EP0811305A1 - Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents - Google Patents

Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents

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EP0811305A1
EP0811305A1 EP96904166A EP96904166A EP0811305A1 EP 0811305 A1 EP0811305 A1 EP 0811305A1 EP 96904166 A EP96904166 A EP 96904166A EP 96904166 A EP96904166 A EP 96904166A EP 0811305 A1 EP0811305 A1 EP 0811305A1
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EP
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tube
charged polymer
piece
electrodes
pct
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EP0811305B1 (fr
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Alexandre Ferrero
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    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/16—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies
    • H05B41/20—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch
    • H05B41/23—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode
    • H05B41/232—Circuit arrangements in which the lamp is fed by dc or by low-frequency ac, e.g. by 50 cycles/sec ac, or with network frequencies having no starting switch for lamps not having an auxiliary starting electrode for low-pressure lamps

Definitions

  • the present invention relates to an electrical lighting device comprising a tube containing an ionizable gas.
  • gas discharge tubes such as fluorescent tubes
  • the ignition and regulation systems of gas discharge tubes are generally composed of transformers and ballasts with magnetic coil and core having strong magnetic leaks, inductors in series, starters or heated filaments for allow priming of the tubes and regulate their intensity.
  • They can also include heating wires and resistors or even use high frequency electronic ballasts, voltage multipliers to allow ignition. These elements have various drawbacks such as the relatively high weight and size of the ignition stabilization circuits, significant heating of the inductive systems, interference and pollution of the current lines.
  • French patent application 87 07146 describes a device, a continuous voltage doubler, adapted to the ends of the tube and allowing ignition. without ballast or choke.
  • French patent application 89 04356 describes a voltage doubling device equipped with a switch reversing the polarity of the voltage across the tube so as to avoid asymmetry operating, cause of premature aging of the tube.
  • the subject of the present invention is a device combining the functions of ignition assistance and regulation of gas tubes, of small bulk and reduced weight, allowing a freer design of lighting luminaires and light producing systems.
  • a device combining the functions of ignition assistance and regulation of gas tubes, of small bulk and reduced weight, allowing a freer design of lighting luminaires and light producing systems.
  • This ignition device according to the invention is notably remarkable in that it uses the characteristics of resistivity and adaptability of manufacture of charged polymers.
  • the present invention provides an ignition aid and regulation device for fluorescent tubes, such as a gas discharge tube supplied via two electrodes by an electrical circuit, each electrode being located at one of the ends of the tube, characterized in that the electrical circuit comprises a piece of charged polymer, this piece being positioned near said tube, and that said piece of charged polymer acts as ballast for the tube with functions of assistance to the priming and regulation of the correct operation of said tube.
  • At least one of the electrodes is coupled with a capacitor and a diode-resistor assembly whose function is to more easily initiate the discharge and to regulate the brightness of the tube via the charged polymer.
  • the charged polymer consists of polyvinyl chloride and / or nylon with inclusions of metal and / or carbon black.
  • the charged polymer is consisting of polymers such as polyacetylene, ionized.
  • the ions used consist of sodium, iodine and / or mercury.
  • the piece of charged polymer constitutes a housing serving as support and reflector for the tube.
  • Figure 1 is a general diagram of the device according to the invention.
  • Figures 2, 3, 4 and 5 show embodiments of the device according to the invention according to the characteristics of the different tubes to be ignited.
  • the structure of the charged polymer part 4 can be of different types.
  • doped polymers intrinsically conductive due to the modification of the molecule by chemical or electrochemical inclusion of ionized radicals. It has also been shown that by doping certain polymers such as polyacetylene with ions (sodium, iodide or mercury), their conductivity could reach values close to that of metals. According to the invention, the use of the resistivity characteristics of the charged polymers 4 makes it possible to substitute this product for the ballasts used to regulate the operation of the fluorescent tubes, while avoiding the use of the complex device that is the choke.
  • the very mounting of the device according to the invention limits the possibilities of disturbance or interference of the lines of the electrical network to the only effects inherent in the operation of the discharge and the electrodes.
  • the present invention also offers the advantage of operating the device regardless of the frequency of the network to which it is connected.
  • the products manufactured according to the device of the invention can thus be offered in countries where said frequencies are different.
  • the device does not include a transformer with high magnetic leaks, the power factor of the assembly constituted by the tube and its ignition circuit is very favorable, unless a capacity is used.
  • the fluorescent tube ignition device 1 produced according to the invention allows significant improvements both in terms of the manufacturing and marketing of lighting sources.
  • FIG. 1 shows the diagram of the electric circuit for igniting a gas discharge tube according to the invention.
  • It comprises a tube 1 supplied from an alternating current network and the electrodes of which are marked at 2 and 3.
  • the supply of alternating current has the advantage of reducing the blackening of the ends of the tubes due to the effect electrolysis and improve its lifespan.
  • It also includes a part 4 made of charged polymer, in a shape such that it can be positioned along the tube 1 so as to constitute a casing serving as a support and possibly a reflector for the tube.
  • the ends of the part 4 are identified at 5 and 6 when the circuit is energized, a potential difference between the ends 6 and 5 of the part 4 is created by the resistance of it.
  • part 4 Made of charged polymer, part 4 which allows instantaneous priming of the tube, has the characteristics of a resistance, whatever the frequency of the network (low or high frequency).
  • the charge level of the polymer is a function of the desired power characteristics and of the acceptable temperature rise of the device.
  • the different shapes and possible cuts of the part 4 optimize the thermal and power characteristics of the device.
  • the end 5 of the part 4 is connected to the electrode 3 of the tube 1.
  • the tube 1 is positioned near the part 4, which allows the resistance of the external wall to be modified and modifies the distribution of the electric field to inside the lamp. These modifications of the electric force lines, due to the part 4 lead to the priming of the tube 1 which becomes conductive.
  • the electrical circuit is closed when the electrode 2 of the tube 1 is connected to the mains.
  • the position of the part 4 near the tube 1 promotes the increase in brightness thereof. This acceleration of the setting in regime constitutes a completely interesting element, in particular in domestic lighting.
  • the device is particularly intended for tubes of dimensions such that the electrodes are fairly close.
  • the low weight of the device and its reduced size allowing the use in various fields of lighting and decorative, indoor and outdoor.
  • a capacitor 7, mounted in series with the part 4 and a diode 9, is charged continuously through a resistor 8.
  • this device being energized, when the gas from the tube 1 is ionized, the tube then being conductive, the capacitor 7 discharges between the electrodes 3 and 2 of the tube 1 causing the priming.
  • the part 4 and the capacitor 7 then maintain the brightness of the tube, the resistor 8 and the diode 9 being practically out of circuit due to the high impedance of the resistor 8.
  • this same circuit composed of the capacitor 7 of the resistor 8 and of the diode 9 can be mounted on each electrode 2 and 3 of the tube 1 through parts 10 and 11 constituting a duplication of part 4.
  • This assembly presented in FIG. 3 allows a doubling of tension favoring the priming of the tube.
  • multipliers of power of the discharge the part 4 retaining its characteristics and its role, function of the ratio between the proportions of charge of the polymer and the characteristics length, volume and power of the device.
  • the electrical circuits can have more complex structures by proposing a plurality of diodes Dl, D2, D3 and D4 and of capacitors Cl and C2.

