Brevet FR2872377A1 — publié le 20051230

i MONTAGE ET APPAREIL POUR FAIRE FONCTIONNER DES LAMPES L'invention concerne des montages pour faire fonctionner des lampes ainsi que des appareils de fonctionnement qui comportent des montages de ce genre. Le mot lampe englobe, dans la présente demande, des dispositifs qui sont propres à produire, à partir d'énergie électrique, du rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde comprise entre 50 nanomètres et 50 000 nanomètres. Ce sont, par exemple, des lampes à incandescence, des lampes à décharge dans un gaz ou des diodes io électroluminescentes. La présente invention se donne pour but une réduction des coûts par réunion de deux étages d'un montage dont il est question. Des montages pour faire fonctionner des lampes qui sont constitués essentiellement de deux étages sont très répandus. Un premier étage est alimenté par une tension de réseau redressée et met à disposition is pour un deuxième étage une tension continue qui est dénommée, dans la littérature, tension de circuit intermédiaire. L'un des buts du premier étage est de prélever un courant de réseau de la tension du réseau qui est aussi proportionnel que possible à la tension du réseau. Le deuxième étage produit, à partir de la tension de circuit intermédiaire, une tension alternative de sortie d'une fréquence sensiblement plus grande que la fréquence de la tension du réseau. La tension alternative de sortie alimente un circuit de charge à une entrée de circuit de charge. Une lampe peut être couplée au circuit de charge. Le circuit de charge a essentiellement pour mission d'adapter la tension alternative de sortie aux exigences de la lampe. C'est ainsi, par exemple, que l'impédance de sortie du deuxième étage ou l'amplitude de la tension alternative de sortie doit être adaptée à la lampe au moyen d'un réseau à réactance et/ou d'un transformateur. On connaît pour le premier étage, par exemple par le document US 6 690 122 (Weirich), un convertisseur du type SEPIC (Single Ended Primary Inductance Converter). Un SEPIC est un convertisseur qui ne comporte qu'un premier interrupteur électronique. Le SEPIC a l'avantage qu'il peut procurer une tension de circuit intermédiaire dont on peut régler la valeur tant au-dessus qu'en dessous de l'amplitude de la tension du réseau. On connaît, pour le deuxième étage, des onduleurs ayant un interrupteur électronique ou plusieurs interrupteurs électroniques. Ce que l'on appelle l'onduleur à demi-pont, qui comporte deux interrupteurs électroniques montés en série au point de liaison desquels s'applique la tension alternative de sortie, est très répandu. On connaît, en outre, des onduleurs pour le deuxième étage qui comportent seulement un interrupteur électronique comme, par exemple, un convertisseur de flux, un convertisseur à oscillateur bloqué ou un convertisseur inverse. La structure en deux étages du montage emporte une grande 20 dépense pour ce qui concerne le nombre des interrupteurs électroniques et des dispositifs de commande nécessaires à cet effet. La présente invention vise un montage pour faire fonctionner des lampes et un appareil de fonctionnement ayant un montage de ce genre qui a un coût réduit par rapport à un montage à deux étages. On y parvient par un montage pour faire fonctionner des lampes ou par un appareil de fonctionnement ayant un montage de ce genre qui comporte un SEPIC, le premier interrupteur électronique du SEPIC servant également d'interrupteur électronique pour un onduleur en aval. Cela est obtenu par une première et par une deuxième diode qui sont reliées 3o respectivement par leur cathode avec un premier contact du premier interrupteur électronique. L'anode de la première diode est reliée à un premier noeud avec lequel, dans l'état de la technique, le premier interrupteur électronique est relié. L'anode de la deuxième diode est reliée à un point de l'onduleur avec lequel, dans l'état de la technique, est relié un interrupteur rapporté à la masse de l'onduleur. Ce point est en général l'entrée du circuit de charge. Par la première et la deuxième diode, du courant peut passer tant du SEPIC que de l'onduleur dans l'interrupteur. Mais il ne peut pas passer de courant du SEPIC à l'onduleur ou inversement. Le premier interrupteur électronique peut ainsi exercer une fonction tant dans le SEPIC que dans io l'onduleur sans qu'il