Brevet FR2772216A1 — publié le 19990611

La présente invention concerne un circuit de temporisation et un procédé de production d'un signal de temporisation, et, plus particulièrement, elle concerne un circuit de temporisation et un procédé de production d'un signal de temporisation destinés à être utilisés dans un circuit de protection (ballast) de lampe électronique. Les lampes fluorescentes peuvent fonctionner de la manière la plus efficace si, au démarrage, on préchauffe les filaments de la lampe avant "d'amorcer l'arc". Idéalement, ce préchauffage doit durer environ 1 s (typiquement, par exemple, entre 500 ms et 2 s). Ceci nécessite clairement la production d'un signal de temporisation permettant de commander la durée de la phase de préchauffage. Classiquement, un tel signal de temporisation est produit par la charge d'un condensateur et la mesure de la tension résultante produite à ses bornes. Toutefois, pour produire un signal de temporisation de l'ordre de 1 s, il est nécessaire d'utiliser ou bien un condensateur relativement grand ou bien un courant très faible. Les condensateurs électrolytiques ayant une capacité suffisamment grande tendent à avoir un courant de fuite relativement grand et instable, qui est susceptible de provoquer des irrégularités dans le temps mis pour charger le condensateur avec des courants de charge faibles. De plus, ils ne peuvent généralement pas fonctionner à des températures élevées, ils sont coûteux et ils occupent une place bien trop grande sur une carte de circuit imprimé, si on les compare à des condensateurs plus petits, comme par exemple des condensateurs au polycarbonate. Selon l'autre possibilité, si on fait appel à un petit condensateur du type polycarbonate, il est classiquement nécessaire d'utiliser un courant de charge très faible (par exemple un courant de l'ordre de quelques microamprères). Toutefois, il est très difficile de commander avec précision un courant aussi faible dans l'environnement extrême (par exemple une température très élevée) qui est produit dans les circuits de protection, ou ballasts, de lampes. De plus, une grande résistance est nécessaire pour produire le très petit courant. Il est difficile de prévoir une semblable grande résistance sur un circuit intégré avec précision, ce qui augmenterait donc le coût d'un ballast de lampe ayant une telle résistance. D'autre part, si l'on dispose une grande résistance à l'extérieur, il faut prévoir une broche supplémentaire sur le circuit de protection de la lampe, ce qui n'est pas avantageux. Une solution possible consisterait à faire appel à un dispositif purement numérique pour produire le signal de temporisation. Toutefois, la solution purement numérique présente un certain nombre d'inconvénients. Tout d'abord, les circuits de protection de lampes sont généralement cadencés par un signal d'horloge à fréquence élevée (par exemple 50 kHz). Pour produire un signal de temporisation qui soit en mesure de réaliser une phase de préchauffage ayant une durée de l'ordre de 1 s, un grand nombre d'éléments diviseurs serait nécessaire, lesquels occuperaient une partie bien trop grande de silicium sur un circuit intégré approprié. De plus, la durée du signal de temporisation est alors liée à la fréquence d'horloge du circuit, et il n'est pas direct de permettre un contrôle sur la durée du signal de temporisation produit de cette manière. II serait très souhaitable de pouvoir "programmer" la durée de la phase de préchauffage indépendamment de la fréquence d'horloge, par exemple par un choix approprié d'un condensateur externe, de façon que la durée du signal de temporisation dépende de la capacité du condensateur externe. La présente invention vise à remédier aux inconvénients précités. A cette fin, un circuit de temporisation destiné à un circuit de protection de lampe électronique, le circuit de temporisation ayant une première période de retard caractéristique et étant conçu u pour produire un signal de sortie après que la première période de retard caractéristique s'est écoulée, est caractérisé en ce qu'il comprend un sous-circuit de temporisation analogique possédant une deuxième période de retard caractéristique et un sous-circuit de temporisation numérique possédant un rapport cyclique caractéristique et coopérant avec le sous-circuit de temponsation analogique, la coopération entre les sous-circuits de temporisation analogique et numérique étant telle que la première période de retard caractéristique du circuit de temporisation dans son ensemble est sensiblement égale au quotient de la division de la deuxième période de retard caractéristique du sous-circuit de temporisation analogique par le rapport cyclique du sous-circuit de temporisation numérique. Typiquement, le sous-circuit de temporisation numérique est un compteur. De préférence, le circuit de temporisation selon l'invention comporte un premier générateur de signal produisant un premier signal et un deuxième générateur de signal produisant un deuxième signal, où le premier signal est un signal pulsé et le deuxième signal est un signal