EP0895443A1 - Circuit limiteur de courant d'appel - Google Patents

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EP0895443A1
EP0895443A1 EP98410084A EP98410084A EP0895443A1 EP 0895443 A1 EP0895443 A1 EP 0895443A1 EP 98410084 A EP98410084 A EP 98410084A EP 98410084 A EP98410084 A EP 98410084A EP 0895443 A1 EP0895443 A1 EP 0895443A1
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EP
European Patent Office
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current
lamp
limiting circuit
filament
circuit according
Prior art date
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EP98410084A
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German (de)
English (en)
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EP0895443B1 (fr
Inventor
Luc Wuidart
Michel Bardouillet
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STMicroelectronics SA
Original Assignee
STMicroelectronics SA
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Publication date
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Publication of EP0895443A1 publication Critical patent/EP0895443A1/fr
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B39/00Circuit arrangements or apparatus for operating incandescent light sources
    • H05B39/02Switching on, e.g. with predetermined rate of increase of lighting current

Definitions

  • the present invention relates to the field of lamps with filament and, more particularly, incandescent lamps or halogens, especially high voltage.
  • FIG 1 shows the classic electrical diagram for connecting an L lamp, for example incandescent, to the electrical network supplying an alternating voltage Vac, by example of 230 volts efficient.
  • L lamp is connected in series with a switch K for commissioning between two terminals P, N of application of the Vac voltage.
  • switch K is inserted between the phase P terminal of the alternating voltage single phase and the L lamp.
  • a protection device generally a fuse or a circuit breaker, from the electrical panel of the installation is inserted between the line of the electrical network and the circuit shown in Figure 1.
  • FIG. 2 illustrates, in the form of chronograms, the shape of the voltage V L at the terminals of the lamp L and of the current I L in the filament of the lamp L.
  • the switch K at an instant t 1 .
  • a peak of the current I L appears at time t 1 and this peak puts several alternations to be damped so that the current in the lamp oscillates between the nominal peak values Inom and -Inom.
  • This phenomenon is mainly related to the variation of the value of the resistance of the filament of the lamp L as a function of the temperature.
  • the resistance of the filament When cold, the resistance of the filament is minimal, the nominal power of the lamp corresponding to the value of the resistance of the hot filament, once the lamp is on.
  • a 60 watt bulb has a resistance value of filament of the order of 880 ohms hot.
  • the value of the resistance is divided by 10 which corresponds to a proportion usual and if the ignition takes place at the peak of the voltage Vac, i.e. 340 instantaneous volts, the same lamp and the line of the network see an instantaneous power peak of more than 1200 watts.
  • halogen lamps provided with a filament in particular, for halogen lamps high voltages, i.e. which are not supplied by via a step-down transformer.
  • a classic solution to overcome these drawbacks is to provide, in series with the lamp, a coefficient thermistor negative, i.e. a resistance whose value decreases with the temperature.
  • a coefficient thermistor negative i.e. a resistance whose value decreases with the temperature.
  • the thermistor affects the performance of the lighting installation because its heat resistance remains non negligible and therefore causes energy dissipation.
  • thermistors with very cold values high enough to limit the current peak sufficiently. It follows that the power actually restored by the lamp does not does not correspond to its nominal value.
  • the present invention aims to propose a new solution to limit the inrush current in a filament lamp.
  • the invention aims, in particular, to propose a device which maintains the current in the lamp between the values ratings for which the lamp is designed.
  • the invention also aims to propose a device which either simple and inexpensive.
  • the present invention also aims to ensure that this device can be powered without the need for power specific.
  • the present invention further aims to provide a device small footprint.
  • the present invention provides a circuit for limiting the inrush current of a filament lamp, intended to be connected in series between the filament and a power switch by an alternating voltage, and comprising at least one controllable active element, limiting the current at a predetermined threshold value, polarized, outside periods of limitation, by a resistor connected between a power terminals of this element and its control terminal.
  • said threshold value is fixed by means of a measuring resistor current in the lamp.
  • the circuit includes at least one limiting element in series with said measurement resistor, an element control terminal of limitation being connected to a control means, detecting the voltage across the measurement resistor.
  • said means consists of a bipolar transistor, between base and transmitter from which the measurement resistor, the element is connected limit being controlled in linear mode.
  • said means consists of a comparator of the voltage across the terminals of the measurement resistance with respect to a reference value predetermined, the limiting element being controlled in cutting.
