EP0247002A1 - Système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes - Google Patents

Système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes Download PDF

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EP0247002A1
EP0247002A1 EP87810304A EP87810304A EP0247002A1 EP 0247002 A1 EP0247002 A1 EP 0247002A1 EP 87810304 A EP87810304 A EP 87810304A EP 87810304 A EP87810304 A EP 87810304A EP 0247002 A1 EP0247002 A1 EP 0247002A1
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EP
European Patent Office
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transistor
capacitor
resistor
transistors
series
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP87810304A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Claude M. Harel
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Interpatents Ltd
Original Assignee
Interpatents Ltd
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
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    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/2825—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices by means of a bridge converter in the final stage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S315/00—Electric lamp and discharge devices: systems
    • Y10S315/07—Starting and control circuits for gas discharge lamp using transistors

Definitions

  • the present invention relates to an electronic power supply system for fluorescent tubes with electrodes enabling almost instantaneous ignition as well as energy saving.
  • this assembly comprising a reactance
  • this assembly uses the opening of a bimetallic strip to initiate the gas mixture located between the filaments of the tube. This ignition is rarely instantaneous, which requires several openings of the bimetallic strip. These repeated openings have the effect of causing the tube to flash, which is detrimental to the life of the latter.
  • the reactance consumes a lot of energy, which results in heating of it.
  • this reactance introduces a significant reactivity rate into the sector line, which increases consumption accordingly.
  • One orientation among others illustrated for example in the presentation FR 2 520 575, uses two transistors connected in series amplifying a square signal supplied by an auxiliary frequency generator circuit and delivering it to a series oscillating circuit comprising a coil L1, a lighting unit and a charge capacitor C3.
  • This system was quickly improved by removing the related frequency generator circuit and replacing it with a transformer taking from the oscillating series circuit even a sinusoidal signal to drive the two transistors alternately.
  • This simple design system illustrated by the presentation FR 2 478 933, has two new drawbacks. On the one hand its starting is random, on the other hand short periods during which the transistors become simultaneously conducting are possible. During such periods, the lighting unit being no longer supplied with power goes out, and the transistors are traversed by a high intensity detrimental to their longevity.
  • the certain starting of the circuit is resolved for example by sending a starting pulse to one of the transistors.
  • This is achieved using a breakdown element, or diac, connected on the one hand to the base of the transistor whose emitter is connected to ground, on the other hand between a capacitor and a resistor mounted in series between the supply terminals and constituting a time base.
  • diac breakdown element
  • a resistor 51 short-circuits the transistor 11, in the presentation WO 87/00719, a special branch comprising a diode 17 and a parallel mounting of a capacitor 19 and a resistor 21 controls a switch 14 allowing the charging of the capacitor 15 through the capacitor 18, and in the description DE 3 412 944 a weak charging current passes through the diode 31 and the resistor 32.
  • the present invention aims to obviate the above-mentioned drawbacks by proposing an electronic power supply system for fluorescent tubes with electrodes delivering a high frequency voltage across said tubes, allowing instantaneous ignition. of these, having a very good yield and providing a reduction in energy consumption compared to the traditional assembly of 45 to 50%.
  • the system comprises a power supply connecting to the mains and producing a DC voltage on its output terminals 1A and 1B, a time constant connected between said output terminals made up of a circuit. series of a resistor and a capacitor, two power transistors connected in series between said output terminals, and, connected to the common point of the transistors, a series connection comprising the primary of a transformer, the unit or units lighting and a capacitor.
  • the two secondary transformers drive the transistors.
  • the system further includes a bilateral breakdown effect conduction element, or diac, connected on one side between the resistor and the time constant capacitor and on the other side on the control branch of the transistor, the one of the other branches is connected to the output terminal 1B.
  • This system is characterized in that the transistors are of the MOS type and that the capacitor in series with the lighting unit (s) is connected to the output terminal 1A so that it does not start to charge until the passage in the saturated state of the transistor under the impulse of the diac.
  • the power supply system for fluorescent electrode tubes comprises a power supply 1 connecting to the mains and producing a DC voltage on its terminals so 1A and 1B.