analogique croissant ou décroissant, dont la vitesse de variation dépend de l'amplitude, prise en moyenne temporelle, du premier signal. Le premier générateur de signal peut comprendre un miroir de courant pulsé. Le deuxième générateur de signal peut comprendre un condensateur de temporisation. Avantageusement, le condensateur de temporisation est un condensateur au polycarbonate. En outre un comparateur peut être prévu pour comparer le deuxième signal avec un signal de référence prédéterminé. De préférence, le miroir de courant pulsé comprend un montage miroir de courant possédant une branche maître et une branche esclave, un transistor de commande ayant une électrode de commande et deux électrodes de courant et le sous-circuit de temporisation numérique. Le transistor de commande est connecté en série avec la branche maître via ses électrodes de courant. L'électrode de commande du transistor de commande est connectée au sous-circuit de temporisation numérique, lequel est conçu pour produire un signal d'impulsions de commande ayant le rapport cyclique caractéristique du sous-circuit de temporisation numérique. L'invention concerne également un procédé de production d'un signal de temporisation représentatif d'une première période de retard caractéristique, destiné à être utilisé à l'intérieur d'un circuit de protection de lampe électronique possédant un générateur de signal haute fréquence, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à produire un signal de temporisation analogique représentatif d'une deuxième période de retard caractéristique, à produire un signal de temporisation numérique ayant un rapport cyclique caractéristique, et à combiner les signaux de temporisation numérique et analogique afin de produire le signal de temporisation représentatif de la première période de retard caractéristique, la première période de retard caractéristique étant sensiblement égale au quotient de la division de la deuxième période caractéristique par le rapport cyclique caractéristique. De préférence, le procédé selon l'invention comprend les opérations consistant à produire un premier signal et à produire un deuxième signal, où le premier signal est un signal pulsé et le deuxième signal est un signal analogique croissant ou décroissant dont la vitesse de variation dépend de la valeur, prise en moyenne temporelle, du premier signal. Typiquement, le premier signal est produit par un miroir de courant pulsé et le deuxième signal est produit par un condensateur de temporisation. De préférence, le miroir de courant pulsé comprend un montage miroir de courant possédant une branche maître et une branche esclave, et un transistor de commande possédant une électrode de commande et deux électrodes de courant, le transistor de commande étant connecté en série avec la branche maître via ses électrodes de courant. Le procédé comprend alors l'opération consistant à appliquer le signal de temporisation numérique à l'électrode de commande du transistor de commande de façon que le rapport cyclique du premier signal corresponde au rapport cyclique caractéristique du signal de temporisation numérique. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages ; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels la figure 1 est un schéma simplifié d'un système de lampe fluorescente comportant un circuit de protection électronique ; et la figure 2 est un schéma simplifié d'un circuit de temporisation selon l'invention. La représentation simplifiée d'un système de lampe fluorescente possédant un circuit de protection, ou ballast, électronique, qui est fournie sur la figure 1, comporte une paire de bornes 3 et 4 servant à la connexion à l'alimentation électrique du secteur, un redresseur 5 de courant alternatif en courant continu, servant à convertir l'alimentation électrique du secteur basse fréquence en une alimentation en tension continue, un circuit de protection électronique 10, et une lampe fluorescente 20. Le circuit de protection électronique 10 inclut un sous-circuit d'alimentation électrique 11 servant à produire une alimentation en tension haute fréquence (par exemple supérieure à 20 kHz), un sous-circuit de commande 12 servant à effectuer les opérations générales de commande du circuit de protection électronique 10, et un sous-circuit de temporisation analogique 13. Le circuit de protection électronique 10 a pour fonction d'effectuer le préchauffage initial des filaments de la lampe 20 au démarrage, puis "d'armorcer l'arc" entre les filaments, et, enfin, de fournir aux filaments une alimentation électrique haute fréquence ajustée dès que la lampe 20 a été mise en service. Le sous-circuit de commande 12, principalement numérique, et le souscircuit de temporisation analogique 13 se combinent pour former un circuit de temporisation qui est représenté schématiquement sur la figure 2. Le circuit de temporisation 12, 13 a pour fonction de produire un signal de temporisation qui peut être utilisé pour commander la durée de la phase de préchauffage, de façon à produire une phase de préchauffage d'une durée pouvant