  • said active element is mounted as a unidirectional limiter and is associated with a rectifier bridge.
  • the circuit has two limiting elements, to limit the current in the lamp at the predetermined threshold value, each element being mounted as a one-way limiter.
  • the circuit includes two MOS field effect transistors, mounted in series between the switch and the filament, the resistance of measure being inserted between these two transistors and the path current comprising, at each alternation of the supply voltage, a stray diode from one of the two effect transistors field.
  • the present invention also relates to a bulb filament comprising, in its base, a current limiting circuit.
  • FIG. 3 schematically represents a circuit ignition of a filament lamp L from a voltage alternative Vac, for example, the mains voltage, according to a embodiment of the invention.
  • the lamp L is connected in series with a switch K between two terminals P, N of alternative power supply.
  • a characteristic of the present invention is to connect, in series with the lamp L and, preferably, between the switch K and the lamp L, a current limiting circuit 1, bidirectional, whose role is to clip the current I L taken from the power supply at a predetermined threshold value.
  • the device 1, symbolized in FIG. 3 by means of two unidirectional limiting elements 2, 3 controllable, consists, at least in part, of active components.
  • Each element 2, 3 is intended to clip the current by limiting it to a threshold value Ilim and the elements 2 and 3 operate in turn according to the alternation of the voltage Vac.
  • FIG. 4 illustrates, in the form of timing diagrams representing the voltage V L at the terminals of the lamp L and the current I L passing therethrough, the operation of the circuit represented in FIG. 3. It is assumed that the switch K is closed at an instant t 1 during a positive alternation of the Vac voltage. As the resistance of the filament of the lamp L is very low, the current I L increases suddenly and is limited to the threshold value Ilim by the element 3. During this first alternation which follows the closing of the switch K, the current I L remains maintained at the value Ilim as long as the voltage at the terminals of the lamp L has not become sufficiently low for the resistance of the filament of the lamp to be sufficient for the current I L to be less than the value Ilim ( instant t 2 ).
  • Ilim corresponding to the current value nominal in the lamp once the filament is warm.
  • the current Ilim is preferably fixed at a value slightly higher than the nominal lamp current, in particular, to take into account the tolerances of the Vac voltage (generally ⁇ 15%) so that elements 2 and 3 are not in permanent limitation operation.
  • An advantage of the present invention is that it avoids any power peak in the lamp L when it is switched on. The the life of the filament lamp is increased.
  • Another advantage of the present invention is that the device 1 protects the filament of the lamp L, even during nominal operation, for example, in the event of an accidental overvoltage alternative food.
  • Another advantage of the present invention is that it eliminates any risk of damage to another electrical device powered from the same fuse, in particular, in the case the fuse is oversized.
  • Another advantage of the present invention is that it prevents, in the event of a filament break, the propagation of a peak current linked to the appearance of an arc between a free end of the filament and the base of the bulb.
  • FIG. 5 represents a first embodiment of a limiter circuit according to the present invention.
  • the device comprises, between the switch K and the lamp L, two MOS field effect transistors M1, M2, preferably N channel, mounted in adjustable current sources, and between the sources of which a measurement resistance Rm is interposed current.
  • the drain of transistor M1 is connected to the terminal of the switch K, on the lamp side, and the drain of the transistor M2 is connected to a first lamp terminal including the second terminal is connected, for example, to neutral N of the AC power supply.
  • the source of each transistor M1, M2 is also connected to the base of a bipolar transistor T1, T2 including the collector is connected to the gate of the corresponding transistor M1, M2 and, via a polarization resistor R1, R'1, to the drain of this transistor M1, M2.
  • the emitter of transistor T1 is connected to the source of transistor M2, and the emitter of the transistor T2 is connected to the source of transistor M1.
  • Transistors T1 and T2 detect the voltage across the resistor Rm and control, respectively, the transistors M1 and M2.
  • each element limiter here, the transistors M1 and M2
  • a polarization resistive element here, resistors R1 and R'1
  • This resistive element serves as a local power supply and avoids the generation of a bias voltage by a complex circuit.
  • the limit value Ilim depends on the value of the resistor Rm. As long as the voltage drop across the resistor Rm is less than the base-emitter junction voltage of the bipolar transistor T1 or T2, this transistor remains off and the transistor MOSFET M1 or M2 associated with it is maintained, by being polarized by the resistance R1, R'1, in conduction in its operating zone where its gate-source voltage (VgsON) is approximately equal to its drain-source voltage (VdsON ), and therefore has a low voltage drop.