  • This supply 1 comprises in known manner between its input terminals a diode bridge 2 rectifying the alternating voltage of the network and between the output terminals of said diode bridge, a capacitor 3 preferably of the electrochemical type filtering the rectified voltage. Between the input terminals of the power supply 1 are mounted two capacitors 4 connected in parallel between the earth and one of the said input terminals. These capacitors 4 make it possible to eliminate the high frequency parasites generated by the system. On the other hand, a fuse 5 for protection against a possible short circuit is mounted on one of the power supply input terminals. On the other input terminal of the power supply is mounted a resistor 6 limiting the input intensity in the power supply.
  • time constant 7 constituted by the series connection of a resistor 8 and a capacitor 9.
  • the ignition system for fluorescent electrode tubes comprises a capacitive element 10 connected to the positive terminal 1A of the supply 1 and in series with at least one lighting unit 11, two groups of controls 12 of l state of charge of the capacitive element 10 through the lighting unit (s) and a transformer including the primary 13 is connected between the lighting unit (s) 11 and the control groups 12 and, depending on the load of the capacitive element 10, controlling the control groups 12.
  • the capacitive element 10 consists of a capacitor of known type.
  • control circuit of each MOS transistor 14, connected in series between the source S and the gate G of this transistor 14, comprises the secondary 15 of the transformer, a resistor 16 connected in series with the said secondary, and a Zener diode 17 mounted in parallel with the secondary series mounting 15 / resistor 16.
  • the secondary 15 of each of the control groups 12 come from the transformer and are mounted in phase opposition on the same core as the primary 13.
  • a control group 12, called the first group is mounted between the primary 13 of the transformer by the drain D of transistor 14 and terminal 1B of power supply 1 by source S of said transistor.
  • the other group 12, called the second group is mounted between the capacitive element 10 by the drain D of the transistor 14 and the primary 13 of the said transformer by the source S of the transistor.
  • two MOS type power transistors 14 are connected in series between the terminals 1A and 1B of the power supply.
  • the transistor of the first command group 12 is connected to terminal 1B by its source S.
  • the drain of the transistor 14 of the first command group 12 is connected to the source of the transistor 14 of the second command group.
  • the drain D of the transistor of the second group of commands is connected to the terminal 1A of the power supply.
  • a series branch comprises in order the primary 13 of the transformer, the lighting unit or units 11 and a charge capacitor 10, the latter being connected at terminal 1A of the power supply.
  • the circuit comprises a first series branch connected between the terminals of the power supply and comprising the transistor 14 of the first group of commands, the primary 13 of the transformer, the lighting unit or units 11 and the charge capacitor 10. This series connection is short-circuited between the primary 13 of the transformer and the capacitor 10 by the transistor 14 of the second group of commands.
  • a bilateral conduction element with breakdown effect or diac 18 is connected on one side between the resistor 8 and the capacitor 9 of the time constant 7 and on the other side on the gate G of the transistor 14 of the first group 12.
  • the capacitor 9 of the time constant 7 charges through the resistor 8 until the voltage at terminals of said capacitor 9 reaches the threshold voltage of diac 18 plus the low voltage existing between the gate and the source of transistor 14. Once this voltage is reached, diac 18 becomes conducting and said voltage is present on gate G of transistor 14 of the first group 12 which makes this transistor on. The conduction of this transistor causes the capacitor 10 to charge through the primary 13 of the transformer and the lighting unit (s).
  • Charging the capacitor 10 causes a voltage pulse across the transformer.
  • This voltage pulse transmitted by the primary 13 to the secondary 15 causes the change of polarization of the gates G of the transistors 14 of the first and second group 12.
  • This change of polarization makes the transistor 14 of the first group 12 blocked and passing the transistor 14 of the second group 12.
  • the on state of the transistor of said second group causes the discharge of the capacitor 10 through the primary 13 and the lighting unit or units 11.
  • the voltage pulse due to the discharge of the capacitor 10 is transmitted to the secondary 15 in the primary 13, which again causes the polarization of the gates G of the transistors 14 to change.
  • the system enters into oscillations at a frequency F.
  • the frequency F of the system is relatively low since it is between 100 and 200 khz. This low frequency therefore imposes a value of the capacitor 9 of the time constant 7 relatively high.
  • the use of MOS transistors switching at low voltage has made it possible to reduce the number of turns required in the transformer.
  • the primary of the transformer consists of a single turn on a toroidal core with a diameter of 12 mm and each secondary consists of two turns on the same core. This reduction in the number of turns reduces the electrical losses by heating, the phase shift induced between the voltage and the current in the series circuit, which consequently makes it possible also to reduce the dimensions of the induction coils 19.