Landscapes

  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge-Lamp Control Circuits And Pulse- Feed Circuits (AREA)
  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Description

Dispositif d'aide à l'allumage et régulation pour tubes fluorescen s
La présente invention concerne un dispositif d'éclairage électrique comportant un tube contenant un gaz ionisable. Les systèmes d 'allumage et régulation des tubes à décharge gazeuse, tels que les tubes fluorescents , sont en général composés de transformateurs et ballasts à bobine et noyau magnétiques présentant de fortes fuites magnétiques , des inductances en séries , des starters ou des filaments chauffés pour permettre l 'amorçage des tubes et en réguler l 'intensité.
Ils peuvent aussi comporter des fils chauffants et résistances ou encore utiliser des ballasts électroniques haute fréquence, multiplicateurs de tension pour permettre l 'amorçage. Ces éléments présentent divers inconvénients tels que poids et encombrement relativement élevés des circuits de stabilisation d 'allumage, important échauffement des systèmes selfiques , parasitage et pollution des lignes de courant .
De tels systèmes sont le plus souvent lourds et encombrants, limitant, de ce fait, les possibilités du concepteur lumière La demande de brevet français 87 07146 décrit un dispositif , doubleur de tension en continu, adapté aux extrémités du tube et en permettant l 'allumage sans ballast ou starter.
La demande de brevet français 89 04356 décrit un dispositif doubleur de tension équipé d 'un commutateur inversant la polarité de la tension aux bornes du tube de sorte à éviter la dissymétrie de fonctionnement , cause d ' un vieillissement prématuré du tube.
L'état de la technique peut également être défini par le document US-A-4.092.562 qui concerne une lampe comprenant un tube fluorescent, une résistance de charge, des moyens de starter et des connections terminales pour connecter une pluralité de lampes ensemble .
Ce système, bien que moins encombrant, utilise encore, d'une part une résistance de charge et d'autre part des moyens de starter. Aucun élément combinant ces deux fonctions n'est utilisé, ce qui permettrait de diminuer encore les coûts de fabrication et l'encombrement de la lampe ainsi équipée.
La présente invention a pour objet un dispositif combinant les fonctions d'aide à l'allumage et de régulation des tubes à gaz, de faible encombrement et de poids réduit, permettant une conception plus libre des luminaires d'éclairage et des systèmes producteurs de lumière comportant un tube fluorescent et un système d'aide à l'allumage et de régulation intégré.
Ce dispositif d'allumage selon l'invention est notamment remarquable en ce qu'il utilise les caractéristiques de résistivité et d'adaptabilité de fabrication des polymères chargés.
A cet effet, la présente invention propose un dispositif d'aide à l'allumage et de régulation pour tubes fluorescents, tels qu'un tube à décharge gazeuse alimentée via deux électrodes par un circuit électrique, chaque électrode étant située à l'une des extrémités du tube, caractérisé par le fait que le circuit électrique comporte une pièce en polymère chargé, cette pièce étant positionnée à proximité dudit tube, et que ladite pièce en polymère chargé fait office de ballast pour le tube avec des fonctions d'aide à l'amorçage et de régulation du fonctionnement correct dudit tube.
Au moins l'une des électrodes est couplée avec un condensateur et un ensemble diode-résistance ayant pour fonction d'amorcer plus facilement la décharge et de réguler la brillance du tube par l'intermédiaire du polymère chargé.
' Selon un premier mode de réalisation, le polymère chargé est constitué de polychlorure de vinyle et/ou de nylon avec des inclusions de métal et/ou de noir de carbone.
Selon un second mode de réalisation, le polymère chargé est constitué de polymères tels que le polyacétylène, ionisés.
Les ions utilisés sont constitués par du sodium, de l'iode et/ou du mercure.
Quel que soit le mode de réalisation, la pièce en polymère chargé constitue un carter faisant office de support et de réflecteur pour le tube.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit, donnée à titre indicatif et nullement limitatif et réalisée en se référant aux dessins. La figure 1 est un schéma général du dispositif selon 1'invention.