  • the current I L becomes such that the voltage drop across the resistor Rm is greater than the junction voltage of one of the transistors T1, T2, the corresponding transistor M1, M2 then operates in linear mode, that is ie in its current limiting region.
  • the transistors M1, T1 and resistance R1 intervenes during positive half-waves, and the transistors M2, T2 as well as the resistance R2 intervene during negative alternations.
  • the resistance Rm serves as current measurement resistance whatever the alternation considered.
  • the stray diode D2 of the transistor M2 is forward biased and the resistance Rm is is therefore connected to the lamp L, neglecting the voltage drop (about 0.7 volts) in the stray diode D2.
  • the stray diode D1 of transistor M1 is forward biased and the resistance Rm is is therefore connected to switch K by neglecting the voltage drop in this stray diode.
  • transistors M1 and M2 may be used in place of transistors M1 and M2.
  • transistors M1 and M2 we could use two transistors IGBT. However, in this case, care should be taken to add diodes D1, D2 in parallel on the IGBT transistors to allow the bidirectional operation of the limiting circuit.
  • Figure 6 shows a second embodiment of the present invention in which a diode bridge D3, D4, D5 and D6 is used to make a limiting circuit bidirectional unidirectional, for example, one of the circuits of the figure 5.
  • Two alternative input terminals 4, 5 of the diode bridge are respectively connected to an output terminal of the switch K and to an arbitrarily called input terminal of the lamp L.
  • a limiting circuit 8, unidirectional, is connected between two output terminals 6, 7 of the diode bridge, i.e. between the anodes of the diodes D3 and D4 and the cathodes of the diodes D5 and D6.
  • This limiter circuit 8 includes, as before, a measuring resistance Rm in series with a limiting element, here an IGBT transistor 9, between the switch K and the lamp L, here between terminals 6 and 7.
  • the gate of the IGBT transistor is connected to the collector of a bipolar control transistor T whose transmitter is connected to terminal 7 and whose base is connected to the emitter of the IGBT transistor, that is to say that the resistance Rm is placed in parallel between the base and the emitter of transistor T.
  • a bias resistor R1 is connected between terminal 6 and the collector of transistor T.
  • FIG. 7 The current-voltage characteristic which a unidirectional limiting element (M1, M2, FIG. 5 - 9, FIG. 6) must comply with according to the present invention is shown in FIG. 7.
  • the limiting element behaves like a resistance of very low value (corresponding to the value of the series resistance of a MOSFET transistor in conduction or of an IGBT transistor).
  • the element limits the current I L to this value, whatever the voltage Vac, provided that this remains below a limit value Vbr d ' avalanche of the limiting element (MOSFET transistors M1, M2 or IGBT transistor).
  • Vs of the threshold voltage between the two modes of operation of the device corresponds, in the embodiment of Figure 6, at the voltage drop in two diodes of the bridge, increased by the voltage drop in the resistance Rm and of the series voltage drop in the limiting element 9.
  • An advantage of the present invention is that the circuit limiter has few components and is easily preferably integrated into the base of an incandescent bulb or in the socket of a luminaire.
  • the integration of a the limiting circuit in the base of the bulb has the advantage to be able to link the current limit to the power of the lamp. This avoids permanent dissipation by the device limitation, linked to its permanent operation in limitation mode, if the bulb has a higher power than that for which the device is dimensioned.
  • the limiter circuit is a "2-wire" circuit and can therefore be connected in series with the filament of the lamp without requiring connection to the two terminals of the power supply alternative.
  • the nominal current of operating i.e. maximum operating intensity nominal
  • Rm resistance of 1.2 ohms
  • FIG. 8 represents a third embodiment of a current limiting circuit according to the present invention.
  • This circuit always consists of at least one active element, by example a MOSFET M transistor or an IGBT transistor, controllable to limit the current to a predetermined threshold value.
  • the transistor M is connected in series with a measurement resistance of the current and the limiter circuit includes a means for detecting the voltage across this measurement resistor to control transistor M.
  • a characteristic of this embodiment is that the transistor M is controlled in switching mode, that is to say that it is opened as soon as the current in the resistor Rm reaches the fixed threshold value and that it is restored. in conduction after a short time interval. This amounts, by resuming the shape of the current I L of FIG. 4, to chop this current between the instants t 1 and t 2 .