  • the external dimensions of the transformer are reduced to a cylinder 12 mm in diameter and 5 mm high.
  • the transformer primary consists of at most five turns and each transformer secondary consists of at most ten turns.
  • each lighting unit 11 comprises a coil 19, a fluorescent tube 20 with electrodes 21, and a capacitor 22 mounted in series between the two electrodes or filaments 21.
  • the coil 19 of the lighting unit 11 allows the creation of a high voltage and keeps the tube 20 in the lit state.
  • the capacitor 22 connecting the filaments 21 of the same tube 20 recovers part of the oscillation and allows the filaments 21 to remain slightly hot. This last effect ensures a wide passage in the tube to the electric current.
  • the high frequency alternating signal present on the primary 13 of the transformer makes it possible to operate a large number of tubes.
  • the load present at the output of the system according to the invention does not affect the operation and the frequency of said system.
  • the tubes 20 are mounted two by two at the outlet of the system.
  • the system according to the invention includes means allowing the rapid discharge of the capacitor 9 of the time constant 7 during the conduction of the transistor 14 of the first group 12, that is to say the source S of which is connected to the output terminal 1B.
  • This means consists of a diode 23 connected on the anode side to the time constant 7 and on the cathode side to the drain D of the transistor 14, the source S of which is connected to the output terminal 1B, ie at common point of the two transistors 14; and a resistor 24 connected between terminal 1A of supply 1 and the anode of diode 23.
  • the diode 23, polarized in the passing direction causes the rapid discharge of the capacitor 9, discharge which is limited only by the weak internal resistance of the transistor 14.
  • the resistor 24 polarizes the said diode in the opposite direction (anode voltage less than cathode voltage). The usefulness of this arrangement is explained by the fact that the switching time of the MOS transistors is less than that of the silicon diodes in general.
  • the winding (s) 19 of the lighting unit (s) 11 receive a tension alternative having a rectangular signal which causes unnecessary heating of these coils 19 and thereby a drop in efficiency.
  • a series connection of capacitor 25 / resistor 26 is connected between the drain D of the transistor 14 of the first group 12 and the terminal 1A of the supply 1.
  • the signal therefore has a more acceptable shape for the winding 19 of the lighting unit or units.
  • this capacitor 25 / resistor 26 assembly makes it possible to increase the system efficiency by approximately 10%, and to eliminate the phenomenon of dark spots on fluorescent tubes 20 due to poor distribution of the ionized charges.
  • the efficiency of the system according to the invention with two 50 W high brightness tubes 20 brings this to 125 lm / W.
  • the table below gives an average value of the electronic components used in the system according to the invention and creating a frequency F of approximately 125 kHz.
  • the system according to the present invention can also supply discharge lamps (mercury vapor) under the same economy conditions as for fluorescent tubes with electrodes.
  • this system requires only a few electronic components, which reduces the risk of system breakdowns in general. This reliability can be further improved by selecting the electronic components themselves and by assembling the circuit on a fully automated machine.
  • this system can advantageously be made in small dimensions: two power MOS transistors, a power supply capacitor, a small transformer (12 mm x 5 mm) and an electronic chip bringing together the rest of the components, all included in a volume less than 40 mx 20 mm x 20 mm.
  • the system according to the invention allows the instantaneous ignition of fluorescent tubes with electrodes, to increase the lifetime of these, to produce an excellent efficiency and to consume very little electric current. It goes without saying that the present invention can receive any arrangement and any variant in the field of technical equivalents without departing from the scope of this patent.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)

Abstract

Le système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes comprend deux transistors de puissance MOS (14) montés en série et, connecté au point commun des transistors (14), un montage en série comportant un primaire (13) d'un transformateur, dont les deux secondaires (15) pilotent les transistors, la ou les unités d'éclairage (11) et un condensateur (10).Le condensateur (10) est relié à la borne opposée à celle où est relié le transistor (14) qui est attaqué par un diac (18).

Description

  • La présente invention concerne un système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes permettant un allumage quasi-instantané ainsi qu'une économie d'énergie.
