Brevet FR2781939A1 — publié le 20000204

1;d{Y2781939 L'invention concerne un générateur de haute-tension, et plus particulièrement un générateur de haute-tension destiné à l'alimentation de moniteurs d'images comportant un tube à rayons cathodiques. La qualité des images affichées sur l'écran d'un tube à rayons cathodiques ainsi que la fiabilité du moniteur équipé d'un tel tube dépendent pour beaucoup des performances de la source de très haute- tension (THT), généralement de l'ordre de 25kV-30kV, nécessaire à l'alimentation du tube. Le plus souvent, le générateur THT utilise la surtension de retour qui existe normalement dans l'étage de balayage horizontal. Avec I'apparition des moniteurs multisynchronisation, il n'est pratiquement plus possible d'utiliser la tension de retour pour générer la THT; le temps de retour n'est plus constant à cause de l'étendue des fréquences couvertes par ces moniteurs et par conséquent la tension de retour varie en fonction de ce temps de retour et la haute tension qui est directement proportionnelle à cette tension de retour va aussi varier et induire une variation de format de l'image inacceptable. La solution envisagée dans l'état de la technique est de recourir à un générateur haute-tension auxiliaire indépendant du balayage. Ces générateurs comportent habituellement des multiplicateurs de tension reliés au secondaire d'un transformateur élévateur. Cependant les générateurs de ce type présentent un inconvénient majeur qui est le résidu de filtrage de la tension continue. Ce résidu se traduit sur l'image générée sur la tube par une variation asynchrone de l'amplitude horizontale ainsi que par l'apparition de bruit dans l'image elle-même. Ces défauts peuvent être acceptés pour un moniteur informatique bas de gamme mais pas pour les stations de travail haut de gamme ou les moniteurs destinés à l'imagerie médicale. Dans ce dernier cas, quand le moniteur est destiné au diagnostic, ces bruits peuvent rendre son utilisation impossible. Afin d'apporter une solution aux problèmes liés à la tension résiduelle de filtrage, le générateur haute tension selon l'invention comporte un transformateur élévateur, un multiplicateur de tension connecté au 2 2781939 secondaire du transformateur, des moyens de filtrage de la tension issue du multiplicateur de tension, et est caractérisé en ce qu'il comporte en outre, entre la sortie du multiplicateur de tension et la charge à alimenter, des moyens de réduction du résidu de filtrage comportant au moins une diode traversée par au moins une partie du courant de charge. L'invention et ses avantages seront mieux compris à l'aide de la description qui va suivre et des dessins parmi lesquels: - la figure 1 est une représentation schématique d'un générateur hautetension selon l'état de la technique, - la figure 2 est le schéma équivalent à celui de la figure 1, - la figure 3 montre l'ondulation résiduelle qui apparaît aux bomrnes d'un générateur selon l'état de la technique, - la figure 4 illustre un mode de réalisation de l'invention, la figure 5 montre un autre mode de réalisation d'un générateur haute tension selon l'invention. Comme illustré par la figure 1, un générateur selon l'état de la technique comprend un transformateur élévateur dont le secondaire 1 délivre à sa sortie S une tension alternative d'amplitude Um à un redresseur sous forme d'un multiplicateur de tension, ici représenté par le réseau de condensateurs Cl à C6 et de diodes D1 à D6, et, à la sortie C du redresseur, un condensateur CF de filtrage de la tension redressée. Sur la figure 1 on a représenté les formes et amplitudes des tensions aux différents points du réseau de condensateurs et de diodes; aux points A, B et C s'établissent des tensions continues 2, 4, 6 fois plus élevées que la tension crête du secondaire 1 du transformateur élévateur; aux points D, E, F on retrouve la tension alternative délivrée par le transformateur élévateur à laquelle s'est superposée successivement la tension continue aux bornes de A, B et C. Les diodes D1 à D6 ont chacune une capacité parasite représentée sur la figure I en pointillés uniquement aux bornes de D6 comme un condensateur Cp. Dans la plupart des générateurs haute-tension on cherche à obtenir une tension de l'ordre de 27kV, avec un redresseur 3 2781939 sextupleur conforme à la figure 1; pour cela, il est nécessaire de disposer aux bornes du secondaire 1 du transformateur élévateur d'une tension alternative dont l'amplitude crête est de l'ordre de 9kV. La capacité parasite Cp d'une diode de redressement est de lI'ordre de 4pF et la capacité de filtrage CF de 1 nF choisie pour un courant de sortie est de l'ordre de 1 mrnA. Le condensateur de filtrage CF et les condensateurs C1 à C6 ainsi que les capacités parasites des diodes constituent un diviseur capacitif. Le schéma équivalent du diviseur capacitif est représenté a la