Brevet FR2811855A1 — publié le 20020118

La présente invention concerne les alimentations pour afficheurs à anodes fluorescentes sous vide (VED). Ces afficheurs sont notamment utilisés dans les véhicules automobiles pour afficher par exemple la vitesse. Un afficheur comporte des filaments (cathode), qui émettent, dans un volume sous vide, un flux continu d'électrons sous l'effet d'un courant alternatif de chauffage, et des anodes, correspondant aux motifs à afficher, sont portées à un potentiel positif par une alimentation, pour attirer les électrons émis. Le courant d'électrons sur les anodes, contrôlé par des grilles de commande, provoque une émission lumineuse fluorescente et révèle donc les motifs. Les filaments sont polarisés à une tension continue et il faut donc disposer, en plus de l'alimentation des anodes, d'un circuit qui fixe la polarisation des filaments. Comme les filaments sont montés en série avec les anodes et rebouclent à la masse le courant (conventionnellement positif) de l'alimentation de celles-ci, on monte, de façon classique, une diode Zener en série dans le rebouclage, entre la masse et les filaments. Les filaments sont ainsi polarisés à la tension positive de la diode Zener. Cependant, la diode Zener doit dissiper une puissance relativement importante puisque tout le courant la traverse. Il faut donc prévoir une diode Zener de puissance avec un radiateur, ce qui représente un volume et un coût importants. En outre, le rendement global de l'afficheur avec son alimentation est diminué d'autant. La présente invention vise à proposer une solution plus satisfaisante pour l' alimentation de l' afficheur. A cet effet, l'invention concerne une alimentation pour afficheur cathodoluminescent à anode luminescente pour engin de locomotion pourvu d'une batterie, alimentation caractérisée par le fait qu'elle comporte des circuits de polarisation de l'anode de l'afficheur agencés pour être reliés en entrée à la batterie. Ainsi, on peut polariser les filaments cathode à la tension batterie et celle- ci peut donc sans problème absorber le courant de l'alimentation fourni sous une tension d'anode régulée par rapport à la tension de cathode. En outre, l'énergie du courant absorbé est récupérée. La tension utile anodecathode, qui détermine l'efficacité optique, est ainsi régulée et indépendante des variations de la tension batterie. Avantageusement, les circuits de polarisation sont agencés pour recevoir la tension batterie et pour délivrer une tension de polarisation représentant une différence prédéterminée de tension anode-cathode, augmentée de la valeur de la tension batterie et il est prévu des circuits de régulation de la valeur de la tension de polarisation, agencés pour mesurer la différence de tension entre l'entrée et la sortie de l'alimentation et pour commander les circuits de polarisation d'après l'écart entre la différence mesurée et une valeur de consigne. Avantageusement encore, il est prévu un générateur alternatif de courant de chauffage de cathode, comportant un oscillateur à auto-transformateur agencé pour être alimenté en son point milieu par la batterie. Toutes les tensions nécessaires à l'afficheur sont ainsi disponibles au niveau de l'alimentation. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation préférée de l'alimentation de l'invention, en référence au dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un schéma électrique d'une alimentation continue, d'un afficheur, selon l'invention, et - la figure 2 est un schéma d'un oscillateur de l'alimentation, alimentant la cathode de l'afficheur en courant de chauffage. L'alimentation continue, référencée 9, de la figure 1 est reliée en entrée à une source primaire, constituée d'une batterie 10 de véhicule de locomotion, ici une automobile, et fournit en sortie, entre des bornes 2, positive, et 1, de masse, un courant à une tension de polarisation d'une -3S 2811855 anode 41 d'afficheur cathodoluminescent 40 à cathode-filament 42, à boîtier 43 et à grille de commande non représentée. La batterie 10 présente ici une tension nominale de 12 volts sous une impédance très faible entre sa borne positive 12 et sa borne de masse 11. L'alimentation 9 est reliée en entrée aux deux bornes 11, 12, donc est branchée directement en parallèle sur la batterie 10. Côté borne positive 12, l'alimentation 9 comporte une inductance série 3, de limitation du courant instantané et de stockage d'énergie, avec en aval un interrupteur de court- circuit 4, représenté ici par un transistor NPN, de mise à la masse de l'extrémité aval de l'inductance 3, opposée à la borne 12. Une diode 5 d'écrêtage de surtension, ou de roue-libre, relie le point commun des éléments 3, 4 à la borne 2 de sortie, à laquelle elle est reliée par sa cathode. Un condensateur de filtrage ou lissage 6 est branché entre les bornes de sortie 1 et 2. Les éléments 3, 4 forment un pont diviseur cycliquement variable produisant des surtensions écrêtées par la diode 5 qui recharge ainsi le condensateur 6 alimentant l'afficheur 40. L'interrupteur 4 est commandé par des