  • La majorité des tubes fluorescents actuellement installés sont alimentés par un système qui présente plusieurs inconvénients dont les deux principaux sont une grande consommation d'énergie et une dégradation rapide des tubes. En effet, ce montage, comportant une réactance, utilise l'ouverture d'un bilame pour amorcer le mélange gazeux situé entre les filaments du tube. Cet allumage est rarement instantané, ce qui nécessite plusierus ouvertures du bilame. Ces ouvertures répétées ont pour effet de faire clignoter le tube ce qui est préjudiciable à la durée de vie de celui-ci. De plus, la réactance consomme énormément d'énergie, ce qui se traduit par un échauffement de celle-ci. Enfin, cette réactance introduit dans la ligne à secteur un important taux de réactivité ce qui augmente d'autant la consommation.
  • Des recherches ont été menées en vue de réaliser un système permettant la création aux bornes d'au moins un tube d'une tension alternative haute fréquence, et ce aux seuls moyens de composants semi-­conducteurs et de transformateurs afin de consommer très peu d'énergie et d'assurer un allumage instantané.
  • Une orientation parmi d'autres, illustrée par exemple dans l'exposé FR 2 520 575, utilise deux transistors montés en série amplifiant un signal carré fourni par un circuit auxiliaire générateur de fréquences et le délivrant à un circuit oscillant série comprenant une bobine L1, une unité d'éclairage et un condensateur de charges C3.
  • Ce système fut rapidement amélioré en supprimant le circuit connexe générateur de fréquences et en le remplaçant par un transformateur prélevant sur le circuit série oscillant même un signal sinusoïdal pour piloter alternativement les deux transistors. Ce système simple de conception, illustré par l'exposé FR 2 478 933, présente deux nouveaux inconvénients. D'une part son démarrage est aléatoire, d'autre part de courtes périodes pendant lesquelles les transistors deviennent simultanément passants sont possibles. Pendant de telles périodes, l'unité d'éclairage n'étant plus alimentée s'éteint, et les transistors sont traversés par une forte intensité préjudiciable à leur longévité.
  • Divers brevets apportant des solutions aux problèmes précités furent déposés. On retiendra plus particulièrement les exposés EP 0 171 108, DE 3 412 944 et WO 87/00719.
  • Le démarrage certain du circuit est résolu par exemple en envoyant une impulsion de départ à l'un des transistors. Ceci est réalisé à l'aide d'un élément de claquage, ou diac, connecté d'une part à la base du transistor dont l'émetteur est relié à la masse, d'autre part entre un condensateur et une résistance montée en série entre les bornes de l'alimentation et constituant une base de temps. Ainsi, une fois que la tension aux bornes du condensateur est supérieure à la somme de la tension émetteur base du transistor et de la tension de claquage du diac, cette dernière laisse passer l'impulsion de départ. Mais, compte-tenu que le condensateur de charge du circuit série LC est généralement relié à la masse, il est impératif que ce dernier soit préalablement chargé avant que le transistor qui le court-circuite ne devienne passant sous l'impulsion du diac. Ceci exige donc un système supplémentaire assurant cette précharge pendant la montée en tension du condensateur de la constante de temps, ce qui complique d'autant le circuit général. Ainsi, dans l'exposé EP 0 171 108, une résistance 51 court-circuite le transistor 11, dans l'exposé WO 87/00719, une branche spéciale comprenant une diode 17 et un montage parallèle d'un condensateur 19 et d'une résistance 21 contrôle un interrupteur 14 permettant la charge du condensateur 15 au travers du condensateur 18, et dans l'exposé DE 3 412 944 un faible courant de charge passe par la diode 31 et la résistance 32.
  • Le problème du chevauchement du temps de conduction des transistors bipolaires est dû au fait que le temps de passage de l'état saturé à l'état bloqué est directement fonction de l'intensité collecteur-émetteur. Ce phénomène implique d'une part une instabilité thermique dans les transistors, d'autre part une limite rapidement atteinte en ce qui concerne le nombre d'unité d'éclairage avec le système de base. Pour remédier à cet inconvénient, il faut faire appel à des systèmes plus complexes de synchronisation de l'état des transistors de puissance, ceci afin d'éviter toute circulation de courant simultanée dans ces derniers qui peut entraîner, dans le pire des cas, un claquage de ces éléments. Ce problème est résolu dans l'exposé européen à l'aide d'un circuit de commandes complexe incluant des éléments d'unité de temps tels que les condensateurs 33 ; dans l'exposé WO 87/00719 en disposant plusieurs transistors en parallèle, chacun d'eux étant commandés par un enroulement secondaire propre. Le système présenté dans l'exposé DE 3 412 944 ne peut, apparemment, accomoder qu'une seule unité d'éclairage.