aller jusqu'à 5 s. On se reporte maintenant à la figure 2. Le circuit de temporisation 12, 13 comprend un montage miroir de courant qui est formé à l'intérieur du sous-circuit de temporisation analogique 13 et qui comporte une branche maître 30 et une branche esclave 40. La branche maltre 30 comporte un transistor maître 31 qui possède une électrode de commande 31a, et deux électrodes de courant 31b, 31c, une résistance de commande 32 et un transistor de commande 33 qui possède une électrode de commande 33a et deux électrodes de courant 33a, 33b. La branche esclave 40 comporte un transistor esclave 41 qui possède une électrode de commande 41 a et deux électrodes de courant 41 b, 41 c, le transistor esclave 41 étant sensiblement identique au transistor maître 31, et un condensateur de temporisation 42. Comme cela est bien connu dans la fabrication des miroirs de courant, les électrodes de commande 31a, 41a des transistors maître et esclave 31, 41 sont connectées ensemble de façon que tout courant qui passe dans la branche maître 30 provoque la circulation d'un courant sensiblement identique dans la branche esclave 40. De plus, comme cela est également bien connu dans la fabrication des miroirs de courant, l'électrode de commande 31 a du transistor maître est connectée à l'une, 31c, des électrodes de courant 31b, 31c du transistor maître de sorte que le transistor maître 31 est, pour l'essentiel, connecté en diode de façon à présenter une très faible résistance à la circulation du courant dans la branche maître 30. De cette manière, le courant qui passe dans la branche maître 30 est principalement déterminé par la résistance de commande 32 et le transistor de commande 33, d'une manière qui sera discutée ci-après. L'électrode de commande 33a du transistor de commande 33 est connectée au sous-circuit de commande principalement numérique 12. Le transistor de commande 33 fait fonction d'un commutateur commandé par le souscircuit de commande 12. Il est clair que, lorsque le "commutateur" 33 est conducteur, le courant passe à la fois dans la branche maître 30 et la branche esclave 40, l'intensité du courant étant principalement déterminée par la valeur de la résistance de commande 32. De même, lorsque le "commutateur" 33 est non conducteur, aucun courant ne passe dans la branche maître 30 et dans la branche esclave 40. Du fait de la production d'un signal d'impulsions dans le sous-circuit de commande 12, qui présente un rapport cyclique relativement faible, soit d, (il s'agit du rapport du temps de conduction à la somme des temps de conduction et de non-conduction), par exemple 1/16, le transistor de commande 33 n'autorise la circulation du courant que pendant le temps de conduction, si bien que la moyenne temporelle du courant passant dans les branches maître 30 et esclave 40 est diminuée par le rapport cyclique. Un signal d'impulsions approprié qui possède un rapport cyclique approprié peut être très facilement produit, par exemple à l'aide d'un circuit de comptage très simple qui n'occupera qu'un très petit volume de silicium dans un circuit intégré. Par exemple, un signal d'impulsions qui possède un rapport cyclique de 1/16 peut être produit à partir d'un simple circuit de comptage jusqu'à 16. En plus du montage miroir de courant, le sous-circuit de temporisation analogique 13 comporte un comparateur de tension 50 qui possède une entrée 50a connectée au condensateur de temporisation 42, de façon à mesurer la tension à ses bornes, et une deuxième entrée 50b connectée à une tension de référence produite, dans ce cas, par une paire de résistances 51, 52. Le circuit de temporisation 12, 13 de la figure 2 fonctionne de la manière suivante. Le montage miroir de courant 30, 40, en liaison avec le condensateur de temporisation 42 et le comparateur 50, tandis que le sous-circuit de commande 12 et le transistor de commande 33 sont mis à part, fait fonction d'un sous-circuit de temporisation analogique qui possède une période de retard caractéristique. Le sous-circuit de commande 12, en liaison avec le transistor de commande 33, fait fonction d'un sous-circuit de temporisation numérique coopérant avec le souscircuit de temporisation analogique et possédant un rapport cyclique caractéristique, la coopération entre le sous-circuit de temporisation analogique et le souscircuit de temporisation numérique étant telle que le circuit de temporisation dans son ensemble possède une période de retard caractéristique qui est sensiblement égale au quotient de la division de la période de retard caractéristique du sous circuit de temporisation analogique par le rapport cyclique du sous-circuit de temporisation numérique. Dans le mode de réalisation actuellement préféré de l'invention, le souscircuit de temporisation numérique produit un signal d'impulsions à haute fréquence qui coopère avec le sous-circuit de temporisation analogique pour réduire le courant moyen, pris en moyenne dans le temps, qui est fourni au condensateur de temporisation, ce qui a pour effet de rendre la période de retard caractéristique du circuit de temporisation