se produise une influence mutuelle du SEPIC et de l'onduleur. Bien que le premier interrupteur électronique agisse à la fois dans le SEPIC et dans l'onduleur, on n'a besoin que d'un dispositif de commande pour le premier interrupteur électronique. L'invention a donc pour objet un montage pour faire fonctionner 15 des lampes ayant les caractéristiques suivantes: un convertisseur du type SEPIC ayant - une entrée qui est rapportée à une masse et à laquelle peut être appliquée une tension de réseau redressée, une bobine d'entrée qui est couplée, d'une part, à l'entrée et qui est couplée, d'autre part, à un premier noeud, - un premier interrupteur électronique qui a un premier et un deuxième contact, le deuxième contact étant couplé à la masse, un circuit de charge auquel des lampes peuvent être couplées et ayant une entrée de circuit de charge, caractérisé en ce que le montage comporte les caractéristiques suivantes: É une première diode qui est montée entre le premier noeud et le premier contact du premier interrupteur électronique, de façon à ce que du courant puisse passer de la bobine 25 i0 15 20 d'entrée au premier interrupteur, É une deuxième diode qui est montée entre le premier contact du premier interrupteur électronique et l'entrée du circuit de charge, de façon à ce que du courant puisse passer du circuit de charge au premier interrupteur électronique. De préférence: É un premier condensateur est couplé, d'une part, au premier noeud et, d'autre part, à un deuxième noeud, É une troisième diode est couplée par son anode au deuxième noeud et par sa cathode à un potentiel positif, É une deuxième bobine est montée entre le deuxième noeud et la masse, É un deuxième condensateur est monté entre le potentiel positif et la masse, É un deuxième interrupteur électronique est monté entre le potentiel positif et l'entrée du circuit de charge, É le premier et le deuxième interrupteur électronique sont fermés et ouverts en alternance et une durée de fermeture des deux interrupteurs est sensiblement la même, É une quatrième bobine est montée entre le potentiel positif et l'entrée du circuit de charge, É un troisième condensateur est monté entre le potentiel positif et l'entrée du circuit de charge, É la durée pendant laquelle le premier interrupteur électronique 25 est fermé dépend du courant passant dans une lampe raccordée, le circuit de charge comporte au moins une troisième bobine. L'invention sera explicitée de manière plus précise dans ce qui suit au moyen d'exemples de réalisation en se reportant aux dessins dans 30 lesquels: la Figure 1 représente un exemple de réalisation d'un montage suivant l'invention ayant un onduleur en demi-pont, la Figure 2 représente un exemple de réalisation d'un montage suivant l'invention ayant un Single-Switch-Inverter (SSI). Dans ce qui suit, on désignera des interrupteurs électroniques par la lettre S, des diodes par la lettre D, des condensateurs par la lettre C, des bobines par la lettre L et des noeuds par la lettre N, suivies respectivement d'un nombre. On utilisera aussi dans ce qui suit, pour des éléments identiques et équivalents des divers exemples de réalisation, les io mêmes signes de référence. La Figure 1 représente un exemple de réalisation d'un montage suivant l'invention ayant un onduleur en demi-pont. Le paragraphe suivant décrit la topologie du SEPIC contenu dans le montage: un convertisseur de type SEPIC, qui est incorporé dans le montage, a une entrée E qui est rapportée à une masse et à laquelle peut être appliquée une tension de réseau redressée. Le SEPIC a, en outre, une bobine L11 d'entrée qui est couplée, d'une part, à l'entrée et qui est couplée, d'autre part, à un premier noeud N1. En outre, le SEPIC a un premier interrupteur S1 électronique qui est couplé à un premier contact par une diode Dl au premier noeud N1 et par un deuxième contact à la masse. En outre, le SEPIC a un premier condensateur Cl qui est couplé, d'une part, au premier noeud N1 et, d'autre part, à un deuxième noeud N2. Le SEPIC a, en outre, une troisième diode D3 qui est couplée par son anode au deuxième noeud N2 et par sa cathode à un potentiel + positif. Le SEPIC a, en outre, une deuxième bobine L12 qui est montée entre le deuxième noeud N2 et la masse. Le SEPIC a, en outre, un deuxième condensateur C2 qui est monté entre le potentiel + positif et la masse. Les