  • Par ailleurs, il existe un dispositif, décrit dans l'exposé FR 2 487 140, atteignant certains buts de manière plus élégante mais appliqué spécifiquement à des lampes à décharge dépourvues d'électrodes. Ce dispositif génère une fréquence d'au moins 0,5 Mhz nécessaire pour les lampes à décharge dépourvues d'électrodes. Ceci est inapplicable aux tubes fluorescents qui fonctionnent de manière optimale avec une fréquence comprise entre 100 et 200 khz. De plus, la forme de la tension alternative est préjudiciable à la durée de vie des bobinages. Par ailleurs, ce système ne permet pas de brancher plusieurs unités d'éclairage simultanément. Enfin, le rendement de ce dispositif n'est que de 87 1m/W tandis que le dispositif proposé par le demandeur permet d'atteindre un rendement de 125 1m/W.
  • La présente invention vise à obvier les inconvénients ci-dessus énoncés en proposant un système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes délivrant une tension haute fréquence aux bornes des dits tubes, permettant un allumage instantané de ceux-ci, présentant un très bon rendement et procurant une réduction de la consommation énergétique comparativement au montage traditionnel de 45 à 50 %.
  • A cet effet, le système, selon la présente invention, comporte une alimentation se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sortie 1A et 1B, une constante de temps branchée entre les dites bornes de sortie constituées d'un montage série d'une résistance et d'un condensateur, deux transistors de puissance montés en série entre les dites bornes de sortie, et, connecté au point commun des transistors, un montage en série comportant le primaire d'un transformateur, la ou les unités d'éclairage et un condensateur. Les deux secondaires du transformateur pilotent les transistors . Le système comprend de plus un élément de conduction bilatéral à effet de claquage, ou diac, branché d'un côté entre la résistance et le condensateur de la constante de temps et de l'autre côté sur la branche de commande du transistor dont l'une des autres branches est reliée à la borne de sortie 1B. Ce système se caractérise en ce que les transistors sont de type MOS et que le condensateur en série avec la ou les unités d'éclairage est branché sur la borne de sortie 1A de telle sorte qu'il ne commence à se charger qu'au passage à l'état saturé du transistor sous l'impulsion du diac.
  • D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre illustrée par le dessin donné à titre d'exemple nullement limitatif représentant schématiquement le système selon l'invention.
  • Tel que représenté à la figure jointe, le système d'alimentation de tubes fluorescents à électrodes selon l'invention comporte une alimentation 1 se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sorte 1A et 1B.
  • Cette alimentation 1 comporte de manière connue entre ses bornes d'entrée un pont de diodes 2 redressant la tension alternative du réseau et entre les bornes de sortie du dit pont de diodes, un condensateur 3 de préférence du type électrochimique filtrant la tension redressée. Entre les bornes d'entrée de l'alimentation 1 sont montés deux condensateurs 4 branchés en parallèle entre la terre et une des dites bornes d'entrée. Ces condensateurs 4 permettent d'éliminer les parasites haute fréquence engendrés par le système. D'autre part, sur une des bornes d'entrée de l'alimentation, est monté un fusible 5 de protection contre un éventuel court-circuit. Sur l'autre borne d'entrée de l'alimentation est montée une résistance 6 limitant l'intensité d'entrée dans l'alimentation.
  • Entre les bornes 1A et 1B est montée la constante de temps 7 constituée par le montage en série d'une résistance 8 et d'un condensateur 9.
  • Le système d'allumage pour tubes fluorescents à électrodes selon l'invention comporte un élément capacitif 10 branché sur la borne positive 1A de l'alimentation 1 et en série avec au moins une unité d'éclairage 11, deux groupes de commandes 12 de l'état de charges de l'élément capacitif 10 à travers la ou les unités d'éclairage et un transformateur dont le primaire 13 est connecté entre la ou les unités d'éclairage 11 et les groupes de commandes 12 et pilotant suivant la charge de l'élément capacitif 10 les groupes de commandes 12. L'élément capacitif 10 est constitué par un condensateur de type connu.
  • Avantageusement, le circuit de commandes de chaque transistor MOS 14, connecté en série entre la source S et la grille G de ce transistor 14, comporte le secondaire 15 du transformateur, une résistance 16 montée en série avec le dit secondaire, et une diode Zener 17 montée en parallèle avec le montage série secondaire 15/résistance 16.