circuits 8 PWM, fournissant cycliquement des impulsions positives de largeur variable, fermant l'interrupteur 4. Un amplificateur opérationnel 7, à entrées à haute impédance, constitue un circuit de mesure de différence de tension entre l'entrée 12 et la sortie 2 de l'alimentation 9 et commande les circuits PWM 8. L'amplificateur opérationnel 7 est donc relié en entrée, d'un côté, à la borne 12 de tension batterie d'entrée et, de l'autre côté, à la borne 2 de sortie, à la tension d'anode. Il n'a pas été représenté deux ponts diviseurs de tension aux entrées de l'amplificateur opérationnel 7 prévus pour éviter une destruction en entrée par la tension de sortie à la borne 2, qui dépasse la tension d'alimentation, 12 volts, de l'amplificateur opérationnel 7. La sortie de l'amplificateur opérationnel 7 est reliée à une entrée d'un circuit comparateur 88 des circuits 8, dont l'autre entree reçoit une valeur correspondante de consigne ou référence mémorisée localement. Il peut être prévu, à titre de telle référence, un élément analogique, tel que diode Zener, ou bien les circuits 88 peuvent être numériques et comporter en mémoire la valeur numérique de référence. En variante, l'amplificateur opérationnel 7 peut être remplacé par un simple transistor dont l'émetteur et la base reçoivent respectivement les deux tensions dont la différence est à mesurer. Le fonctionnement de l'alimentation est le suivant. La différence nominale de tension d'alimentation anode 41 cathode 42 de l'afficheur 40 est ici de 60 volts. In Afin d'éviter la capture des électrons, émis par le filament cathode 42, par les parties métalliques (43) de l'afficheur, polarisées à la masse, formant une enceinte sous vide de l'afficheur 40, la cathode 42 a été polarisée à une tension de décalage légèrement positive de quelques volts par rapport à la masse et la tension de l'anode 41 par rapport à la masse a été relevée d'autant pour maintenir constante, à 60 volts, la différence de tension anode-cathode qui détermine l'efficacité d'émission luminescente de l'anode 41. Pour polariser positivement la cathode 42 par rapport au boîtier 43, on la relie, selon l'invention, à la borne positive 12 de la batterie 10. Ainsi, le retour vers la masse (11), du courant I d'anode 41 (flèche F1), (considéré ici au sens conventionnel comme le courant positif opposé au courant des électrons) s'effectue à travers la batterie 10. De ce fait, l'énergie non utilisée par l'afficheur 40, correspondant à la tension de décalage multipliée par le courant I, une fraction d'ampère, est absorbée et récupérée par la batterie 10. Il n'y a donc pas d'échauffement sensible de la batterie 10 du fait de sa faible impédance et surtout du fait de la conversion chimique du courant I de recharge de la batterie 10. En outre, le courant I revenant de la cathode 42 à la borne 12 est dérivé vers l'inductance 3 à chaque cycle PWM et ainsi recyclé directement dans l'alimentation 9. En d'autres termes, la borne positive 12 de la batterie 10 est utilisée comme masse fictive de référence du potentiel de la cathode 42, avec, côté électriquement positif, le circuit qui consomme, c'est-à- dire l'anode 41 polarisée à 60 volts au-dessus de cette masse fictive 12 et, côté électriquement négatif, le boîtier 43, qui ne consomme pas, polarisé, par rapport à cette masse fictive 12, à une tension négative de valeur absolue égale à la tension batterie 12 volts. La tension de sortie de l'alimentation 9 entre les bornes 1 et 2 est égale à 72 volts, correspondant à la tension prévue anode-cathode, de 60 volts, augmentée de la tension de décalage de cathode, c'est-à-dire les 12 volts de tension batterie. L'amplificateur opérationnel 7 fournit au circuit comparateur 88 la mesure de la différence ou élévation de tension produite par l'alimentation 9, entre la borne de sortie positive 2 et la borne 12 d'entrée de tension positive de la batterie 10. De cette façon, la différence de tension anode-cathode est indépendante des variations éventuelles de la tension batterie. Le montage de la figure 1 est donc original par le fait que la charge (41- 42) de l'alimentation 9 n'est pas branchée en cascade en aval de celle-ci (aux bornes 1, 2) mais est branchée en parallèle sur celle-ci. La tension de sortie (72 V) de la borne 2 suit donc, sans inconvénient pour l'afficheur 40, et même avantageusement, les variations de tension de la batterie 10 lorsque l'état de charge de celle-ci varie. Il s'agit donc d'une alimentation à stabilisation partielle, dont la sortie 2 peut suivre parfaitement les fluctuations de l'entrée 12. L'afficheur 40 forme donc, avec les éléments série 3, 5 survolteurs qui l'alimentent, une boucle à tension référencée à la borne positive 12. Les circuits 8 régulent la largeur des impulsions PWM pour annuler l'écart entre la mesure de l'amplificateur 7 et la valeur de consigne représentant (compte tenu des ponts diviseurs) les 60 volts prévus pour la tension anode-cathode. A chaque période PWM, pendant la phase de fermeture de l'interrupteur 4, le courant croît dans l'inductance 3 et celle- ci