figure 2; les capacités C1 à C6 ont été négligées de par leur valeur très grande devant Cp et le diviseur capacitif se réduit au schéma dans lequel interviennent uniquement la capacité parasite du de la diode de redressement finale D6 et la capacité de filtrage CF. Il en résulte que la tension au point C de sortie du générateur va présenter une ondulation parasite due à la capacité Cp d'amplitude: Uc =Um x Cp/CF soit pour une tension au secondaire du transformateur élévateur de l'ordre de 9kV: Uc= 9.103x4.1012/109= 36V Quelque soit le courant de sortie il en résulte que le générateur présentera au moins cette amplitude d'ondulation parasite. Par ailleurs, il vient se superposer sur cette ondulation un résidu de filtrage lorsque le générateur débite un courant sur une charge disposée à sa sortie. Comme illustré par la figure 3, on peut estimer en première approximation que cette ondulation est sinusoïfdale et suit la formule: AU = ( At x 1)/C ou I est le courant de sortie, C la capacité de sortie et At la période du signal issue du transformateur. 4 2781939 Dans le cas d'un transformateur fonctionnant à une fréquence de khz, At est de l'ordre de 17ps et C étant égale à Cp du fait que Cp est faible devant les capacités Cl à C6, la valeur de AU pour un courant de charge de l'ordre de 1 mA est de l'ordre de: AU = (17.10-6 x 10'3)/ 109 = 17 V La tension totale au borne du condensateur de filtrage présente donc une ondulation résiduelle de l'ordre de 36 + 17 = 53 Volts pour un courant de sortie de 1 mA. Cette amplitude est inacceptable pour un moniteur médical o tout bruit doit être éliminé pour obtenir une lecture correcte de l'image. Pour corriger ce type de problème, le générateur haute-tension, selon l'invention, comporte à la sortie du multiplicateur de tension une diode en série avec la charge. Ce dispositif est illustré par la figure 4, la diode D7 est disposée en sortie C du multiplicateur et en série avec la charge à alimenter; cette charge est représentée sous forme d'un tube à rayons cathodiques dont la capacité d'entrée est schématisée par Ct. Compte tenu du fait que les capacités parasites Cp et C'p des diodes D6 et D7 sont environ du même ordre de grandeur, très faible devant la capacité de filtrage CF et la capacité d'entrée du Ct du tube, il en résulte que Cp et C'p forment un nouveau pont diviseur capacitif et que la valeur de l'ondulation parasite appliquée à la charge n'est plus Uc mais: 12/ 9 -.15V l UG = Uc x C'p/Ct = 36 x 4. 10 210-9 =0.15 volt Il apparaît que la tension parasite est ainsi amenée à un niveau négligeable permettant l'alimentation de moniteurs médicaux. Par ailleurs, un autre avantage de la diode D7 est de redresser la résiduelle de filtrage: le réseau D7/Ct forme un redresseur qui amène la résiduelle à moins de 1 volt d'amplitude avec un débit de 1 mA. 2781939 Une résistance R peut être avantageusement ajoutée en série avec la diode D7. Cette résistance participe alors au filtrage de la tension résiduelle en formant un filtre de premier ordre. Dans le cas o le générateur haute-tension est destiné à alimenter un tube à rayons cathodiques, la résistance R devra être choisie de manière à limiter le courant d'arc et protéger ainsi le générateur, de manière à limiter la chute de tension à ses bornes. Dans un mode de réalisation de l'invention, dans lequel le générateur est conçu pour délivrer 1 mA sous 27 kV, la valeur de la résistance R à été choisie égale à 4,7 kQ. Le dispositif selon l'invention n'est pas limité à la mise en série d'une seule diode D7. Suivant les valeurs de capacités de filtrage et les valeurs des capacités parasites des diodes utilisées, pour obtenir un pont capacitif offrant à la sortie du générateur une tension très faible, il peut être nécessaire de remplacer la diode D7 par plusieurs diodes en série ou en parallèle. 6 2781939 REVENDICATIONS 1 - Générateur de haute tension comportant un transformateur élévateur, un multiplicateur de tension connecté au secondaire du transformateur, des moyens de filtrage de la tension issue du multiplicateur de tension, caractérisé en ce que le générateur comporte en outre, entre la sortie du multiplicateur de tension et la charge à alimenter, des moyens de réduction du résidu de filtrage comportant au moins une diode traversée par au moins une partie du courant de charge. 2 - Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de filtrage comporte au moins un condensateur disposé en parallèle sur la sortie du multiplicateur de tension. 3 - Générateur selon la revendication 1 caractérisé en ce que les moyens de réduction du résidu de filtrage comporte une résistance en série avec la diode. 4 - Moniteur d'images comportant un tube à rayons cathodiques et un générateur de haute-tension pour alimenter le tube à rayons cathodiques, caractérisé en ce que le générateur haute-tension est conforme à la revendication 1.