  • La diode Zener 17 montée entre la source S et la grille G et en parallèle avec le montage secondaire 15/résistance 16 protège le transistor 14 en empêchant une trop forte tension de polarisation d'être reçue sur la grille G du transistor.
  • Les secondaires 15 de chacun des groupes 12 de commandes sont issus du transformateur et sont montés en opposition de phases sur le même noyau que le primaire 13. Un groupe de commandes 12, dit premier groupe, est monté entre le primaire 13 du transformateur par le drain D du transistor 14 et la borne 1B de l'alimentation 1 par la source S du dit transistor. L'autre groupe 12, dit second groupe, est monté entre l'élément capacitif 10 par le drain D du transistor 14 et le primaire 13 du dit transformateur par la source S du transistor.
  • En d'autres termes, deux transistors 14 de puissance du type MOS sont montés en série entre les bornes 1A et 1B de l'alimentation. Le transistor du premier groupe de commandes 12 est relié à la borne 1B par sa source S. Le drain du transistor 14 du premier groupe de commandes 12 est relié à la source du transistor 14 du second groupe de commandes. Le drain D du transistor du second groupe de commandes est relié à la borne 1A de l'alimentation. Connectée au milieu de ce montage en série, soit au point commun des transistor 14, une branche série comporte dans l'ordre le primaire 13 du transformateur, la ou les unités d'éclairage 11 et un condensateur de charge 10, ce dernier étant connecté à la borne 1A de l'alimentation.
  • Ainsi, le circuit comprend une première branche série reliée entre les bornes de l'alimentation et comprenant le transistor 14 du premier groupe de commandes, le primaire 13 du transformateur, le ou les unités d'éclairage 11 et le condensateur de charge 10. Ce branchement en série est court-circuité entre le primaire 13 du transformateur et le condensateur 10 par le transistor 14 du second groupe de commandes.
  • Entre la grille G du transistor 14 du premier groupe 12 et la constante de temps 7 est monté un élément à conduction bilatérale à effet de claquage ou diac 18. Ce diac 18 est branché d'un côté entre la résistance 8 et le condensateur 9 de la constante de temps 7 et de l'autre côté sur la grille G du transistor 14 du premier groupe 12.
  • Lors de la mise sous tension de l'alimentation 1, le condensateur 9 de la constante de temps 7 se charge à travers la résistance 8 jusqu'à ce que la tension aux bornes du dit condensateur 9 atteigne la tension de seuil du diac 18 plus la faible tension existant entre la grille et la source du transistor 14. Une fois cette tension atteinte, le diac 18 devient passant et la dite tension est présente sur la grille G du transistor 14 du premier groupe 12 ce qui rend ce transistor passant. La conduction de ce transistor entraîne la charge du condensateur 10 à travers le primaire 13 du transformateur et le ou les unités d'éclairage.
  • La charge du condensateur 10 provoque une impulsion de tension à travers le transformateur. Cette impulsion de tension transmise par le primaire 13 au secondaire 15 provoque le changement de polarisation des grilles G des transistors 14 des premier et deuxième groupe 12. Ce changement de polarisation rend bloqué le transistor 14 du premier groupe 12 et passant le transistor 14 du deuxième groupe 12.
  • L'état passant du transistor du dit deuxième groupe provoque la décharge du condensateur 10 à travers le primaire 13 et la ou les unités d'éclairage 11. L'impulsion de tension due à la décharge du condensateur 10 est transmise au secondaire 15 dans le primaire 13, qui provoque à nouveau le changement de polarisation des grilles G des transistors 14. Ainsi, le système entre en oscillations suivant une fréquence F. La fréquence F du système, selon l'invention, est relativement basse puisque comprise entre 100 et 200 khz. Cette basse fréquence impose donc une valeur du condensateur 9 de la constante de temps 7 relativement élevée.
  • L'usage de transistors MOS commutant sous de faible tension a permis de réduire le nombre de spires nécessaires dans le transformateur. A titre d'exemple non limitatif, le primaire du transformateur est constitué d'une seule spire sur un noyeau toroïdal de diamètre de 12 mm et chaque secondaire est constituée de deux spires sur le même noyau. Cette diminution du nombre de spires réduit les pertes électriques par échauffement, le déphasage induit entre la tension et l'intensité dans le circuit série ce qui permet, en conséquence, de réduire aussi les dimensions des bobines d'induction 19. De plus, les dimensions extérieures du transformateur sont réduites a un cylindre de 12 mm de diamètre et de 5 mm de haut.