Les figures 2, 3, 4 et 5 représentent des modes de réalisation du dispositif selon l'invention en fonction des caractéristiques des différents tubes à allumer. La structure de la pièce en polymère chargé 4 peut être de différentes natures.
La fabrication de polychlorure de vinyle ou de nylon chargés par inclusion de poudres, de fibres métalliques ou de noir de carbone, permet la réalisation de résistances chauffantes et de structures légères écoulant les charges électrostatiques. Ces produits sont connus et qualifiés de polymères conducteurs extrinsèques.
Sont aussi connus les polymères dopés, intrinsèquement conducteurs du fait de la modification de la molécule par inclusion chimique ou électro-chimique de radicaux ionisés. Il y a aussi été montré qu'en dopant certains polymères tels que le polyacétylène avec des ions (sodium, iodure ou mercure), leur conductivité pouvait atteindre des valeurs proches de celle des métaux. Selon l'invention, l'utilisation des caractéristiques de résistivité des polymères chargés 4 permet de substituer ce produit aux ballasts utilisés pour réguler le fonctionnement des tubes fluorescents, tout en évitant l'utilisation du dispositif complexe qu'est le starter. De nombreux avantages résultent des caractéristiques physiques du produit qui, par effet de résistance mais également par effet électrostatique, permet l'amorçage du tube fluorescent 1 et par effet Joule en permet le maintien à la température requise pour en optimiser la brillance, ce qui peut avoir un intérêt selon les températures d'utilisation (40'C de point froid).
Le montage même du dispositif selon l'invention limite les possibilités de perturbation ou parasitage des lignes du réseau électrique aux seuls effets inhérents au fonctionnement de la décharge et des électrodes.
La présente invention offre également l'avantage d'un fonctionnement du dispositif quelle que soit la fréquence du réseau où il est connecté. Les produits fabriqués selon le dispositif de l'invention peuvent ainsi être proposés dans des pays où lesdites fréquences sont différentes.
Il est à noter que plus la fréquence est élevée, moins est sensible l'effet stroboscopique.
De plus, le dispositif ne comprenant pas de transformateur à fortes fuites magnétiques, le facteur de puissance de l'ensemble constitué par le tube et son circuit d'allumage est très favorable, sauf si une capacité est utilisée.
Au-delà de ces avantages techniques, le dispositif d'allumage de tube fluorescent 1 réalisé selon l'invention permet de sensibles améliorations tant sur les plans de la fabrication que de la commercialisation de sources d'éclairage.
Les caractéristiques de poids, d'encombrement, de modularité des montages, d'étanchéité, d'antidéflagration des produits fabriqués selon l'invention sont autant d'avantages offerts aux utilisateurs.
On voit sur la figure 1 le schéma du circuit électrique d'allumage de tube à décharge gazeuse selon l'invention.
Il comprend un tube 1 alimenté à partir d'un réseau en courant alternatif et dont les électrodes sont repérées en 2 et 3. L'alimentation en courant alternatif présente l'avantage d'atténuer le noircissement des extrémités des tubes dû à l'effet d'électrolyse et d'en améliorer la durée de vie.
Il comprend également une pièce 4 réalisée en polymère chargé, de forme telle qu'elle peut être positionnée le long du tube 1 de sorte à constituer un carter servant de support et éventuellement de réflecteur pour le tube.
Les extrémités de la pièce 4 sont repérées en 5 et 6 lors de la mise sous tension du circuit, une différence de potentiel entre les extrémités 6 et 5 de la pièce 4 est créée par la résistance de celle-ci.
Fabriquée en polymère chargé, la pièce 4 qui permet l'amorçage instantané du tube, a les caractéristiques d'une résistance, quelle que soit la fréquence du réseau (basse ou haute fréquence).
Le niveau de charge du polymère est fonction des caractéristiques de puissance souhaitées et de la montée en température acceptable du dispositif.
Les différentes formes et découpes possibles de la pièce 4 optimisent les caractéristiques thermiques et de puissance du dispositif.
