EP0811305B1 - Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents - Google Patents

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

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EP0811305B1
EP0811305B1 EP96904166A EP96904166A EP0811305B1 EP 0811305 B1 EP0811305 B1 EP 0811305B1 EP 96904166 A EP96904166 A EP 96904166A EP 96904166 A EP96904166 A EP 96904166A EP 0811305 B1 EP0811305 B1 EP 0811305B1
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tube
fact
loaded polymer
electrodes
pct
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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 a lighting device electric comprising a tube containing an ionizable gas.
  • Ignition systems and regulation of discharge tubes gas are generally composed of magnetic coil and core transformers and ballasts with strong magnetic leaks, inductors in series, starters or filaments heated to allow priming the tubes and regulating the intensity.
  • They can also include heating wires and resistors or use high electronic ballasts frequency, voltage multipliers to allow priming.
  • These elements have various disadvantages such as weight and relatively large dimensions of the stabilization circuits ignition, significant heating of the inductive systems, interference and pollution of power lines.
  • French patent application 87 07146 describes a device, continuous voltage doubler, adapted to the ends of the tube and allowing ignition without ballast or choke.
  • French patent application 89 04356 describes a device voltage doubler fitted with a polarity reversing switch of the voltage across the tube so as to avoid asymmetry due to premature aging of the tube.
  • This system although less bulky, still uses a firstly a load resistance and secondly means of starter. No element combining these two functions is used, which would further reduce manufacturing costs and the size of the lamp thus equipped.
  • the present invention relates to a device combining the ignition assistance and regulation functions of the tubes gas, compact and light weight, allowing freer design of lighting fixtures and systems light producers comprising a fluorescent tube and a integrated ignition and regulation system.
  • This ignition device according to the invention is in particular remarkable in that it uses the characteristics of resistivity and adaptability of polymer manufacturing loaded.
  • the present invention provides a device ignition aid and regulation for fluorescent tubes, such that a gas discharge tube supplied via two electrodes by an electrical circuit, each electrode being located at one of ends of the tube, characterized in that the circuit electric has a charged polymer part, this part being positioned close to said tube, and said part in charged polymer acts as ballast for the tube with start-up assistance and operating regulation functions correct of said tube.
  • At least one of the electrodes is coupled with a capacitor and a diode-resistor assembly having the function more easily initiate discharge and regulate gloss of the tube through the charged polymer.
  • the charged polymer is made of polyvinyl chloride and / or nylon with metal and / or carbon black inclusions.
  • the charged polymer is consisting of polymers such as polyacetylene, ionized.
  • the ions used consist of sodium, iodine and / or mercury.
  • the polymer part loaded is a housing serving as support and reflector for the tube.
  • Figure 1 is a general diagram of the device according to the invention.
  • FIGS 2, 3, 4 and 5 show modes of realization 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 natures.
  • the use of the characteristics of resistivity of charged polymers 4 makes it possible to replace this product to ballasts used to regulate the operation of fluorescent tubes, while avoiding the use of the device complex that is the starter.
  • the very mounting of the device according to the invention limits the possibility of disturbance or interference of network lines electric only to the effects inherent in the operation of the discharge and electrodes.
  • the present invention also offers the advantage of a operation of the device regardless of the frequency of network where it is connected. Products manufactured according to the device of the invention can thus be proposed in countries where said frequencies are different.
  • the device does not include a transformer with strong 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 ignition device fluorescent tube 1 produced according to the invention allows significant improvements both in terms of manufacturing and the marketing of lighting sources.
  • AC power has the advantage to reduce 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 polymer loaded, shaped so that it can be positioned along the tube 1 so as to constitute a casing serving as support and possibly a reflector for the tube.
  • the ends of part 4 are marked at 5 and 6 when powering up the circuit, 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 the 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 depends on the desired power characteristics and the rise in acceptable temperature 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.
  • Tube 1 is positioned near part 4, which allows the modification of the resistance of the external wall and changes the distribution of the electric field inside the lamp. These modifications of the electric power lines, due to the part 4 lead to the priming of the tube 1 which becomes driver.
  • the electrical circuit is closed when the electrode 2 of tube 1 is connected to the sector.
  • the position of room 4 near of the tube 1 promotes the increase in gloss thereof.
  • This acceleration of the setting in regime constitutes an element quite interesting, especially in domestic lighting. For some regimes where the cold point temperature of the tube would become higher than 50 ° C, the overall efficiency of the system would be slightly decreased, it should however be noted that the decrease beyond of 50 ° C is much slower than the gain made below of the optimal temperature.
  • the use of an amalgam also allows to calibrate the operation of the lamp on the temperature most favorable to compromise speed of setting regimen / effectiveness.
  • the device is particularly intended for tubes of dimensions such that the electrodes are close enough.
  • the low weight of the device and its reduced size allowing the use in various areas of lighting and decorative, interior and outside.
  • this device being under voltage, when the gas in tube 1 is ionized, the tube then being conductor, the capacitor 7 discharges between the electrodes 3 and 2 of tube 1 by causing priming.
  • the part 4 and the capacitor 7 then maintain the shine of the tube, resistor 8 and diode 9 being practically switched off due to the high impedance of the resistance 8.
  • this same circuit composed of the capacitor 7 resistor 8 and diode 9 can be mounted on each electrode 2 and 3 of tube 1 through parts 10 and 11 constituting a duplication of part 4.
  • This assembly presented in Figure 3 allows a doubling of voltage favoring the priming of the tube.
  • fixtures discharge power multipliers piece 4 retaining its characteristics and role, a function of the relationship between charge proportions of the polymer and the characteristics of length, volume and power of the device.
  • the device according to the invention, shown in Figure 1, where there is neither capacitor, neither resistor, nor diode, allows to use with gas discharge tubes of the dimmers, controlled manually or by means of a clock and possibly by various kinds of sensors, light or sound. Can be obtained, the variability of light intensity of the source lighting.
  • the electrical circuits can more complex structures by offering a plurality of diodes D1, D2, D3 and D4 and capacitors C1 and C2.

Landscapes

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

Description

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 l'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 D1, D2, D3 et D4 et de condensateurs C1 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
  • D1 à D4. Autres diodes
  • C1 et C2. Autres condensateurs

    • Claims (6)

    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)

    Applications Claiming Priority (3)

    Application Number Priority Date Filing Date Title
    FR9502445 1995-02-23
    FR9502445A FR2731131A1 (fr) 1995-02-23 1995-02-23 Dispositif d'allumage de tubes fluorescents
    PCT/FR1996/000271 WO1996026628A1 (fr) 1995-02-23 1996-02-21 Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents

    Publications (2)

    Publication Number Publication Date
    EP0811305A1 EP0811305A1 (fr) 1997-12-10
    EP0811305B1 true EP0811305B1 (fr) 1998-12-02

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    ID=9476670

    Family Applications (1)

    Application Number Title Priority Date Filing Date
    EP96904166A Expired - Lifetime EP0811305B1 (fr) 1995-02-23 1996-02-21 Dispositif d'aide a l'allumage et regulation pour tubes fluorescents

    Country Status (11)

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    US (1) US5898274A (fr)
    EP (1) EP0811305B1 (fr)
    CN (1) CN1176733A (fr)
    AT (1) ATE174184T1 (fr)
    AU (1) AU4836196A (fr)
    DE (1) DE69601079T2 (fr)
    DK (1) DK0811305T3 (fr)
    ES (1) ES2127006T3 (fr)
    FR (1) FR2731131A1 (fr)
    GR (1) GR3029269T3 (fr)
    WO (1) WO1996026628A1 (fr)

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