Brevet FR2779288A1 — publié le 19991203

MODULE D'ALIMENTATION D'UNE LAMPE A DECHARGE, NOTAMMENT DE PROJECTEUR DE VEHICULE AUTOMOBILE La présente invention est relative aux modules pour l'alimentation d'une lampe à décharge, notamment de projecteur de véhicule automobile, du type à amorçage par impulsion. Classiquement, un circuit d'alimentation d'une lampe à décharge (circuit appelé "ballast" par l'Homme du Métier) comporte une chaîne contenant un premier convertisseur continu/alternatif (travaillant à des fréquences de l'ordre de quelques centaines de kHz), un redresseur, un second convertisseur (travaillant à quelques centaines de Hz) ainsi qu'un circuit d'amorçage. Généralement, ce circuit d'amorçage comporte un transformateur dont le secondaire est monté en série avec la lampe à décharge entre les bornes de sortie du convertisseur et dont le primaire est quant à lui monté en série avec un condensateur et un élément de type éclateur. Le condensateur se charge jusqu'au claquage de l'éclateur. Lorsque l'éclateur a amorcé, le condensateur se décharge dans l'enroulement primaire et génère au secondaire une impulsion Haute Tension, (de l'ordre de 12 à 25 kV) qui réalise le claquage de la lampe et crée l'arc électrique dans celle-ci. En variante, il est également connu de remplacer l'éclateur par un interrupteur commandé. Habituellement, le primaire du circuit d'amorçage est alimenté par une tension continue dérivée de la tension de la batterie. On prévoit généralement à cet effet un convertisseur continu/continu qui permet de délivrer audit primaire une tension plus importante que la tension de la batterie. Le convertisseur élévateur continu/alternatif permet quant à lui, une fois la lampe amorcée, et après une phase de chauffage de ses électrodes, d'entretenir l'arc de la lampe au moyen d'un courant alternatif qui est régulé pour que la puissance transmise à la lampe soit sensiblement constante. Un but de l'invention est de proposer un module d'alimentation d'une lampe à décharge dont l'architecture est simplifiée. A cet effet, I'invention propose un module d'alimentation qui utilise la tension alternative en sortie du convertisseur pour générer l'amorçage. Ainsi, il n'est pas nécessaire de prévoir des moyens de conversion continu/continu particuliers pour alimenter les moyens d'amorçage. Par ailleurs, on sait qu'en phase d'entretien, la lampe à décharge présente des instabilités qui obligent à l'alimenter avec un courant qui est soit d'une fréquence très basse (quelques KHz), ce qui empêche un dimensionnement compact du convertisseur élévateur, soit d'une fréquence élevée, (supérieure à la centaine de KHz, et notamment de l'ordre du MHz). Un autre but de l'invention est donc de proposer une solution compatible avec une alimentation à fréquence élevée pendant la phase d'entretien de l'arc de la lampe à décharge. La solution d'amorçage proposée par l'invention utilise un circuit de résonance qui permet un coefficient de surtension élevé. On notera qu'une structure qui vient immédiatement à l'esprit pour réaliser un tel circuit de résonance est une structure du type de celle qui est représentée sur la figure 1, c'est à dire un circuit LC dont le condensateur C est monté aux bornes de la lampe à décharge LAD. Toutefois, une structure de ce type n'est pas satisfaisante. Elle impose en effet d'utiliser une fréquence d'amorçage plus élevée que la fréquence en régime stabilisé d'entretien de l'arc de la lampe. Or, à des fréquences supérieures à quelques centaines de KHz, les plastiques utilisés pour la lampe et son connecteur sont transpercés et détruits par l'application d'une haute tension. La solution proposée par l'invention permet de résoudre ce problème. Cette solution consiste en un module d'alimentation de lampe à décharge, notamment pour projecteur de véhicule automobile, comportant un système de convertisseurs continu/alternatif et des moyens d'amorçage, caractérisé en ce que ces moyens d'amorçage comportent un circuit de résonance qui est monté en sortie du convertisseur et qui comporte des moyens inductifs montés en parallèle par rapport à la lampe à décharge et des moyens capacitifs qui sont interposés entre le convertisseur et les moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge, ledit convertisseur étant commandé à la fréquence de résonance dudit circuit lors de l'amorçage de la lampe à décharge. Avantageusement, ce module comporte également des seconds moyens inductifs qui sont interposés entre le convertisseur et les premiers moyens inductifs montés en parallèle par rapport à la lampe à décharge et la fréquence fondamentale du régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge est au voisinage de la fréquence de résonance de l'ensemble que constituent les moyens capacitifs et les seconds moyens inductifs. Par exemple, ces seconds moyens inductifs sont constitués par l'inductance de fuite d'un enroulement secondaire d'un transformateur en sortie du convertisseur. Avantageusement également, le module peut