Brevet FR2772525A1 — publié le 19990618

DISPOSITIF D'ALIMENTATION POUR BOITE A LUMIERE La présente invention se rapporte aux dispositifs destinés à alimenter en énergie électrique une boîte à lumière, c'est à dire un système d'éclairage fluorescent permettant par exemple d'éclairer par transmission un écran de visualisation à cristal liquide. Les boites à lumière sont des dispositifs connus qui permettent d'obtenir sur une surface plane relativement étendue, généralement de forme rectangulaire, une énergie lumineuse répartie de manière très uniforme permettant d'examiner des objets transparents. Une boîte à lumière peut servir à différents usages, par exemple à examiner des négatifs photographiques. Elle est également très utilisée pour éclairer par transparence les écrans de visualisation à cristal liquide qui sont de plus en plus utilisés à la place des tubes à rayons cathodiques. Ces écrans à cristal liquide servent notamment d'afficheurs à bord des aéronefs pour donner au pilote les informations qui lui sont nécessaires, en particulier les indications qui étaient antérieurement affichées à l'aide d'indicateurs électromécaniques. De manière connue, une boîte à lumière utilisée pour éclairer un écran de visualisation à cristal liquide dans un aéronef est constituée, pour des besoins d'uniformité d'éclairement et l'intensité lumineuse, d'une batterie du tubes fluorescents alignés les uns contre les autres et alimentés par une tension importante, de l'ordre de 1000 volts, délivrée par un convertisseur haute tension Par souci de simplification on désignera dans la suite du texte sous le terme de boite à lumière l'ensemble composé de la batterie de tubes fluorescents et de son convertisseur d'alimentation haute tension. Pour obtenir un éclairage bien stable, ne présentant pas de fluctuations gnantes pour l'opérateur, il est nécessaire d'alimenter la boîte à lumière par une tension continue, dont la valeur peut tre comprise entre 25 et 50 volts mais doit tre bien stable. On sait que dans les avions la tension continue disponible pour l'alimentation des organes de servitude est fournie par un réseau dit 28 volts . Cette appellation est tout à fait de convenance puisque, comptetenu des différentes contraintes, la tension effective de ce réseau peut varier dans des limites importantes, comprises par exemple entre 12 et 50 volts. On ne peut donc pas alimenter directement la boîte à lumière à partir de ce réseau. En outre on est amené, pour éviter de se trouver confronté à des problèmes de boucles de masse entre primaire et secondaire de l'équipement, à réaliser un isolement galvanique entre le réseau 28 volts et la boîte à lumière. Pour obtenir simultanément une régulation convenable de la tension d'alimentation de la boîte à lumière et un isolement de celle-ci par rapport au réseau, il est connu d'utiliser un dispositif d'alimentation comprenant un convertisseur à régulation isolé galvaniquement. Un tel dispositif est par exemple réalisé selon le schéma représenté sur la figure 1 annexée. Sur cette figure, une alimentation 101 alimente d'une part une boîte à lumière 102 et d'autre part un ensemble de cartes électroniques 103 destinées au traitement des informations à adresser à l'écran de visualisation LCD non représenté sur cette figure et qui est fixé à la surface de la boîte à lumière 102. Cette boîte à lumière 102 comprend elle-mme de manière connue un ensemble de tubes fluorescents 104 alimentés par un convertisseur haute tension comprenant un découpeur 105 et un transformateur élévateur 106. Le dispositif d'alimentation 101 fonctionne à partir d'une tension d'entrée + 28 volts, dont on a vu qu'elle était largement fluctuante. Celle-ci charge, par l'intermédiaire d'une diode d'isolement 108, un ensemble de condensateurs 109. Cette diode permet à la fois de protéger l'équipement contre les inversions de polarité et d'éviter une décharge inverse des condensateurs dans le réseau d'alimentation lors des coupures de celui-ci . Ces condensateurs eux-mmes permettent de garantir l'alimentation des circuits avals pendant ces éventuelles coupures. Les condensateurs 109 permettent en outre d'alimenter deux convertisseurs de tension régulés 1 1 0 et 111 destinés à alimenter respectivement la boîte à lumière 102 et les cartes électroniques 103. Ces condensateurs sont par exemple du type connu Flyback ou Forward dont on sait que le rendement est compris entre 80 et 85 %. Ce rendement, qui pourrait paraître convenable dans d'autres circonstances, présente néanmoins des inconvénients au niveau d'un aéronef où la puissance disponible est comptée et où il faut disperser la chaleur provenant des pertes correspondantes. En outre les convertisseurs de ce type sont relativement onéreux et volumineux. Le convertisseur 110 est du type continu-continu régulateur et élévateur avec isolation galvanique. II permet de fournir la tension d'alimentation de la boite à lumière 102. Cette tension d'alimentation est par exemple de 50 volts pour tre en limite haute des variations de la tension d'alimentation provenant du réseau continu + 28 volts. Le convertisseur 111 est du type continu-continu régulateur avec isolation galvanique et permet de délivrer l'ensemble des tensions nécessaires aux cartes électroniques 103, par exemple + 5 volts + 1 5 volts et - 15 volts. Pour pallier les inconvénients d'une telle structure, I'invention propose un dispositif d'alimentation pour boîte à lumière à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur formant réserve d'énergie et un convertisseur continucontinu régulateur pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boîte à lumière, principalement caractérisé en ce que ce convertisseur est directement alimenté par le réseau, qu'il est du type élévateur comportant une diode de sortie qui joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur est connecté directement en sortie du convertisseur pour tre chargé par la tension d'alimentation de la boîte à lumière. Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre un deuxième convertisseur continu-continu régulateur du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande d'un dispositif de visualisation éclairé par la boîte à lumière et la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique. Selon une autre caractéristique, le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et la tension d'alimentation de la boîte à lumière est de sensiblement 50 volts. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent - la figure 1, le schéma d'un dispositif connu; et - la figure 2, le schéma d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend des moyens d'alimentation 201 permettant de délivrer les tensions d'alimentations nécessaires à une boîte à lumière 102 et à des cartes électroniques 103 de commande qui sont identiques à celles de la figure 1. Selon l'invention par contre, dans le dispositif 201 la tension d'entrée du réseau + 28 volts est directement appliquée à un convertisseur continu-continu régulateur 204 qui est du type boost élévateur sans isolement galvanique. De manière connue, ce convertisseur comprend très schématiquement une inductance série 206 dont la sortie est reliée d'une part à la masse par un découpeur 205 et d'autre part à une diode série 208 qui délivre directement la tension de sortie de 50 volts nécessaire à l'alimentation de la boite à lumière 102. Ce convertisseur 204 permet de compenser les variations du réseau 28 volts avec un très bon rendement, dont on sait qu'il peut atteindre pour un convertisseur de ce type une valeur de l'ordre de 95 %. En outre la diode 208 de sortie du convertisseur, qui participe à la fonction élévateur de tension, permet de réaliser également la fonction de protection contre les inversions de polarité du réseau et de blocage de la décharge inverse de la réserve d'énergie décrite plus loin. La sortie du convertisseur 204 est en effet appliquée à un condensateur 209, relié par ailleurs à la masse, qui permet de stocker l'énergie nécessaire au dispositif alimenté par le bloc 201 pendant les instants ou le secteur + 28 est coupé, ou bien descend à une valeur inférieure à celle qui permet au convertisseur 204 de rattraper la différence de tension. En raison de la tension plus importante en sortie de ce convertisseur 204 qu'en sortie de la diode 108 de la figure 1, ce condensateur 209, qui sert de réserve d'énergie, peut tre d'une taille nettement plus réduite que les condensateurs 109, tout en permettant d'obtenir une mme durée de protection vis à vis des coupures. La tension de sortie du convertisseur 204 permet en outre d'alimenter un convertisseur 111 du type continu-continu régulateur à isolement galvanique qui sert à délivrer les tensions de sortie nécessaires aux cartes 103, par exemple + 5 volts + 1 5 volts et - 1 5 volts. Ce convertisseur pourra tre identique au convertisseur 111 de la figure 1. On constate alors que dans cette solution il n'y a plus d'isolement galvanique entre la boite à lumière 102 et le secteur + 28 volts continu. Ceci ne présentent pas d'inconvénients puisque la boite à lumière proprement dite ne comporte pas de circuits logiques susceptibles d'tre affectés par un tel défaut d'isolement galvanique. Les cartes électroniques 103 sont par contre alimentées par le convertisseur 111, qui présente lui un isolement galvanique. Pour assurer alors une protection complète de ces cartes il convient alors d'assurer une protection galvanique dans la liaison entre celles-ci et l'écran de visualisation située sur la boite à lumière. L'invention propose donc de réaliser cette liaison à l'aide de moyens d'interface 210 qui permettront de fournir une telle isolation galvanique, par exemple en utilisant des transformateurs ou des systèmes à couplage optique connus. En conclusion, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir les mmes résultats au point de vue stabilité, résistance aux coupures et isolement galvanique que dans l'art connu, tout en présentant une simplicité de réalisation remarquable, en procurant un bien meilleur rendement et en présentant un encombrement et un poids particulièrement réduits. REVENDICATIONS 1 - Dispositif d'alimentation pour boîte à lumière (102) à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur formant réserve d'énergie et un convertisseur continucontinu régulateur pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boîte à lumière, caractérisé en ce que ce convertisseur (204) est directement alimenté par le réseau, qu'il est du type élévateur comportant une diode de sortie (208) qui joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur (209) est connecté directement en sortie du convertisseur pour tre chargé par la tension d'alimentation de la boîte à lumière. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième convertisseur continu-continu régulateur (111) du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande (103) d'un dispositif de visualisation éclairé par la boîte à lumière et en ce que la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique (210). 3 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et que la tension d'alimentation de la boîte à lumière (102) est de sensiblement 50 volts.