dans son ensemble sensiblement égale au quotient de la division de la période de retard caractéristique du sous-circuit de temporisation analogique par le rapport cyclique du sous-circuit de temporisation numérique. Ceci est particulièrement avantageux, car il est ainsi fourni un circuit de temporisation robuste qui, à tous points de vue, constitue un circuit de temporisation analogique simple, identique quant au fonctionnement à un circuit de temporisation analogique classique, mais ayant une période de retard caractéristique relativement longue sans pour autant être affecté par aucun des inconvénients que l'on s'attend à trouver dans un circuit de temporisation analogique classique qui possède une période de retard caractéristique semblable. Ceci signifie qu'un circuit de temporisation selon l'invention peut simplement être substitué dans tout modèle de circuit qui utilisait précédemment un circuit de temporisation analogique classique, sans qu'il y ait à redessiner le circuit pour la plus grande partie. Toutefois, il semblera évident à l'homme de l'art que le sous-circuit de temporisation numérique pourrait par exemple coopérer avec le sous-circuit de temporisation analogique par simple repositionnement de ce dernier lorsqu'il produit un signal pour indiquer que sa période de retard caractéristique s'est écoulée, par comptage du nombre de fois que le sous-circuit de temporisation analogique a produit de tels signaux, et par délivrance d'un signal pour indiquer l'écoulement du retard caractéristique du circuit de temporisation dans son ensemble seulement après qu'un nombre prédéterminé de signaux a été produit par le sous-circuit de temporisation analogique, le nombre prédéterminé étant équivalent à l'inverse du rapport cyclique du sous-circuit de temporisation numérique. Lorsqu'on considère le mode de réalisation présentement préféré, on peut toutefois voir que le montage miroir de courant 30, 40, en liaison avec le souscircuit de commande 12 et le transistor de commande 33, fait, pour l'essentiel, fonction d'un premier générateur de signal qui produit un premier signal qui, dans le présent mode de réalisation est un signal de courant pulsé, tandis que le condensateur de temporisation 42 fait fonction d'un deuxième générateur de signal qui produit un deuxième signal, le deuxième signal étant un signal croissant ou décroissant, qui, dans le présent mode de réalisation, est un signal de tension croissant, dont la vitesse de variation dépend de la moyenne temporelle de l'amplitude du premier signal. Ceci est dû au fait que le condensateur de temporisation 42 se charge en fonction de la moyenne temporelle de l'intensité du courant passant dans la branche esclave 40 du montage miroir de courant. Le transistor de commande 33 se voit appliquer, à répétition, des impulsions de mise en conduction, d'une manière telle que le premier signal possède un rapport cyclique relativement petit sous commande du sous-circuit de commande 12. De cette manière, I'amplitude, prise en moyenne temporelle du premier signal est notablement inférieure à l'amplitude instantanée qu'il présente pendant une impulsion de mise en conduction. Ceci permet d'utiliser une résistance de commande 32 d'une valeur relativement faible ainsi qu'un condensateur de temporisation 42 de capacité relativement faible, sans pour autant lier la durée de la phase de préchauffage à la fréquence réelle du signal d'horloge cadençant le sous-circuit de commande 12. Lorsque la tension existant aux bornes du condensateur 42, qui est appliquée à une borne d'entrée 50a du comparateur 50, dépasse la tension de référence appliquée à l'autre borne d'entrée 50b du comparateur 50, ce dernier délivre sur une borne de sortie 50c un signal représentatif de la cessation de la phase de préchauffage. On note que le comparateur 50 présente un degré d'hystérésis de nature à réaliser un effet de bascule de Schmitt, si bien qu'un signal de sortie propre fourni par le comparateur est produit. L'homme de l'art comprendra que d'autres montages peuvent être envisagés sans pour autant sortir du domaine de l'invention. En particulier, pour produire un premier signal analogique pulsé, il peut être envisagé d'autres montages qu'un miroir de courant pulsé. Le condensateur de temporisation pourrait être conçu pour se décharger à une vitesse déterminée par l'amplitude, prise en moyenne temporelle, du premier signal analogique, plutôt que pour se charger à une telle vitesse. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir des dispositifs et des procédés dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Circuit de temporisation destiné à un circuit de protection de lampe électronique, le circuit de temporisation (12, 13) ayant une première période de retard caractéristique et étant conçu pour produire un signal de sortie après que la première période de retard caractéristique s'est écoulée, le circuit de temporisation étant caractérisé en ce qu'il comprend un sous-circuit de temporisation analogique (30, 40, 50) possédant une deuxième période de retard caractéristique et un souscircuit de temporisation numérique (12, 33) possédant un rapport cyclique caractéristique et coopérant avec le sous-circuit de temporisation analogique, la coopération entre les sous-circuits de temporisation analogique et numérique étant telle que la première période de retard caractéristique du circuit de temporisation dans son ensemble est sensiblement égale au quotient de la division de la deuxième période de retard caractéristique du sous-circuit de temporisation analogique par le rapport cyclique du sous-circuit de temporisation numérique. 