comporter des moyens inductifs ou capacitifs montés en sortie du convertisseur, en parallèle au circuit de résonance permettant l'amorçage, lesdits moyens inductifs ou capacitifs constituant, avec les moyens dudit circuit qui relient le convertisseur aux moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge, un circuit bouchon dont la fréquence de résonance est voisine de la fréquence fondamentale du régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge. Notamment, la fréquence de fonctionnement peut approcher par les valeurs inférieures la fréquence de résonance de l'ensemble constitué par les moyens inductifs et capacitifs interposés entre le convertisseur et les moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge, les moyens montés en sortie du convertisseur qui constituent un circuit bouchon avec ledit ensemble étant des moyens inductifs. En variante, la fréquence de fonctionnement peut approcher par les valeurs supérieures la fréquence de résonance de l'ensemble constitué par les moyens inductifs et capacitifs interposés entre le convertisseur et les moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge, les moyens montés en sortie du convertisseur qui constituent un circuit bouchon avec ledit ensemble étant des moyens capacitifs. Avantageusement, les deux branches qui relient la lampe à décharge au convertisseur sont symétriques. L'invention concerne également un projecteur à lampe à décharge qui comporte un tel module d'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit. Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit de résonance qui n'est pas conforme à la solution proposée par l'invention; la figure 2 est une représentation schématique illustrant le principe d'un mode de réalisation possible de l'invention; - la figure 3 est une représentation schématique illustrant un autre mode de réalisation possible de l'invention; - les figures 4a et 4b illustrent des exemples de convertisseurs possibles pour un module d'allumage conforme à l'invention; - les figures 5a et 5b illustrent les signaux qui attaquent les transistors de type MOSFET au primaire de ces convertisseurs - les figures 6a et 6b illustrent deux autres modes de réalisations possibles pour des modules d'allumage conformes à l'invention; - les figure 7 et 7b illustrent deux autres modes de réalisation possibles pour les modules d'allumage conformes à l'invention. Le module d'alimentation illustré sur la figure 2 comporte un convertisseur- élévateur continu/alternatif 1, qui est alimenté par la batterie E du véhicule, et dont les bornes de sortie alimentent la lampe à décharge LAD. Plus particulièrement, la lampe à décharge LAD est montée entre une borne de sortie du convertisseur 1 et un condensateur C dont l'autre extrémité est reliée à l'autre borne de sortie du convertisseur 1. Une inductance L est montée en parallèle à la lampe à décharge. Par exemple, pour une tension V en sortie du convertisseur 1 égale à 300 V, un tel montage permet de générer une tension d'amorçage de 10 KV, avec une valeur de 10 mH pour l'inductance L (c'est-à-dire 500 spires sur un bobineau d'une longueur de 30 mm et un bâtonnet de ferrite de type 3F3 ou 3C8 d'un diamètre de l'ordre de 8 mm), une valeur de 100 PF pour le condensateur C (celui-ci étant choisi pour supporter 25 kV) et une fréquence de 160 kHz pour la tension V. L'intensité du courant dans I'inductance L atteint alors 1 A. L'inductance L est bien entendu choisie pour ne pas être saturée à cette valeur d'intensité. Après l'amorçage, le convertisseur 1 délivre un courant à une fréquence qui est de l'ordre de 1 MHz, pour une tension aux bornes de la lampe qui est de l'ordre de 70 V et une intensité de courant dans celle-ci qui est de l'ordre d'une fraction d'ampère. Egalement, ainsi que l'illustre la figure 3, il est avantageusement prévu en série avec le condensateur C et le sous-circuit que constituent la lampe à décharge LAD et l'inductance L, un autre élément inductif LF, qui est tel que la fréquence du courant en régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge est proche de la fréquence de résonance du sous- circuit que constituent cet élément inductif LF et le condensateur C. Ainsi, I'essentiel de la tension en sortie du convertisseur 1 est délivrée à la lampe à décharge LAD: I'élément inductif LF compense la puissance réactive du condensateur C. Par exemple, pour une valeur de 100 pF pour le condensateur C et une fréquence de 1 MHz en régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge, I'élément inductif LF a une valeur de l'ordre de 300 gH. Cette valeur d'inductance est très inférieure à celle de l'inductance L. Par conséquent, la phase d'amorçage n'est pas perturbée par la présence de cette inductance LF. Par contre, en l'absence d'une telle inductance, I'impédance du condensateur C serait de l'ordre de 1,6 kQ, ce qui correspondrait à une perte de tension importante en sortie du convertisseur. Des exemples possibles de circuits de convertisseurs ont été représentés sur les