  • An advantage is that this reduces dissipation during limitation periods. This advantage is particularly noticeable in the case of a limiting circuit connected upstream of the bulb, for example in the socket of the luminaire, since the dissipation is reduced if the bulb has a power greater than that for which the device is sized. .
  • the transistor M is associated with a bias resistor R1 allowing to put it in conduction.
  • the limiter circuit is unidirectional and is associated with a diode bridge D3, D4, D5, D6 so as to make it bidirectional, the transistor M in series with the resistance Rm being connected between terminals 6 and 7 of the bridge.
  • Detection means here consists of a comparator 10, for example an amplifier differential, an inverting input of which is connected to the point middle of the series association of transistor M and resistance Rm.
  • the non-inverting input of comparator 10 receives a reference voltage fixed, for example, by a diode D7 whose cathode is connected to terminal 7 and the anode of which is connected, via a resistor R2 at the non-inverting input.
  • the output of comparator 10 is connected to the grid of the transistor M and, via a resistor R3, to its non-inverting input.
  • the divider bridge made up of resistors R2 and R3 condition a hysteresis around the reference voltage fixed by diode D7, so that the assembly oscillates.
  • the comparator 10 is supplied by means of an associated capacitor C to a diode D8, the resistor R1, the diode D8 and the capacitor C being connected in series between terminals 6 and 7.
  • a resistor R4 connects the cathode of diode D8 (the midpoint of the interconnection between diode D8 and capacitor C) to the anode of diode D7 which is thus always polarized in
  • the present invention is capable of various variants and modifications which will appear to the man of art.
  • other components than those indicated in relationship with Figures 5, 6 and 7 could be used to carry out the limitation function, provided that they comply with the features described above.
  • the sizing respective components of the limiting device are within the reach of the skilled person according to the power of the lamp.
  • elements other than resistors may be used to supply local food to the limiting element by polarizing it outside of the limitation periods. We could, for example, use a transistor or any another element mounted as a resistive element.

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  • Circuit Arrangement For Electric Light Sources In General (AREA)

Abstract

L'invention concerne un circuit limiteur de courant d'appel d'une lampe (L) à filament, destiné à être connecté en série entre le filament et un interrupteur (K) d'alimentation par une tension alternative (Vac), comportant au moins un élément actif commandable, de limitation du courant à une valeur seuil prédéterminée. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne le domaine des lampes à filament et, plus particulièrement, des lampes à incandescence ou halogènes, notamment haute tension.
La figure 1 représente le schéma électrique classique de raccordement d'une lampe L, par exemple à incandescence, sur le réseau électrique fournissant une tension alternative Vac, par exemple de 230 volts efficaces. La lampe L est connectée en série avec un interrupteur K de mise en service entre deux bornes P, N d'application de la tension Vac. Généralement l'interrupteur K est intercalé entre la borne P de phase de la tension alternative monophasée et la lampe L. Un dispositif de protection, généralement un fusible ou un disjoncteur, du tableau électrique de l'installation est intercalé entre la ligne du réseau électrique et le circuit représenté à la figure 1.
A chaque allumage de la lampe par la fermeture de l'interrupteur K, il apparaít un appel de courant dont la valeur instantanée est plusieurs fois supérieure à celle du courant nominal de fonctionnement. L'amplitude du pic du courant d'appel varie en fonction de la température du filament de la lampe L et de la valeur instantanée de la tension Vac à l'instant de fermeture. A froid et au sommet d'une alternance de la tension Vac, ce courant d'appel peut atteindre jusqu'à quinze fois le courant en régime nominal. Les contraintes alors subies par le filament de la lampe réduisent sa durée de vie. Les lampes à filament ont généralement une durée de vie maximale de l'ordre de 1000 heures.
La figure 2 illustre, sous forme de chronogrammes, l'allure de la tension VL aux bornes de la lampe L et du courant IL dans le filament de la lampe L. A la figure 2, on a supposé une fermeture de l'interrupteur K à un instant t1. Un pic du courant IL apparaít à l'instant t1 et ce pic met plusieurs alternances à s'amortir pour que le courant dans la lampe oscille entre les valeurs crêtes nominales Inom et -Inom.
