur de maintien des oscillations comportant deux transistors T1, T2 haute tension, les deux circuits étant couplés par un groupe de bobinages 2. L'ensemble est alimenté par la tension du secteur (généralement 220 volts) par l'intermédiaire d'un redresseur 3, et est agencé pour former deux oscillateurs à charge accordée montés en astables. Le groupe de bobinages 2 est formé d'un enroulement secondaire Es alimentant le tube 1, d'un enroulement primaire Ep double, avec point milieu relié à la source d'alimentation VCC par l'intermédiaire d'une inductance 4, les éxtrémités étant raccordées aux collecteurs ou électrodes de puissance des transistors T1 et T2, et enfin, d'un enroulement de commande Ec reliant les deux bases ou électrodes de commande de ces transistors. Ces enroulements pourront avantageusement être formés de fil émaillé, par exemple de 0,25 millimètre de diamètre, bobiné sur le noyau d'un pot de ferrite de type connu. Le circuit oscillant proprement dit est formé de l'enroulement secondaire Es et d'un condensateur C1 monté en parallèle avec le tube fluorescent 1. Un condensateur C2, en série avec ce dernier, empêche le passage de courant continu. L'alimentation du module est assurée de manière classique par un redresseur 3 à diodes dont la sortie est pontée par un condensateur de filtrage C3, par exemple de type électro-chimique d'une valeur de 10 zF. Les transistors T1 et T2 pourront être de type à jonction (figure 1) mais seront de préférence de type à effet de champ (figure 2). I1 s'agira dans tous les cas de modèles de puissance à tension élevée. les transistors à jonction pourront être de type 2N 2222 modifiés pour pouvoir supporter des tesion VCEO de l'ordre de 1000 volts, VCBO de l'ordre de 1500 volts et VEBO de l'ordre de 400 volts. Dans le cas de transistors à effet de champ, on pourra avantageusement utiliser des transistors MOS de référence BUK 456 1000B. Afin de diminuer le plus possible les harmoniques et d'éviter les perturbations électromagnétiques, le gain de l'ensemble formé par les transistors et les enroulements primaire Ep et secondaire Es sera déterminé pour être sensiblement égal à un. A titre d'exemple, pour le module avec transistors à jonction, les bobinages pourront comporter 73 tours pour chacun des deux éléments de l'enroulement primaire Ep, 76 tours pour l'enroulement secondaire Es et 50 tours pour l'enroulement de commande Ec. Dans le cas des transistors à effet de champ, les deux éléments de l'enroulement primaire Ep, pourront comporter chacun 54 tours, l'enroulement secondaire 50 tours et l'enroulement de commande Ec 2 tours. Les bases des transistors à jonction seront alimentées par deux résistances R1 de 560 Kohms reliées à la source d'alimentation VCC alors que pour les électrodes de commande des transistors à effet de champ ces résistances auront une valeur de 5,6 MOhm les électrodes de commande étant raccordées à la masse par des résistances (R2) de 120 Kohms. Les valeurs des condensateurs du circuit oscillant de charge alimentant le tube fluorescent 1 pourront être de 1 nF pour le condensateur C1 monté en parallèle avec le tube et de 3,3 nF pour le condensateur C2, en série avec ce dernier. Les valeurs des composants seront de préférence choisies pour obtenir une fréquence d'oscillation de l'ordre de 25 KHz. L'ensemble des constituants du module selon l'invention peut être logé dans un boîtier de 30 x 60 x 20 millimètres et présente un excellent rendement, ainsi qu'une une fiabilité remarquable due à l'absence de "starter" et de filaments d'amorçage, tout en permettant une fabrication à faible coût en raison de son faible nombre de composants. Grace à sa simplicité, à son volume réduit et à son faible coût de revient, le dispositif qui vient d'être décrit se prète particulièrement bien à la réalisation de luminaires de tous types utilisant des tubes fluorescents comme source lumineuse. Le positionnement des divers éléments constitutifs donne à l'objet de l'invention un maximum d'effets utiles qui n'avaient pas été, à ce jour, obtenus par des dispositifs similaires. REVENDICATIONS 1 . Module électronique d'alimentation électrique de tube d'éclairage fluorescent, applicable à des appareils d'éclairage utilisant des lampes à décharge désignés généralement sous le nom de tubes fluorescents" (1), destinés à un usage aussi bien domestique qu'industriel, caractérisé par la combinaison de deux oscillateurs de type à capacité et inductance, à charge accordée montés en astables, pilotés par deux transistors (T1, T2) haute tension alimentés directement par la tension redressée du secteur, dont les circuits de puissance sont montés en série avec un bobinage double comportant un point milieu relié à la source d'alimentation (VCC) par l'intermédiaire d'une inductance (4) et constituant l'enroulement primaire (Ep) d'un élément à couplage électro-magnétique, dont l'enroulement secondaire (Es) forme l'inductance d'un circuit oscillant constituant la charge et dans lequel est inséré le tube fluorescent (1) à alimenter. 2". Module électronique selon la revendication 1, se caractérisant par le fait que les enroulements primaire (Ep) et secondaire (Es) sont déterminés de manière à ce que le gain de l'ensemble formé par les transistors (T1, T2) et lesdits enroulements soit sensiblement égal à un. 30. Module électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que l'élément à couplage électro-magnétique est un groupe de bobinages (2) formé de l'enroulement secondaire (Es) alimentant le tube fluorescent (1), de l'enroulement primaire (Ep) double dont les éxtrémités sont raccordées à l'une des électrodes de puissance des transistors (T1, T2), et enfin, d'un enroulement de commande (Ec) reliant les deux électrodes de commande desdits transistors. 40. Module électronique selon la revendication 3, se caractérisant par le fait que les enroulements (Ep, Es et Ec) constituant le groupe de bobinages (2) sont formés de fil émaillé disposé sur le noyau d'un pot de ferrite. 5 . Module électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que les transistors (T1, T2) sont des transistors de puissance à tension élevée de type à effet de champ. 60. Module électronique selon la revendication 5, se caractérisant par le fait que chacun des deux éléments de l'enroulement primaire (Ep) comporte 54 tours, l'enroulement secondaire (Es) 50 tours et l'enroulement de commande (Ec) 2 tours, les électrodes de commande des deux transistors à effet de champ étant alimentées à partir de la source d'alimentation (VCC) par deux résistances (R1) de 5,6 Megohms, lesdites électrodes de commande étant en outre raccordées à la masse par des résistances (R2) de 120 Kiloohms. 70. Module électronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, se caractérisant par le fait que les transistors (T1, T2) sont des transistors de puissance à tension élevée de type à jonction. 80. Module électronique selon la revendication 7, se caractérisant par le fait que chacun des deux éléments de l'enroulement primaire (Ep) comporte 73 tours, l'enroulement secondaire (Es) 76 tours pour et l'enroulement de commande (Ec) 50 tours, les bases des deux transistors à jonction étant alimentées à partir de la source d'alimentation (VCC) par deux résistances (R1) de 560 Kiloohms. 90. Module électronique selon l'une quelconque des revendications précédentes, se caractérisant par le fait que le circuit oscillant de charge alimentant le tube fluorescent (1) comporte un condensateur C1 de 1 nF monté en parallèle avec ledit tube fluorescent et un condensateur C2 de 3,3 nF en série avec ce dernier.