figures 4a et 4b. Sur la figure 4a, le montage est de type Push-Pull. Il comporte deux transistors T1 et T2 de type MOSFET dont les sources sont reliées à la masse et dont les drains sont reliés respectivement à l'une et à l'autre des deux extrémités d'un enroulement primaire 2a, qui est relié par un point central à une borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie E. Cet enroulement primaire est couplé par mutuelle induction à un enroulement secondaire 2b, dont l'inductance de fuite est l'inductance LF. Sur la figure 4b, le montage comporte également deux transistors T1 et T2 de type MOSFET. Le drain du transistor T1 et la source du transistor T2 sont tous deux reliés à une même extrémité d'un enroulement primaire 2a. La source du transistor T1 est reliée à une borne B+ d'alimentation à la tension de la batterie E, tandis que son drain est relié à la masse. Deux condensateurs Cl et C2 sont montés entre l'extrémité de l'enroulement primaire 2a qui est opposée aux transistors T1 et T2 et respectivement la borne B+ et la masse. Dans l'un et l'autre cas, les transistors T1 et T2 sont commandés par une unité de gestion (non représentée), laquelle, en régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge, régule la puissance dans ladite lampe en fonction d'informations qu'elle reçoit sur la tension et l'intensité dans celle-ci. Cette puissance peut notamment être régulée en faisant varier la fréquence du courant d'alimentation délivré par le convertisseur 1. Toutefois, de façon préférée, I'unité de gestion maintient constante la fréquence fondamentale du courant d'alimentation en sortie du convertisseur 1. A cet effet, les transistors T1 et T2 du montage de la figure 4a ou du montage de la figure 4b sont avantageusement attaqués par des signaux à impulsions à largeur modulée de fréquence principale constante. Des signaux de ce type sont par exemple illustrés sur les figures 5a et 5b (sur ces figures, T représente la période qui est l'inverse du de la fréquence fondamentale du courant d'alimentation; t correspond au rapport cyclique rapporté à cette période). Le rapport r de transformation du transformateur que constitue les enroulements primaire et secondaire 2a et 2b est choisi de l'ordre de 30, de façon à permettre de développer en sortie du convertisseur 1 une tension de 300V, à partir d'une tension d'entrée de l'ordre de 10 V. En régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge, le courant dans le circuit primaire est alors de l'ordre de 20 A. Pour limiter ce courant, le circuit en sortie du convertisseur 1 comporte avantageusement un élément inductif ou capacitif, qui est monté entre les bornes de sortie du convertisseur 1 et qui réalise avec la branche LF-C un circuit bouchon dont la fréquence de résonance correspond à la fréquence fondamentale du régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge, de sorte qu'à cette fréquence fondamentale l'impédance du circuit secondaire soit importante et que l'intensité dans l'enroulement secondaire soit faible. Par exemple, si la fréquence de fonctionnement approche par les valeurs inférieures la fréquence de résonance de la branche LF-C (c'est à dire si l'impédance résiduelle de cette branche est capacitive, ce qui est le cas préféré), I'élément aux bornes du convertisseur 1 destiné à constituer un circuit bouchon avec ladite branche LF-C est une inductance Lm (figure 6a). Si au contraire, la fréquence de fonctionnement approche par les valeurs supérieures la fréquence de résonance de la branche LF-C (l'impédance résiduelle de cette branche étant inductive), l'élément aux bornes du convertisseur 1 destiné à constituer un circuit bouchon avec ladite branche LF-C est un condensateur Cb (figure 6b). Par ailleurs, pour exploiter au mieux les transistors MOSFET, on choisit également les valeurs inductives et capacitives des éléments LF et C de façon que le rapport cyclique des signaux de commande des transistors T1 et T2 soit proche de 1/2 lorsque l'intensité de courant dans la lampe est à son maximum et la tension de la batterie à son minimum. Pour une intensité de courant maximale, une tension de batterie de l'ordre de 10 Volts et un rapport de transformation dans le convertisseur 1 de 30, I'impédance de la branche LF-C doit donc être de l'ordre de 200 Ohms. L'inductance Lm est donc de l'ordre de 30 gH Cette inductance peut éventuellement être réalisée par l'inductance du secondaire du transformateur. On notera que les modules d'alimentation qui viennent d'être décrits présentent l'avantage d'être d'une grande simplicité. On notera en outre que le nombre de fils de câblage reliant les modules à la lampe est limité à deux. De préférence, ces deux fils sont disposés symétriquement. Notamment, les deux branches reliant la lampe à décharge LAD aux deux bornes de sortie du convertisseur I sont avantageusement symétriques. Chacune de ces deux branches comportent par exemple, ainsi qu'illustré sur les figures 7a et 7b, un condensateur C et éventuellement une inductance