  • Avantageusement, le primaire du transformateur est constitué de cinq spires au plus et chaque secondaires du transformateur est constituée de dix spires au plus.
  • Suivant une forme préférentielle de réalisation représentée à la figure jointe, le système alimente deux unités d'éclairage 11, mais il va de soi que ce nombre n'est nullement limitatif et que le système peut recevoir plusieurs unités d'éclairage 11 ou bien une seule. Chaque unité d'éclairage est montée parallèle entre le primaire 13 du transformateur et le condensateur 10. Selon une forme préférentielle de réalisation, chaque unité d'éclairage 11 comporte un bobinage 19, un tube 20 fluorescent à électrodes 21, et un condensateur 22 monté en série entre les deux électrodes ou filaments 21.
  • La bobine 19 de l'unité d'éclairage 11 permet la création d'une haute tension et permet de maintenir le tube 20 à l'état allumé. Le condensateur 22 reliant les filaments 21 d'un même tube 20 récupère une partie de l'oscillation et permet aux filaments 21 de rester légèrement chauds. Ce dernier effet assure un passage large dans le tube au courant électrique.
  • Le signal alternatif haute fréquence présent sur le primaire 13 du transformateur permet de faire fonctionner un grand nombre de tubes. La charge présente en sortie du système, selon l'invention, n'influe pas sur le fonctionnement et la fréquence du dit système. Préférentiellement, les tubes 20 sont montés deux à deux en sortie du système.
  • Afin de permettre un réallumage éventuel instantané de la ou des unités d'éclairage 11, ou bien le réamorçage de l'oscillation du système lors de microcoupures de l'alimentation dues aux irrégularités de la tension de source, le système, selon l'invention, comporte un moyen permettant la décharge rapide du condensateur 9 de la constante de temps 7 lors de la conduction du transistor 14 du premier groupe 12, soit celui dont la source S est reliée à la borne de sortie 1B.
  • Ce moyen, selon une forme préférentielle de réalisation, est constitué par une diode 23 branchée côté anode sur la constante de temps 7 et côté cathode sur le drain D du transistor 14 dont la source S est reliée à la borne de sortie 1B, soit au point commun des deux transistors 14 ; et d'une résistance 24 branchée entre la borne 1A de l'alimentation 1 et l'anode de la diode 23.
  • Lors de la conduction du transistor 14 du premier groupe 12, la diode 23, polarisée dans le sens passant, provoque la décharge rapide du condensateur 9, décharge qui n'est limitée que par la résistance interne faible du transistor 14. Afin de synchroniser la conduction de la diode 23 avec la conduction du transistor 14 du premier groupe 12, la résistance 24 polarise la dite diode en sens inverse (tension anode inférieure à tension cathode). L'utilité de ce montage s'explique par le fait que le temps de commutation des transistors MOS est inférieur à celui des diodes silicium en général. Pour que la conduction de la diode 23 soit simultanée avec celle du transistor de puissance 14, la cathode de la diode 23 est portée à un potentiel positif par rapport à son anode, ceci ayant pour effet de bloquer cette dernière. Lors de la conduction du transistor 14, ce blocage disparaît subitement et la diode 23 entre en conduction immédiate et en phase avec le transistor 14. L'effet de ce montage particulier a en fait un rôle d'accélérateur de conduction de l'élément 23. La présence de ce montage diode 23/résistance 24 est donc indispensable au bon fonctionnement du système selon l'invention en raison de la basse fréquence engendrée par le dit système.