emmagasine une énergie 0,5 Li2, fonction de la self L et du courant i, qui croît donc avec la durée de cette phase. Dans la phase d'ouverture de l'interrupteur 4, la surtension selfique produite fait conduire la diode 5 qui fournit une impulsion de courant au condensateur 6, déchargeant l'inductance 3. La figure 2 représente un oscillateur intégré à l'alimentation 9 de la figure 1, pour alimenter en courant de chauffage le filament de cathode 42. L'oscillateur comporte un autotransformateur 20 à bobinage principal 21, 22, constitué de deux enroulements identiques en série, et à bobinage secondaire ou annexe 23. Le point milieu 53 du bobinage principal 21, 22 est relié à la borne positive 12 de la batterie 10 pour polariser sous 12 volts le filament de cathode 42 relié par ses deux extrémités aux extrémités opposées 51, 52 du bobinage principal 21, 22 et à un condensateur 27 de filtrage et d'accord. Les bases de deux transistors NPN 24, 25 sont reliées l'une à l'autre à travers le bobinage annexe 23 d'entretien d'oscillation. Une résistance 26, reliée à la borne 12, fournit à l'ensemble des deux transistors 24, 25, le courant base nécessaire, le bobinage annexe 23 l'aiguillant alternativement vers l'un et l'autre. Les émetteurs des transistors 24, 25 sont reliés ensemble à une extrémité d'une inductance 33 reliée, par son autre extrémité, à la borne de masse 1 à travers un transistor interrupteur de découpage 34 et reliée à la borne positive 12 par une diode 35 de roue libre. Des circuits PWM 38 commandent le transistor 34 en fonction d'un signal d'erreur (flèche entrante) représentant la tension alternative crête entre une extrémité comme 51 d'alimentation de la cathode 42 et un autre point (52, ou 12 ou 11) à potentiel opposé ou fixe du circuit. Le fonctionnement de l'oscillateur va maintenant être expliqué plus en détails. Comme indiqué, le filament cathode 42 est polarisé à la tension batterie, c'est-à-dire que sa partie centrale recopie l'état (12 V) du point milieu 53 et que ses deux parties d'extrémités opposées, reliées aux extrémités respectives 51, 52, présentent en plus les potentiels alternatifs opposés correspondant à l'état des bobinages 21, 22 qui forment, avec le condensateur 27, un circuit oscillant LC accordé d'après la valeur de ses éléments LC. Le bobinage annexe 23 capte un flux magnétique représentant l'état instantané de la tension d'oscillation et il fournit une tension correspondant de commande de commutation des transistors 24, 25, tendant à bloquer le transistor 24, 25 alors conducteur et à débloquer l'autre 25, 24. Les transistors 24, 25 fonctionnent ainsi en hacheurs en opposition de phase pour alternativement, par leurs collecteurs, tirer vers la masse, avec une amplitude limitée, le point 51 et ainsi translater de même, mais en sens opposé, la tension du point opposé 52 alors libre, puis pour commuter et produire l'alternance opposée du circuit oscillant 21, 22, 27. Les circuits 33, 34, 35, 38 régulent le courant moyen d'excitation du circuit LC 21, 22, 27, provenant des transistors 24, 25. Les circuits de régulation 38, recevant une mesure de l'amplitude crête de la tension alternative de chauffage du filament 42, règlent la largeur des impulsions PWM, donc du facteur de forme de courant de l'inductance 33, découpé par le transistor 34, afin de régler la tension alternative, ou courant, de chauffage à une valeur prédéterminée. Le courant I de l'afficheur 40, fonction de la température de la cathode 42, est ainsi régulé à la valeur voulue. La diode d'écrêtage 35 sert à protéger le transistor 34 contre les surtensions, à l'ouverture de celui-ci. REVENDICATIONS I.- Alimentation pour afficheur cathodoluminescent à anode luminescente (41) pour engin de locomotion pourvu d'une batterie (10), alimentation caractérisée par le fait qu'elle comporte des circuits (3, 4, 5) de polarisation de l'anode (41) de l'afficheur (40) agencés pour être reliés en entrée à la batterie (10). 2.- Alimentation selon la revendication 1, dans laquelle les circuits de polarisation (3, 4, 5) sont agencés pour recevoir la tension batterie et pour délivrer une tension de polarisation représentant une différence prédéterminée de tension anode-cathode, augmentée de la valeur de la tension batterie. 3.- Alimentation selon la revendication 2, dans laquelle il est prévu des circuits (7, 8) de régulation de la valeur de la tension de polarisation, agencés pour mesurer la différence de tension entre l'entrée (12) et la sortie (2) de l'alimentation et pour commander les circuits de polarisation (3, 4, 5) d'après l'écart entre la différence mesurée et une valeur de consigne. 4.- Alimentation selon l'une des revendications 1 à 3, dans laquelle il est prévu un générateur alternatif de courant de chauffage de cathode (42), comportant un oscillateur à auto-transformateur (20) agencé pour être alimenté en son point milieu par la batterie (10). 5.- Alimentation selon la revendication 4, dans laquelle l'oscillateur comporte un circuit PWM (33, 34, 35, 38) de régulation de l'amplitude 3( du courant de chauffage.