L'extrémité 5 de la pièce 4 est reliée à l'électrode 3 du tube 1. Le tube 1 est positionné auprès de la pièce 4, ce qui permet la modification de la résistance de la paroi extérieure et modifie la répartition du champ électrique à l'intérieur de la lampe. Ces modifications des lignes de force électriques, dues à la pièce 4 conduisent à l'amorçage du tube 1 qui devient conducteur. Le circuit électrique est fermé lorsque l'électrode 2 du tube 1 est relié au secteur. La position de la pièce 4 auprès du tube 1 favorise la montée en brillance de celui-ci. Cette accélération de la mise en régime constitue un élément tout-à-fait intéressant, en particulier en éclairage domestique. Pour des régimes où la température du point froid du tube deviendrait supérieure à 50*C, l'efficacité globale du système serait légèrement diminuée, il faut cependant noter que la diminution au- delà de 50*C est nettement moins rapide que le gain réalisé au- dessous de la température optimale. L'utilisation d'un amalgame permet par ailleurs de caler le fonctionnement de la lampe sur la température la plus favorable au compromis vitesse de mise en régime/efficacité.
Dans un premier mode de réalisation présenté en figure 1, le dispositif est particulièrement destiné à des tubes de dimensions telles que les électrodes sont assez proches. Le faible poids du dispositif et son encombrement réduit en permettant l'utilisation dans divers domaines du luminaire et décoratif, d'intérieur et extérieur.
De multiples utilisations possibles du dispositif résultent aussi de possibilités de connexion de plusieurs tubes successifs grâce à un ensemble de formules d'assemblage. Le rôle de l'effet électrostatique demeure quelle que soit la dimension des tubes. Cependant, plus les électrodes des tubes sont éloignées, plus il est nécessaire pour claquer le milieu isolant et pour créer une décharge électrique de disposer d'une tension électrique élevée entre les électrodes, en même temps que d'une réserve de charges électriques.
Pour ce faire, un condensateur 7, monté en série avec la pièce 4 et une diode 9, est chargé en continu au travers d'une résistance 8. Présenté en figure 2, ce dispositif étant sous tension, lorsque le gaz du tube 1 est ionisé, le tube étant alors conducteur, le condensateur 7 se décharge entre les électrodes 3 et 2 du tube 1 en provoquant l'amorçage.
La pièce 4 et le condensateur 7 maintiennent alors la brillance du tube, la résistance 8 et la diode 9 se trouvant pratiquement hors circuit du fait de la haute impédance de la résistance 8.
Avantageusement, ce même circuit composé du condensateur 7 de la résistance 8 et de la diode 9 peut être monté sur chaque électrode 2 et 3 du tube 1 au travers des pièces 10 et 11 constituant un dédoublement de la pièce 4. Ce montage présenté en figure 3 permet un doublement de tension favorisant l'amorçage du tube.
De la même façon, pour les tubes présentant les dimensions les plus grandes, peuvent être employés des montages multiplicateurs de puissance de la décharge, la pièce 4 conservant ses caractéristiques et son rôle, fonction du rapport entre les proportions de charge du polymère et les caractéristiques de longueur, de volume et de puissance du dispositif.
Ces montages connus sont réalisés au moyen de ponts de diodes et sont schématisés en figure 4.
On peut également prévoir d'inclure, dans le circuit, selon le schéma présenté en figure 5, les condensateurs 12 et 13 pilotés par les commutateurs 14 et 15, de sorte à modifier la brillance du tube. De la même façon, il y a lieu de noter que le dispositif, selon l'invention, représenté à la figure 1, où il n'y a ni condensateur, ni résistance, ni diode, permet d'utiliser avec les tubes à décharge gazeuse des variateurs d'intensité, pilotés manuellement ou au moyen d'une horloge et éventuellement par diverses sortes de capteurs, lumineux ou sonores. Peut ainsi être obtenue, la variabilité d'intensité lumineuse de la source d'éclairage.
Selon les figures 4 et 5, les circuits électriques peuvent de structures plus complexes en proposant une pluralité de diodes Dl, D2, D3 et D4 et de condensateurs Cl et C2.
REFERENCES
1. Tube fluorescent
2. Electrode du tube 1
3. Autre électrode du tube 1 4. Pièce en polymère chargé
5. Extrémité de la pièce 4
6. Autre extrémité de la pièce 4
7. Condensateur
8. Résistance 9. Diode
10. Première pièce en polymère chargé
11. Seconde pièce en polymère chargé 12 et 13. Condensateurs
14 et 15. Commutateurs Dl à D4. Autres diodes
Cl et C2. Autres condensateurs

