Brevet FR2786652A1 — publié le 20000602

ALIMENTATION D'UNE DIODE ÉLECTROLUMINESCENTE SUR LE SECTEUR La présente invention concerne le domaine des circuits d'alimentation d'un voyant lumineux par une tension alternative. L'invention concerne plus particulièrement un circuit d'alimenta- tion d'un voyant lumineux constitué par une diode électrolumines- cente, fonctionnant sur le secteur. La figure 1 représente un exemple classique d'un mon- tage destiné à alimenter une charge 18 par une tension alterna- tive Vin en associant la mise sous tension de la charge 18 à l'allumage d'un voyant lumineux 12. Le voyant 12 fait partie d'un circuit 10 d'alimentation du type auquel s'applique la présente invention. Le montage reçoit la tension alternative Vin entre deux bornes d'alimentation 14 et 16. La borne 14 est connectée, par l'intermédiaire d'un commutateur 22 commandant l'alimentation de la charge 18, entre une première borne 19 de la charge 18 et la borne 16. Le circuit 10 comprend une résistance d'abaissement de tension 20 en série avec le voyant lumineux 12, et, dans cet exemple, cette association en série est connectée en parallèle avec la charge 18. A titre d'exemple, la charge 18 peut être un appareil électrique, le commutateur 22 un commutateur de mise en fonctionnement de cet appareil et le voyant lumineux 12 un témoin de fonctionnement. Généralement, le voyant lumineux 12 est un tube néon de petite taille, qui consonmme classiquement 1 mA sous une tension de 70 V. Si la tension Vin est le secteur de 220 V / 50 Hz, on pourra utiliser une résistance 20 de l'ordre de 150 k.Q. L'utilisation d'un tube néon présente plusieurs inconvé- nients. Tout d'abord les éléments internes d'un tube néon subissent, en fonctionnement, une érosion due au plasma gazeux, et le tube a par conséquent une durée de vie assez courte. De plus, un tube néon, si petit soit-il, est relativement encombrant et il est parfois difficile à intégrer dans un petit appareil. En outre, la lumière émise par un tube néon n'est pas naturellement directive, et il peut être nécessaire d'ajouter un réflecteur au tube, ce qui augmente son encombrement. Pour éviter ces inconvénients, on a songé à remplacer le tube néon par une diode électroluminescente, qui dispose d'une durée de vie étendue, est peu encombrante, et produit de la lu- mière de manière directive. Cependant, une diode électroluminescente demande, pour fonctionner, au moins 10 mA sous une tension de l'ordre de 1 V (ou inférieure). Ainsi, si dans la figure 1 le voyant lumineux 12 est une diode électroluminescente, on devra utiliser une résis- tance dissipative 20 de l'ordre de 20 kD qui dissipera une puissance environ dix fois plus élevée que dans le cas du tube néon. Une telle dissipation de puissance peut nuire au bon fonc- tionnement du circuit d'alimentation du voyant lumineux, en particulier lorsqu'il est confiné dans un espace réduit. Un objet de la présente invention est de prévoir un circuit d'alimentation d'une diode électroluminescente fonction- nant sur le secteur, de petite taille et dissipant une puissance réduite. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un circuit d'alimentation d'un voyant lumineux par une tension alternative, dans lequel le voyant lumineux est constitué par une diode électroluminescente, et dans lequel le circuit comprend un moyen pour alimenter la diode électroluminescente à partir d'impulsions de tension prélevées sur la tension alternative. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les impulsions de tension ont une fréquence et un rapport cycli- que fixes. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit d'alimentation d'un voyant lumineux comprend un moyen pour redresser la tension alternative destinée à alimenter la diode électroluminescente. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la diode électroluminescente est connectée en série avec une inductance et un conmmutateur, une diode de roue libre étant connectée en parallèle avec la diode électroluminescente et l'inductance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit d'alimentation d'un voyant lumineux comprend des moyens pour ouvrir et fermer le conimmutateur à ladite fréquence et avec ledit rapport cyclique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les moyens pour conmnander le commutateur comprennent un bistable connecté pour fermer et ouvrir le conmmutateur lorsqu'il est respectivement activé et inactive. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le bistable est activé par un premier circuit comparant une première tension de référence et la tension de charge d'un condensateur à travers une première résistance, et le bistable est inactivé par un second circuit comparant une seconde tension de référence et la tension de charge du condensateur à travers une seconde résistance. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit d'alimentation d'un voyant lumineux comprend des moyens pour qu'un courant traverse la seconde résistance seule- ment lorsque le bistable est activé. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le condensateur est relié à la sortie directe du bistable par l'association en série de la seconde résistance et d'une diode de blocage connectée de manière à forcer un courant dans la seconde résistance de la sortie directe du bistable vers le condensateur. Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles: la figure 1, précédemment décrite, représente un schéma simplifié d'un montage muni d'un circuit d'alimentation d'un voyant lumineux selon l'état de la technique; la figure 2 représente un schéma simplifié d'un montage muni d'un circuit d'alimentation d'un voyant lumineux selon un mode de réalisation de la présente invention; la figure 3 représente plus en détail un schéma du cir- cuit d'alimentation d'un voyant lumineux de la figure 2; la figure 4 représente un schéma du moyen de commnande de la figure 3; et la figure 5 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement du circuit de la figure 3. Les mêmes références désignent les mêmes éléments aux différentes figures. Une caractéristique de la présente invention est d'ali- menter une diode électroluminescente constituant un voyant lumineux, à partir d'impulsions de tension prélevées sur une tension alternative, par exemple le secteur. De préférence, on alimente la diode électroluminescente au moyen d'un courant produit par une inductance soumise à ces impulsions de tension de manière à éviter un scintillement de la diode. La figure 2 représente un montage 11 comprenant, comme en figure 1, une charge 18 recevant par l'intermédiaire d'un commutateur 22 une tension Vin appliquée à des bornes d'alimenta- tion 14 et 16. Un circuit 24 selon l'invention d'alimentation d'un voyant lumineux Dl est, par exemple, connecté aux bornes 19 et 16 de la charge 18. Le circuit d'alimentation 24 comprend une diode électroluminescente Dl connectée en série avec une induc- tance Ll et un conmmutateur Tl, entre une borne 25 et la borne d'alimentation 16, qui sert de borne de référence. Un circuit de redressement D2 est connecté entre les bornes 19 et 25 pour fournir, entre les bornes 25 et 16, une tension redressée Vr. La tension Vr correspond à la tension aux bornes de la charge 18, redressée. Une diode de roue libre D3 est connectée en parallèle avec la diode Dl et l'inductance L1. Le circuit 24 comprend en outre un moyen de commande 26 dont les bornes d'alimentation basse et haute sont reliées, respectivement, à la borne 16 et, par l'intermédiaire d'une résistance d'abaissement de tension Rl, à la borne 25. Une sortie du moyen de commande 26 est reliée à une borne de commande du conmutateur Tl, ici la grille d'un transistor de type MOS. Lorsqu'il est alimenté, c'est-à-dire lorsque le commu- tateur 22 est fermé, le moyen de conmmnande 26 commande le commutateur Tl par impulsions. De préférence, ces impulsions sont de fréquence et de rapport cyclique fixes de manière à simplifier la constitution du circuit 24. Lorsque le commutateur T1 est fermé, la diode de roue libre D3 est bloquée et l'inductance L1 est soumise à la tension Vr. Lorsque le commutateur T1 est ouvert, la diode de roue libre D3 conduit et l'inductance Ll agit en générateur de courant. La diode Dl est alimentée par le courant ininterrompu qui traverse l'inductance Ll. La fréquence et le facteur de forme des impul- sions de commande du cormmutateur Tl déterminent la puissance transmise à l'inductance L1, et les valeurs minimale et maximale du courant qui traverse la diode électroluminescente D1. La figure 3 représente plus en détail le circuit d'ali- mentation 24 de la figure 2 selon un mode de réalisation de la présente invention. Une résistance de protection R2 de faible valeur (par exemple de l'ordre de moins de 1 k&2) est, de préfé- rence, placée en série avec le circuit de redressement D2. Le circuit de conmmande 26 comprend un circuit bistable 28 comportant une entrée analogique d'activation THR, une entrée analogique d'inactivation TRG, une sortie Q numérique (sortie directe) et une sortie analogique DIS. La borne d'alimentation basse Gnd du circuit bistable 28 est reliée à la borne de réfé- rence 16. La borne d'alimentation haute V+ du circuit bistable 28 est connectée à une borne 29, reliée à la borne 25 par la résis- tance d'alimentation R1. Un condensateur C2 est connecté en parallèle avec une diode Zener Zl entre les bornes 16 et 29. Les entrées TRG et THR du circuit 28 sont reliées ensemble à une première borne A d'un condensateur C1 dont une deuxième borne est reliée à la borne de