  • D'autre part, compte-tenu des fortes tensions transmises au circuit de commandes des transistors 14 par le primaire du transformateur 13, et de la rapidité de commutation des transistors MOS, le ou les bobinages 19 de la ou des unités d'éclairage 11 reçoivent une tension alternative présentant un signal de forme rectangulaire ce qui provoque un échauffement inutile de ces bobinages 19 et par là même une baisse de rendement. Afin d'éviter cet inconvénient, un montage en série condensateur 25/résistance 26 est branché entre le drain D du transistor 14 du premier groupe 12 et la borne 1A de l'alimentation 1. Ainsi, lors de la conduction du transistor 14 du premier groupe 12, le condensateur 25 se charge à travers la résistance 26 et donc introduit lors du front montant du signal un léger amortissement, ainsi que sur le front descendant lors de la décharge du condensateur 10. Le signal a donc une forme plus acceptable pour le bobinage 19 de la ou des unités d'éclairage. De plus, ce montage condensateur 25/résistance 26 permet d'augmenter le rendement du système d'environ 10 %, et d'éliminer sur les tubes fluorescents 20 le phénomène de taches sombres du à une mauvaise répartition des charges ionisées. En guise d'exemple, le rendement du système selon l'invention avec deux tubes 20 de 50 W haute luminosité porte celui-ci à 125 lm/W.
  • Le tableau ci-après donne une valeur moyenne des composants électroniques utilisées dans le système selon l'invention et créant une fréquence F d'environ 125 khz.
    Figure imgb0001
  • Le système, selon la présente invention, peut également alimenter des lampes à décharge (vapeur de mercure) dans les mêmes conditions d'économie que pour les tubes fluorescents à électrodes.
  • Il est apparu à la lecture de l'exposé que ce système ne nécessite que peu de composants électroniques ce qui réduit d'autant les risques de pannes du système en général. Cette fiabilité peut être encore améliorée par une sélection des composants électroniques eux-mêmes et par l'assemblage du circuit sur une machine entièrement automatisée. De plus, ce système peut avantageusement être réalisé en de petites dimensions soit : deux transistors MOS de puissance, un condensateur d'alimentation, un petit transformateur (12 mm x 5 mm) et une puce électronique réunissant le reste des composants, le tout compris dans un volume inférieur à 40 m x 20 mm x 20 mm.
  • Ainsi, le système selon l'invention, permet l'allumage instantané de tubes fluorescents à électrodes, d'augmenter la durée de vie de ceux-ci, de produire un excellent rendement et de consommer très peu de courant électrique. Il va de soi que la présente invention peut recevoir tout aménagement et toute variante dans le domaine des équivalents techniques sans pour autant sortir du cadre du présent brevet.

Claims (5)

1. Système électronique d'alimentation pour tubes fluorescents à électrodes comportant
- une alimentation (1) se connectant sur le secteur et produisant une tension continue sur ses bornes de sortie (1A) et (1B),
- une constante de temps (7) branchée entre les dites bornes de sortie constituées d'un montage série d'une résistance (8) et d'un condensateur (9),
- deux transistors (14) de puissance montés en série entre les dites bornes de sortie,
- connecté au point commun des transistors 14, un montage en série comportant un primaire (13) d'un transformateur, dont les deux secondaires (15) pilotent les transistors (14), la ou les unités d'éclairage 11 et un condensateur (10),
- un élément de conduction bilatéral à effet de claquage, ou diac (18) branché d'un côté entre la résistance (8) et le condensateur (9) de la constante de temps (7) et de l'autre côté sur la branche de commande du transistor (14) dont l'une des autres branches est reliée à la borne de sortie (1B).
caractérisé en ce que les transistors sont de type MOS et que le condensateur (10) est branché sur la borne de sortie (1A) de telle sorte qu'il ne commence à se charger qu'au passage à l'état saturé du transistor (14) sous l'impulsion du diac (18).
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de commandes de chaque transistor MOS (14), connecté en série entre la source S et la grille G de ce transistor (14), comporte le secondaire (15) du transformateur, une résistance (16) montée en série avec le dit secondaire et une diode Zener (17) montée en parallèle avec le montage série secondaire (15)/résistance (16).
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que le primaire du transformateur est constitué de cinq spires au plus et chaque secondaire du transformateur est constituée de dix spires au plus.
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen permettant un réallumage instantané ou un réamorçage de l'oscillation du dit système constitué
- d'une diode (23) branchée côté anode sur la constante de temps (7) et côté cathode sur le drain D du transistor (14) dont la source (S) est reliée à la borne de sortie (1B),
- d'une résistance (24) branchée sur la borne de sortie (1A) et la cathode de la diode (23).
5. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un montage en série condensateur (25)/résistance (26) branché entre la borne de sortie (1A) de l'alimentation (1) et le drain D du transistor (14) dont la source (S) est reliée à la borne de sortie (1B), afin de fournir une tension de forme autre que rectangulaire à ou aux unités d'éclairage.
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