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d'aide à l'allumage et régulation pour tubes fluorescents, tels qu'un tube (1) à décharge gazeuse alimenté via deux électrodes (2 et 3) par un circuit électrique, chaque électrode (2 ou 3) étant située à l'une des extrémités du tube (1), caractérisé par le fait que le circuit électrique comporte une pièce en polymère chargé (4), cette pièce (4) étant positionnée à proximité dudit tube (1) et, que ladite pièce en polymère chargé (4) fait office de ballast pour le tube (1), avec des fonctions d'aide à l'amorçage et de régulation du fonctionnement correct dudit tube (1).
2. Dispositif, selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'au moins l'une des électrodes (2 ou 3) est couplée avec un condensateur (7) et un ensemble diode (9)-résistance (8) ayant pour fonction d'amorcer plus facilement la décharge et de réguler la brillance du tube (1) par l'intermédiaire du polymère chargé (4).
3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le polymère chargé (4) est constitué de polychlorure de vinyle et/ou de nylon avec des inclusions de métal et/ou de noir de carbone.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que le polymère chargé (4) est constitué de polymères, tels que le polyacétylène, ionisés.
5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les ions utilisés sont constitués par du sodium, de l'iode et/ou du mercure.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la pièce en polymère chargé (4) constitue un carter faisant office de support et de réflecteur pour le tube (1) .
EP96904166A 1995-02-23 1996-02-21 Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents Expired - Lifetime EP0811305B1 (fr)

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EP (1) EP0811305B1 (fr)
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AU (1) AU4836196A (fr)
DE (1) DE69601079T2 (fr)
DK (1) DK0811305T3 (fr)
ES (1) ES2127006T3 (fr)
FR (1) FR2731131A1 (fr)
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