référence 16. La borne A est entre autre reliée à la sortie DIS du bistable 28 par une résistance R3. La cathode d'une diode D4 dont l'anode est reliée à la sortie Q du bistable 28 est reliée à la borne A par l'intermédiaire d'une résistance R4. La sortie Q du bistable 28 est également reliée à la grille du commutateur Tl. Le condensateur C2 et la diode Zener Z1 fournissent, lorsque le circuit 24 est alimenté, une tension constante au circuit bistable 28. La figure 4 représente un schéma d'un mode de réalisa- tion du circuit 28 de la figure 3 qui comprend une bascule RS 30 dont les bornes d'activation S et d'inactivation R reçoivent respectivement les sorties d'un premier et d'un second amplifica- teur opérationnel AMP1 et AMP2. Une chaîne de résistances R5, R6, R7 connectées en série entre les bornes d'alimentation haute V+ et basse Gnd produisent des tensions de référence basse V1 et haute V2 respectivement prélevées entre la résistance R6 et la résistance R7 et entre la résistance R5 et la résistance R6. La tension Vl est fournie à l'entrée positive de l'amplificateur AMP1 et la tension V2 est fournie à l'entrée négative de l'ampli- ficateur AMP2. La borne d'activation THR est reliée à l'entrée négative de l'amplificateur AMP1 et la borne d'inactivation TRG reliée à l'entrée positive de l'amplificateur AMP2. Dans ce mode de réalisation, la bascule 30 est alimentée entre les bornes V+ et Gnd. Ainsi, les niveaux logiques haut et bas des sorties Q et Q de la bascule 30 sont respectivement les tensions des bornes V+ et Gnd. Enfin, un transistor bipolaire T2 de type NPN dont l'émetteur est relié à la borne Gnd, est relié par sa base à la sortie Q de la bascule 30 et par son collecteur à la borne DIS du circuit 28. Lorsque l'entrée d'activation THR reçoit une tension inférieure à la tension de référence basse V1, l'amplificateur AMPi active le circuit bistable 28. Lorsque l'entrée d'inactiva- tion TRG reçoit une tension supérieure à la tension de référence haute V2, l'amplificateur AMP2 inactive le circuit bistable 28. Les résistances R5, R6, R7 sont, par exemple, choisies telles que V1 = 1/3 et V2 = 2/3 de la tension entre les bornes V+ et Gnd. La sortie DIS est sensiblement au potentiel de la borne Gnd lorsque le bistable est inactivé, et elle est mise en haute impédance lorsque le bistable est activé. A titre d'exemple particulier de réalisation, un cir- cuit 28 de l'invention peut être constitué d'un circuit connu sous la dénomination commerciale TS555. La figure 5 représente, sous forme de chronogrammes, deux alternances d'une tension redressée en double alternance Vr et l'évolution correspondante de la tension VA de la borne A, ainsi que les tensions des bornes S, R, Q, Q de la bascule 30. La figure 5 illustre également l'évolution correspondante des tensions VDIS et VL1, respectivement, au niveau de la borne DIS et aux bornes de l'inductance L1. La tension VR est établie à un temps t1, correspondant par exemple à la fermeture du commutateur 22 de la figure 2. Après un bref temps d'établissement, le circuit bistable 28 est alimenté et, la tension VA étant inférieure à la tension Vi, la bascule 30 reçoit un signal d'activation S en sortie de l'ampli- ficateur AMPi. La sortie Q de la bascule 30 est à un niveau logique haut (bistable activé), c'est-à-dire la tension de la borne 29, et la sortie Q à un niveau logique bas, c'est-à-dire la tension de la borne 16 de référence. Le transistor T2 est ouvert, aucun courant ne circule à travers la résistance R3, et la borne de sortie DIS du circuit 28 a une tension égale à la tension VA. D'autre part, le transistor Tl est fermé et l'induc- tance Li est soumise à la tension Vr. La borne Q étant à une tension haute, la diode D4 est en conduction et le condensateur Cl se charge à travers la résistance R4. Lorsqu'en un instant t2, la tension VA dépasse la ten- sion V1, l'amplificateur AMP1 cesse d'être activé et la commande d'activation S est inactivée. L'état de la bascule 30 reste le même. La tension VA croît jusqu'à un instant t3 auquel elle atteint la deuxième tension V2. Lorsque VA atteint la valeur V2, l'amplificateur AMP2 active la borne d'inactivation R de la bascule 30. La sortie Q est alors inactivée (bistable inactive), ce qui ouvre le transistor Tl. Dans le même temps, la sortie Q est activée ce qui ferme le transistor T2 et amène la borne DIS à la tension de la borne de référence. La diode D4 est alors blo- quée, et le condensateur Cl se décharge à travers la résistance R3. La tension VA décroît ainsi jusqu'à ce qu'elle atteigne la première tension V1 à un instant t2' suivant, ce qui entraine une nouvelle activation de la bascule 30 jusqu'à un instant t3' suivant, c'est-à-dire le début d'un nouveau cycle de charge et de décharge du condensateur Ci. On notera