Ce phénomène est principalement lié à la variation de la valeur de la résistance du filament de la lampe L en fonction de la température. A froid, la résistance du filament est minimale, la puissance nominale de la lampe correspondant à la valeur de la résistance du filament à chaud, une fois la lampe allumée. A titre d'exemple particulier, pour une tension Vac de 230 volts efficaces, une ampoule de 60 watts a une valeur de résistance de filament de l'ordre de 880 ohms à chaud. A froid, si la valeur de la résistance est divisée par 10 ce qui correspond à une proportion habituelle et si l'allumage s'effectue à la crête de la tension Vac, soit 340 volts instantanés, la même lampe et la ligne du réseau voient un pic de puissance instantané de plus de 1200 watts.
Outre le fait que ces pics de puissance entraínent que la plupart des lampes à incandescence cassent, c'est-à-dire que le filament se rompt à la mise sous tension, un arc peut apparaítre entre une extrémité alors libre du filament et le culot de l'ampoule, et cet arc est susceptible d'entraíner la disjonction du fusible de protection concerné, donc des frais de maintenance de l'installation.
Le même phénomène s'observe sur des lampes halogènes pourvus d'un filament, en particulier, pour des lampes halogènes haute-tensions, c'est-à-dire qui ne sont pas alimentées par l'intermédiaire d'un transformateur abaisseur de tension.
Un autre inconvénient des pics de courant à l'allumage d'une lampe à filament est que ces perturbations sur la ligne d'alimentation de la lampe sont susceptibles d'endommager d'autres appareils connectés sur le même circuit, c'est-à-dire en aval du même fusible.
Une solution classique pour pallier ces inconvénients est de prévoir, en série avec la lampe, une thermistance à coefficient négatif, c'est-à-dire une résistance dont la valeur diminue avec la température. Une telle solution présente plusieurs inconvénients. Tout d'abord, la thermistance nuit au rendement de l'installation d'éclairage car sa résistance à chaud reste non négligeable et entraíne donc une dissipation d'énergie. On doit en effet choisir des thermistances ayant des valeurs à froid très élevées pour limiter suffisamment le pic de courant. Il en découle que la puissance effectivement restituée par la lampe ne correspond pas à sa valeur nominale. En second lieu, une thermistance refroidit plus lentement que le filament d'une lampe à incandescence. Par conséquent, une protection par thermistance est inefficace en cas d'allumages répétés de la lampe, à brefs intervalles de temps.
Dans d'autres applications, on a déjà proposé de limiter des pics de courant d'appel à la mise en service d'un dispositif, au moyen d'un circuit électronique de commande contrôlant la mise sous tension pour qu'elle intervienne à un passage par zéro de la tension alternative. Une telle solution est cependant inadaptée aux lampes à filament. En effet, si une telle solution permettrait de réduire l'amplitude du pic de courant à la fermeture de l'interrupteur K (instant t1), le courant dans la lampe dépasserait cependant les valeurs nominales pendant plusieurs alternances et ne serait alors plus limité, le temps que le filament chauffe suffisamment pour que sa résistance atteigne sa valeur nominale. De plus, la mise en oeuvre d'une telle solution requiert un circuit électronique complexe nécessitant, le plus souvent, la génération d'une basse tension de polarisation des composants électroniques le constituant.
La présente invention vise à proposer une nouvelle solution pour limiter le courant d'appel dans une lampe à filament.
L'invention vise, en particulier, à proposer un dispositif qui maintienne le courant dans la lampe entre les valeurs nominales pour lesquelles la lampe est conçue.
L'invention vise également à proposer un dispositif qui soit de constitution simple et peu coûteux.
La présente invention vise également à ce que ce dispositif puisse être alimenté sans recourir à des moyens d'alimentation spécifiques.
La présente invention vise en outre à proposer un dispositif de faible encombrement.
Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un circuit limiteur de courant d'appel d'une lampe à filament, destiné à être connecté en série entre le filament et un interrupteur d'alimentation par une tension alternative, et comportant au moins un élément actif commandable, de limitation du courant à une valeur seuil prédéterminée, polarisé, hors des périodes de limitations, par une résistance connectée entre une des bornes de puissance de cet élément et sa borne de commande.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite valeur seuil est fixée au moyen d'une résistance de mesure du courant dans la lampe.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comporte au moins un élément de limitation en série avec ladite résistance de mesure, une borne de commande de l'élément de limitation étant reliée à un moyen de commande, détectant la tension aux bornes de la résistance de mesure.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit moyen est constitué d'un transistor bipolaire, entre base et émetteur duquel est connectée la résistance de mesure, l'élément de limitation étant commandé en mode linéaire.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit moyen est constitué d'un comparateur de la tension aux bornes de la résistance de mesure par rapport à une valeur de référence prédéterminée, l'élément limiteur étant commandé en mode à découpage.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, ledit élément actif est monté en limiteur unidirectionnel et est associé à un pont redresseur.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comporte deux éléments limiteurs, pour limiter le courant dans la lampe à la valeur seuil prédéterminée, chaque élément étant monté en limiteur unidirectionnel.