2. Circuit de temporisation selon la revendication 1, caractérisé en ce que le sous-circuit de temporisation numérique est un compteur (12). 3. Circuit de temporisation selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un premier générateur de signal (12, 33, 30, 40) produisant un premier signal et un deuxième générateur de signal (42) produisant un deuxième signal, où le premier signal est un signal pulsé et le deuxième signal est un signal analogique croissant ou décroissant, dont la vitesse de variation dépend de l'amplitude, prise en moyenne temporelle, du premier signal. 4. Circuit de temporisation selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier générateur de signal comprend un miroir de courant pulsé (30, 40). 5. Circuit de temporisation selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en ce que le deuxième générateur de signal comprend un condensateur de temporisation (42). 6. Circuit de temporisation selon la revendication 5, caractérisé en ce que le condensateur de temporisation est un condensateur au polycarbonate. 7. Circuit de temporisation selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un comparateur (50) servant à comparer le deuxième signal avec un signal de référence prédéterminé. 8. Circuit de temporisation selon la revendication 4, caractérisé en ce que le miroir de courant pulsé comprend un montage miroir de courant possédant une branche maître (30) et une branche esclave (40), un transistor de commande (33) ayant une électrode de commande (33a) et deux électrodes de courant (33b, 33c), et le sous-circuit de temporisation numérique (12, 33), où le transistor de commande (33) est connecté en série avec la branche maître (30) via ses électrodes de courant (33b, 33c), et son électrode de commande (33a) est connectée au sous-circuit de temporisation numérique, lequel est conçu pour produire un signal d'impulsions de commande ayant le rapport cyclique caractéristique du sous-circuit de temporisation numérique. 9. Circuit de protection de lampe électronique, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de signal haute fréquence (11) un circuit de temporisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 8. 10. Procédé de production d'un signal de temporisation représentatif d'une première période de retard caractéristique, destiné à être utilisé à l'intérieur d'un circuit de protection de lampe électronique possédant un générateur de signal haute fréquence, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à produire un signal de temporisation analogique représentatif d'une deuxième période de retard caractéristique, à produire un signal de temporisation numérique ayant un rapport cyclique caractéristique, et à combiner les signaux de temporisation numérique et analogique afin de produire le signal de temporisation représentatif de la première période de retard caractéristique, la première période de retard caractéristique étant sensiblement égale au quotient de la division de la deuxième période caractéristique par le rapport cyclique caractéristique. Il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations consistant à produire un premier signal et à produire un deuxième signal, où le premier signal est un signal pulsé et le deuxième signal est un signal analogique croissant ou décroissant dont la vitesse de variation dépend de la valeur, prise en moyenne temporelle, du premier signal. 12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que le premier signal est produit par un miroir de courant pulsé (12, 33, 30, 40). 13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que le deuxième signal est produit par un condensateur de temporisation (42). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que le condensateur de temporisation (42) est un condensateur au polycarbonate. 15. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que le miroir de courant pulsé comprend un montage miroir de courant possédant une branche maitre (30) et une branche esclave (40), et un transistor de commande (33) possédant une électrode de commande (33a) et deux électrodes de courant (33b, 33c), le transistor de commande étant connecté en série avec la branche maître via ses électrodes de courant, et en ce que le procédé comprend en outre l'opération consistant à appliquer le signal de temporisation numérique à l'électrode de commande (33a) du transistor de commande (33) de façon que le rapport cyclique du premier signal corresponde au rapport cyclique caractéristique du signal de temporisation numérique.