que la période de charge et de décharge du condensateur Ci est égale à la somme des constantes de temps R3C1 et R4C1, la constante de temps R4C1 fixant essentiellement le temps de charge et la constante de temps R3C1 fixant essentiel- lement le temps de décharge. De même, le rapport cyclique des impulsions de tension fournies à l'inductance L1 est égal à R4/(R3+R4). Les valeurs des résistances R3 et R4 permettent ainsi de régler la valeur du courant qui va traverser l'inductance L1. Les valeurs des tensions Vl et V2 peuvent également permettre d'agir sur la fréquence des impulsions de tension. La plage de courant (entre 10 et 25 mA) acceptable pour une diode électroluminescente est parfaitement compatible avec le fait de fixer par fabrication la fréquence et le rapport cyclique des impulsions. Cela permet de simplifier le circuit par rapport à un circuit régulant le courant. Le rapport cyclique recherché est de préférence faible en raison des différences entre la tension d'alimentation de l'inductance et la tension aux bornes de la diode électroluminescente. Une variante de réalisation, qui permet d'obtenir un rapport cyclique de l'ordre de un pour cent, consiste à connecter une des bornes de la résistance R4 à la borne d'alimentation haute V+. Toutefois, une telle solution entraîne une forte consonmnation dans la résistance R4. Par consé- quent, on préférera le mode de réalisation décrit en relation avec la figure 3, dans lequel le raccordement de la résistance R4 et de la diode D4 entre les bornes DIS et A minimise la dissipa- tion dans la résistance R4. On notera également que la faible consommation d'un circuit 28 de l'invention (de l'ordre de 300mA) devant celle de la diode Dl (0,3mA) permet d'utiliser une résis- tance Ri de forte valeur (proche de 200k.) pour abaisser la tension sans engendrer une forte dissipation. On remarquera que la figure 5 décrit un fonctionnement avec une tension redressée en double alternance, par exemple obtenue avec un pont de diodes comme circuit de redressement 12, mais l'homme du métier adaptera sans difficultés la présente invention à une tension redressée en simple alternance. De même, le circuit de commande 26 du commuta- teur Ti décrit en relation avec les figures 2 à 5 peut être remplacé par un circuit classique de modulation de largeur d'im- pulsion (PWM). Le rapport cyclique des impulsions de commande du commutateur Tl sera alors ajusté de manière à lisser la tension fournie à l'inductance Ll. Enfin, le circuit représenté en figure 3 pourra être réalisé au moyen de composants discrets, ou intégré. REVENDICATICOS 1. Circuit (24) d'alimentation d'un voyant lumineux par une tension alternative (Vin) caractérisé en ce que le voyant lumineux est constitué par une diode électroluminescente (D1), et en ce que le circuit comprend un moyen (26) pour alimenter la diode électroluminescente à partir d'impulsions de tension préle- vées sur la tension alternative. 2. Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les impulsions de tension ont une fréquence et un rapport cyclique fixes. 3. Circuit selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (D2) pour redresser la tension alternative (Vin) destinée à alimenter la diode électrolumines- cente (Dl). 4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que la diode électroluminescente est connectée en série avec une inductance (Li) et un commutateur (Tl), une diode de roue libre (D3) étant connectée en parallèle avec la diode électrolumines- cente et l'inductance. 5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour ouvrir et fermer le commutateur (Tl) à ladite fréquence et avec ledit rapport cyclique. 6. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens pour commander le commutateur (T1) comprennent un bistable (28) connecté pour fermer et ouvrir le conmmutateur lors- qu'il est respectivement activé et inactive. 7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé en ce que le bistable (28) est activé par un premier circuit comparant une première tension de référence et la tension de charge d'un condensateur (Cl) à travers une première résistance (R3), et en ce que le bistable est inactivé par un second circuit comparant une seconde tension de référence et la tension de charge du condensateur à travers une seconde résistance (R4). lZ 8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour qu'un courant traverse la seconde résistance (R4) seulement lorsque le bistable (28) est activé. 9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que le condensateur est relié à la sortie directe du bistable par l'association en série de la seconde résistance et d'une diode de blocage (D4) connectée de manière à forcer un courant dans la seconde résistance de la sortie directe du bistable vers le condensateur.