Selon un mode de réalisation de la présente invention, le circuit comporte deux transistors MOS à effet de champ, montés en série entre l'interrupteur et le filament, la résistance de mesure étant intercalée entre ces deux transistors et le chemin du courant comprenant, à chaque alternance de la tension d'alimentation, une diode parasite d'un des deux transistors à effet de champ.
La présente invention concerne également une ampoule à filament comportant, dans son culot, un circuit limiteur de courant.
Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
  • les figures 1 et 2 qui ont été décrites précédemment sont destinées à exposer l'état de la technique et le problème posé ;
  • la figure 3 représente un schéma de principe d'un circuit limiteur de courant associé à une lampe à filament selon la présente invention ;
  • la figure 4 illustre, sous forme de chronogrammes, le fonctionnement d'un circuit limiteur de courant selon la présente invention ;
  • la figure 5 représente un premier mode de réalisation d'un circuit limiteur de courant selon la présente invention ;
  • la figure 6 représente un deuxième mode de réalisation d'un circuit limiteur de courant selon la présente invention ;
  • la figure 7 représente la caractéristique courant-tension d'un élément limiteur de courant selon la présente invention ; et
  • la figure 8 représente un troisième mode de réalisation d'un circuit limiteur de courant selon la présente invention.
  • Les mêmes éléments ont été désignés par les mêmes références aux différentes figures. Pour des raisons de clarté, les chronogrammes des figures 2 et 4 et la caractéristique de la figure 7 ne sont pas à l'échelle.
    La figure 3 représente, de façon schématique, un circuit d'allumage d'une lampe L à filament à partir d'une tension alternative Vac, par exemple, la tension du secteur, selon un mode de réalisation de l'invention. De façon classique, la lampe L est connectée en série avec un interrupteur K entre deux bornes P, N d'alimentation alternative.
    Une caractéristique de la présente invention est de connecter, en série avec la lampe L et, de préférence, entre l'interrupteur K et la lampe L, un circuit 1 limiteur de courant, bidirectionnel, dont le rôle est d'écrêter le courant IL prélevé sur l'alimentation à une valeur seuil prédéterminée.
    Selon la présente invention, le dispositif 1, symbolisé à la figure 3 au moyen de deux éléments limiteurs unidirectionnels 2, 3 commandables, est constitué, au moins pour partie, de composants actifs. Chaque élément 2, 3 est destiné à écrêter le courant en le limitant à une valeur seuil Ilim et les éléments 2 et 3 fonctionnent à tour de rôle selon l'alternance de la tension Vac.
    La figure 4 illustre, sous forme de chronogrammes représentant la tension VL aux bornes de la lampe L et le courant IL la traversant, le fonctionnement du circuit représenté à la figure 3. On suppose que l'interrupteur K est fermé à un instant t1 au cours d'une alternance positive de la tension Vac. Comme la résistance du filament de la lampe L est très faible, le courant IL croít brusquement et est limité à la valeur seuil Ilim par l'élément 3. Au cours de cette première alternance qui suit la fermeture de l'interrupteur K, le courant IL reste maintenu à la valeur Ilim tant que la tension aux bornes de la lampe L n'est pas devenue suffisamment faible pour que la résistance du filament de la lampe suffise à ce que le courant IL soit inférieur à la valeur Ilim (instant t2). Le même fonctionnement se reproduit à l'alternance suivante (négative) par l'action de l'élément 2 car le filament de la lampe n'a pas le temps de chauffer suffisamment au cours d'une alternance pour que sa résistance atteigne sa valeur nominale. Ce fonctionnement se reproduit donc aux alternances suivantes tant que cette résistance du filament de la lampe n'est pas suffisante pour maintenir le courant IL entre Ilim et -Ilim.
    Dans l'exemple représenté à la figure 4, on a considéré le cas d'une valeur Ilim correspondant à la valeur du courant nominal dans la lampe une fois le filament chaud. On notera toutefois que le courant Ilim est, de préférence, fixé à une valeur légèrement supérieure au courant nominal de la lampe, en particulier, pour tenir compte des tolérances de la tension Vac (généralement de ±15%) afin que les éléments 2 et 3 ne soient pas en fonctionnement permanent de limitation.