LF. Une telle structure symétrisée permet de compenser directement les effets de CEM. Les modules qui viennent d'être décrits en référence aux figures 2 et suivantes sont intégrés à des projecteurs à lampe à décharge, qui en dehors de leur module d'alimentation, sont de type classique. REVENDICATIONS 1. Module d'alimentation de lampe à décharge, notamment pour projecteur de véhicule automobile, comportant des moyens (1) formant convertisseur pour la génération d'un courant alternatif et des moyens d'amorçage, caractérisé en ce que ces moyens d'amorçage comportent un circuit de résonance qui est monté en sortie du convertisseur (1) et qui comporte des moyens inductifs (L) montés en parallèle par rapport à la lampe à décharge (LAD) et des moyens capacitifs (C) qui sont interposés entre le convertisseur (1) et les moyens inductifs (L) montés en parallèle à la lampe à décharge (LAD), ledit convertisseur (1) étant commandé à la fréquence de résonance dudit circuit lors de l'amorçage de la lampe à décharge (LAD). 2. Module selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte également des seconds moyens inductifs (LF) qui sont interposés entre le convertisseur (1) et les premiers moyens inductifs (L) montés en parallèle par rapport à la lampe à décharge (LAD) et en ce que la fréquence fondamentale du régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge (LAD) est au voisinage de la fréquence de résonance de l'ensemble que constituent les moyens capacitifs (C) et les seconds moyens inductifs (LF). 3. Module selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces seconds moyens inductifs (LF) sont constitués par l'inductance de fuite d'un enroulement secondaire d'un transformateur en sortie du convertisseur (1). 4. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte également des moyens inductifs (Lm) ou capacitifs (Cb) montés en sortie du convertisseur (1), en parallèle au circuit de résonance permettant l'amorçage, lesdits moyens inductifs ou capacitifs constituant, avec les moyens (LF, C) dudit circuit qui relient le convertisseur (1) aux moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge, un circuit bouchon dont la fréquence de résonance est voisine de la fréquence fondamentale du régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge (LAD). 5. Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement approche par les valeurs inférieures la fréquence de résonance de l'ensemble constitué par les moyens inductifs et capacitifs (LF, C) interposés entre le convertisseur (1) et les moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge (LAD) et en ce que les moyens montés en sortie du convertisseur (1) qui constituent un circuit bouchon avec ledit ensemble sont des moyens inductifs (Lm). 6. Module selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence de fonctionnement approche par les valeurs supérieures la fréquence de résonance de l'ensemble constitué par les moyens inductifs et capacitifs (LF, C) interposés entre le convertisseur (1) et les moyens inductifs montés en parallèle à la lampe à décharge (LAD) et en ce que les moyens montés en sortie du convertisseur (1) qui constituent un circuit bouchon avec ledit ensemble sont des moyens capacitifs (Cb). 7. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le convertisseur (1) comporte deux transistors (T1, T2) de type MOSFET dont les sources sont reliées à la masse et dont les drains sont reliés respectivement à l'une et à l'autre des deux extrémités d'un enroulement primaire, qui est relié par un point central à une borne d'alimentation en tension, cet enroulement primaire est couplé par mutuelle induction à un enroulement secondaire aux bornes duquel est monté le circuit de résonance d'amorçage. 8. Module selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le convertisseur (1) comporte deux transistors (T1, T2) de type MOSFET, le drain d'un premier transistor et la source du deuxième étant tous deux reliés à une même extrémité d'un enroulement primaire, la source du premier transistor étant reliée à une borne d'alimentation en tension, tandis que son drain est relié à la masse, deux condensateurs (Cl, C2) étant montés entre l'extrémité de l'enroulement primaire qui est opposée aux transistors et respectivement la borne d'alimentation et la masse, l'enroulement primaire étant couplé par mutuelle induction à un enroulement secondaire aux bornes duquel est monté le circuit de résonance d'amorçage. 9. Module selon l'une des revendications 7 et 8, caractérisé en ce qu'en régime d'entretien de l'arc de la lampe à décharge, les transistors (T1, T2) sont commandés par des signaux à impulsions à largeur modulée de fréquence principale constante. 10. Module selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux branches qui relient la lampe à décharge au convertisseur sont symétriques. 11. Projecteur de véhicule automobile du type à lampe à décharge, caractérisé en ce qu'il comporte un module d'alimentation selon l'une des revendications précédentes.