bobines L11 et L12 peuvent être couplées, comme cela est indiqué par la ligne en tirets. Ce couplage provoque une compensation de courant ripple du courant d'entrée. Cet effet a été étudié plusieurs fois dans la littérature. Un circuit de charge ayant une entrée N3 est constitué essentiellement du circuit série composé d'une troisième bobine L3 et d'un quatrième condensateur C4 qui est monté entre l'entrée N3 du circuit de charge et la masse. Entre le point de liaison de L3 et de C4 et la masse, est monté le circuit série composé d'une lampe Lp et d'un cinquième condensateur C5. Le circuit série de L3 et C4 provoque une adaptation d'une impédance de sortie de l'onduleur à la lampe Lp. Il est ainsi appliqué un courant à la lampe Lp. C5 fait que le courant passant dans la lampe Lp n'a io pas de composante de courant continu. Le circuit de charge représenté sert souvent, dans l'état de la technique, pour faire fonctionner des lampes à décharge dans un gaz. Suivant l'invention, une première diode Dl est montée entre le premier noeud N1 et le premier contact du premier interrupteur S1 électronique, de façon à ce que du courant puisse passer de la bobine L11 d'entrée au premier interrupteur S1 électronique. En outre, suivant l'invention, une deuxième diode D2 est montée entre le premier contact du premier interrupteur S1 électronique et l'entrée N3 du circuit de charge, de façon à ce que du courant puisse passer du circuit de charge au premier interrupteur S1 électronique. Un deuxième interrupteur S2 électronique est monté entre le potentiel + positif et l'entrée N3 du circuit de charge. S2 forme, par l'intermédiaire de N2 et ensemble avec S1, un onduleur à demi-pont. Une diode D4, D5 de roue libre connue d'une manière générale est montée respectivement en parallèle à S2 et entre l'entrée N3 du circuit de charge et la masse. On peut se dispenser de ces diodes dans le cas où elles sont déjà intégrées aux interrupteurs S1, S2 électroniques, comme c'est le cas dans des MOSFET. Dans l'exemple de réalisation, l'entrée N3 du circuit de charge 30 est reliée à un condensateur C3 d'amortissement. Il sert à décharger les interrupteurs S1, S2 électroniques. Dans le cas où une décharge n'est pas nécessaire ou dans le cas où les capacités parasites des interrupteurs S1, S2 électroniques suffisent pour obtenir la décharge, on peut se dispenser de C3. C3 peut être relié à la masse, comme dans l'exemple de réalisation de la Figure 1, ou au potentiel + positif, comme cela est réalisé à la Figure 2. Les interrupteurs S1 et S2 électroniques se ferment et s'ouvrent en alternance. Il se crée ainsi une tension rectangulaire à l'entrée du circuit de charge. Pour l'ouverture et la fermeture, les interrupteurs électroniques nécessitent un dispositif de commande qui n'est pas représenté aux Figures 1 et 2. On peut régler un courant dans une lampe par la fréquence à laquelle les interrupteurs s'ouvrent et se ferment. La durée de fermeture des deux interrupteurs doit, lorsque l'on fait fonctionner des lampes à décharge dans un gaz, être sensiblement la même afin d'éviter des effets d'électrophorèse. D'une manière résumée, le mode de fonctionnement de l'exemple de réalisation de la Figure 1 s'explique de la manière suivante: le montage comporte un premier étage qui est réalisé en SEPIC. Le premier interrupteur S1 électronique sert d'interrupteur pour le SEPIC. Le SEPIC est alimenté par une tension de réseau redressée et met une tension continue à disposition en C2. Un onduleur en demi-pont constitué de S1 et de S2 transforme cette tension continue en une tension rectangulaire et la met à disposition d'un circuit de charge. Suivant l'invention, S1 sert d'interrupteur à la fois pour le SEPIC et pour l'onduleur à demi-pont. Pour empêcher une influence mutuelle du SEPIC et du demi-pont, la diode Dl suivant l'invention est montée entre S1 et le SEPIC et la diode D2 suivant l'invention entre S1 et l'onduleur à demi-pont. La Figure 2 représente un exemple de réalisation d'un montage suivant l'invention ayant un Single-Switch-Inverter (SSI). Par rapport à l'exemple de réalisation de la Figure 1, on a les différences suivantes: les diodes D4 et D5 de roue libre ainsi que l'interrupteur S2 électronique sont supprimés. Le condensateur C3 Snubber est relié au potentiel + positif. Une quatrième bobine L4 est montée entre le potentiel + positif