    Un avantage de la présente invention est qu'elle évite tout pic de puissance dans la lampe L lors de son allumage. La durée de vie de la lampe à filament s'en trouve augmentée.
    Un autre avantage de la présente invention est que le dispositif 1 protège le filament de la lampe L, même en cours de fonctionnement nominal, par exemple, en cas de surtension accidentelle de l'alimentation alternative.
    Un autre avantage de la présente invention est qu'elle supprime tout risque d'endommagement d'un autre appareil électrique alimenté à partir du même fusible, en particulier, dans le cas où le fusible est surdimensionné.
    Un autre avantage de la présente invention est qu'elle évite, en cas de rupture du filament, la propagation d'un pic de courant lié à l'apparition d'un arc entre une extrémité libre du filament et le culot de l'ampoule.
    La figure 5 représente un premier mode de réalisation d'un circuit limiteur selon la présente invention.
    Le dispositif comporte, entre l'interrupteur K et la lampe L, deux transistors MOS à effet de champ M1, M2, de préférence à canal N, montés en sources de courant réglables, et entre les sources desquels est intercalée une résistance Rm de mesure du courant. Le drain du transistor M1 est connecté à la borne de l'interrupteur K, côté lampe, et le drain du transistor M2 est connecté à une première borne de la lampe dont la deuxième borne est connectée, par exemple, au neutre N de l'alimentation alternative. La source de chaque transistor M1, M2 est également connectée à la base d'un transistor bipolaire T1, T2 dont le collecteur est relié à la grille du transistor M1, M2 correspondant et, par l'intermédiaire d'une résistance R1, R'1 de polarisation, au drain de ce transistor M1, M2. L'émetteur du transistor T1 est relié à la source du transistor M2, et l'émetteur du transistor T2 est relié à la source du transistor M1. Les transistors T1 et T2 détectent la tension aux bornes de la résistance Rm et commandent, respectivement, les transistors M1 et M2.
    Une caractéristique de l'invention est que chaque élément limiteur (ici, les transistors M1 et M2) est associé à un élément résistif de polarisation (ici, les résistances R1 et R'1) connecté entre une de ses bornes de puissance et sa borne de commande.
    Cet élément résistif sert de moyen d'alimentation local et évite la génération d'une tension de polarisation par un circuit complexe.
    La valeur Ilim de limitation dépend de la valeur de la résistance Rm. Tant que la chute de tension aux bornes de la résistance Rm est inférieure à la tension de jonction base-émetteur du transistor bipolaire T1 ou T2, ce transistor reste bloqué et le transistor MOSFET M1 ou M2 qui lui est associé est maintenu, en étant polarisé par la résistance R1, R'1, en conduction dans sa zone de fonctionnement où sa tension grille-source (VgsON) est approximativement égale à sa tension drain-source (VdsON), et présente donc une faible chute de tension. Lorsque le courant IL devient tel que la chute de tension aux bornes de la résistance Rm est supérieure à la tension de jonction d'un des transistors T1, T2, le transistor M1, M2 correspondant fonctionne alors en mode linéaire, c'est-à-dire dans sa région de limitation en courant.
    Dans le montage de la figure 5, les transistors M1, T1 et la résistance R1 interviennent lors des alternances positives, et les transistors M2, T2 ainsi que la résistance R2 interviennent lors des alternances négatives. La résistance Rm sert de résistance de mesure du courant quelle que soit l'alternance considérée.
    Lors des alternances positives, la diode parasite D2 du transistor M2 est polarisée en direct et la résistance Rm se trouve donc reliée à la lampe L en négligeant la chute de tension (environ 0,7 volts) dans la diode parasite D2. Lors des alternances négatives, un rôle similaire est joué par la diode parasite D1 du transistor M1 et la résistance Rm se trouve donc connectée à l'interrupteur K en négligeant la chute de tension dans cette diode parasite.
    On notera que d'autres composants limiteurs de courant unidirectionnels pourront être utilisés à la place des transistors M1 et M2. Par exemple, on pourra utiliser deux transistors IGBT. Toutefois, dans ce cas, on veillera à adjoindre des diodes D1, D2 en parallèle sur les transistors IGBT pour permettre le fonctionnement bidirectionnel du circuit de limitation.