et l'entrée N3 du circuit de charge. A la Figure 2, il n'y a pas de dispositif à demi-pont, mais S1 forme, ensemble avec L4, un Single-Switch-Inverter. Après l'ouverture de S1, la tension s'élève en S1. Si elle s'abaisse à zéro avant la nouvelle fermeture de S1 par un dimensionnement résonant du montage, S1 peut, ensemble avec L4, être considéré comme une cellule de convertisseur fonctionnant en classe E. Pour le dimensionnement de résonance, on peut choisir notamment la valeur de L3 et C3, de façon à maintenir la condition mentionnée ci-dessus pour la tension en S1. Des cellules de convertisseur de classe E sont connues dans la littérature comme étant des convertisseurs ayant peu de perte. io Comme à la Figure 1, les diodes Dl et D2 suivant l'invention permettent d'avoir la double fonction de S1. D'une part, il agit en tant qu'interrupteur dans le SEPIC et, d'autre part, dans le SSI. Par la durée pendant laquelle S1 est fermé par rapport à la durée pendant laquelle S1 est ouvert, on définit un rapport de cycle. On peut régler par le rapport de cycle tant la tension du circuit intermédiaire qu'également le courant passant dans une lampe raccordée. Une tension de circuit intermédiaire peut avantageusement être choisie tant au-dessus qu'également en dessous de la valeur de crête de la tension du réseau raccordé. On peut réguler le courant dans la lampe en faisant dépendre la durée pendant laquelle S1 est fermé du courant passant dans la lampe raccordée. Io REVENDICATIONS 1. Montage pour faire fonctionner des lampes ayant les caractéristiques suivantes: É un convertisseur du type SEPIC ayant - une entrée (E) qui est rapportée à une masse et à laquelle peut être appliquée une tension de réseau redressée, une bobine (L11) d'entrée qui est couplée, d'une part, à l'entrée et qui est couplée, d'autre part, à un premier noeud (Ni), - un premier interrupteur (Si) électronique qui a un premier et un deuxième contact, le deuxième contact étant couplé à la masse, É un circuit de charge auquel des lampes peuvent être couplées et ayant une entrée (N3) de circuit de charge, caractérisé en ce que le montage comporte les caractéristiques suivantes: une première diode (D1) qui est montée entre le premier noeud (Ni) et le premier contact du premier interrupteur (Si) électronique, de façon à ce que du courant puisse passer de la bobine (L11) d'entrée au premier interrupteur (Si), une deuxième diode (D2) qui est montée entre le premier contact du premier interrupteur (Si) électronique et l'entrée (N3) du circuit de charge, de façon à ce que du courant puisse passer du circuit de charge au premier interrupteur (Si) électronique. 2. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 1, caractérisé par les caractéristiques suivantes: É un premier condensateur (Cl) est couplé, d'une part, au premier noeud (Ni) et, d'autre part, à un deuxième noeud (N2), É une troisième diode (D3) est couplée par son anode au deuxième noeud (N2) et par sa cathode à un potentiel positif (+), É une deuxième bobine (L2) est montée entre le deuxième noeud (N2) et la masse, É un deuxième condensateur (C2) est monté entre le potentiel (+) positif et la masse. 3. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un deuxième interrupteur (S2) électronique est monté entre le potentiel (+) positif et l'entrée (N3) du circuit de charge. 4. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le premier et le deuxième interrupteur (Si, S2) électronique sont fermés et ouverts en alternance et une durée de fermeture des deux interrupteurs est sensiblement la même. 5. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'une quatrième bobine (L4) est montée 25 entre le potentiel (+) positif et l'entrée (N3) du circuit de charge. 6. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'un troisième condensateur (C3) est monté entre le potentiel (+) positif et l'entrée (N3) du circuit de charge. 7. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que la durée pendant laquelle le premier interrupteur électronique est fermé dépend du courant passant dans 10 15 une lampe raccordée. 8. Montage pour faire fonctionner des lampes suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit de charge comporte au moins une troisième bobine (L3). 9. Appareil pour faire fonctionner des lampes qui comporte un montage suivant l'une des revendications précédentes.