    La figure 6 représente un deuxième mode de réalisation de la présente invention dans lequel un pont de diodes D3, D4, D5 et D6 est utilisé pour rendre bidirectionnel un circuit limiteur unidirectionnel, par exemple, un des montages du circuit de la figure 5.
    Deux bornes 4, 5 d'entrée alternative du pont de diodes sont respectivement connectées à une borne de sortie de l'interrupteur K et à une borne, dite arbitrairement, d'entrée de la lampe L. Un circuit limiteur 8, unidirectionnel, est connecté entre deux bornes 6, 7 de sortie du pont de diodes, c'est-à-dire entre les anodes des diodes D3 et D4 et les cathodes des diodes D5 et D6.
    Ce circuit limiteur 8 comporte comme précédemment, une résistance de mesure Rm en série avec un élément de limitation, ici un transistor IGBT 9, entre l'interrupteur K et la lampe L, ici entre les bornes 6 et 7. La grille du transistor IGBT est connectée au collecteur d'un transistor bipolaire T de commande dont l'émetteur est connecté à la borne 7 et dont la base est reliée à l'émetteur du transistor IGBT, c'est-à-dire que la résistance Rm est placée en parallèle entre la base et l'émetteur du transistor T. Une résistance R1 de polarisation est connectée entre la borne 6 et le collecteur du transistor T.
    Le fonctionnement du montage de la figure 6 se déduit du fonctionnement exposé en relation avec la figure 5. Lors des alternances positives, le courant circule dans la diode D3, dans le transistor 9, dans la résistance Rm et dans la diode D5. Lors des alternances négatives, le courant circule dans la diode D4, dans le transistor 9, dans la résistance Rm et dans la diode D6.
    D'autres composants ou montages que ceux exposés en relation avec les figures 5 et 6 pourront être utilisés pour constituer le circuit limiteur de courant unidirectionnel selon la présente invention. Par exemple, on pourra utiliser une technologie de combinaison bipolaire et MOSFET de type cascode, ou des transistors bipolaires montés en Darlington.
    La caractéristique courant-tension que doit respecter un élément limiteur unidirectionnel (M1, M2, figure 5 - 9, figure 6) selon la présente invention est représentée à la figure 7. Tant que le courant IL reste inférieur à la valeur de limitation Ilim, l'élément limiteur se comporte comme une résistance de très faible valeur (correspondant à la valeur de la résistance série d'un transistor MOSFET en conduction ou d'un transistor IGBT). Dès que le courant IL atteint la valeur de limitation fixée par la résistance Rm, l'élément limite le courant IL à cette valeur, quelle que soit la tension Vac, pourvu que celle-ci reste inférieure à une valeur limite Vbr d'avalanche de l'élément de limitation (transistors MOSFET M1, M2 ou transistor IGBT).
    La valeur Vs de la tension seuil entre les deux modes de fonctionnement du dispositif correspond, dans le mode de réalisation de la figure 6, à la chute de tension dans deux diodes du pont, majorée de la chute de tension dans la résistance Rm et de la chute de tension série dans l'élément limiteur 9.
    Un avantage de la présente invention est que le circuit limiteur ne comporte que peu de composants et est facilement intégrable, de préférence, dans le culot d'une ampoule à incandescence ou dans la douille d'un luminaire. L'intégration d'un circuit limiteur dans le culot de l'ampoule présente l'avantage de pouvoir lier le courant limite à la puissance de la lampe. Ainsi, on évite une dissipation permanente par le dispositif de limitation, liée à son fonctionnement permanent en mode de limitation, si l'ampoule présente une puissance supérieure à celle pour laquelle est dimensionné le dispositif.
    Une telle intégration est facilitée par le fait que l'élément limiteur est polarisé, hors des périodes de limitation, par un simple élément résistif qui évite le besoin d'une troisième borne d'accès au circuit. Ainsi, une caractéristique de l'invention est que le circuit limiteur est un circuit "2 fils" et peut donc être raccordé en série avec le filament de la lampe sans nécessiter de connexion aux deux bornes de l'alimentation alternative.
    A titre d'exemple particulier de réalisation, pour une lampe à incandescence de 60 watts dont la résistance nominale (c'est-à-dire à chaud) du filament est de l'ordre de 880 ohms pour une tension de 230 volts efficaces, le courant nominal de fonctionnement (c'est-à-dire l'intensité maximale en fonctionnement nominal) est de l'ordre de 370 mA. Un circuit limiteur selon l'invention, dimensionné avec une résistance Rm de 1,2 ohms, écrête le courant à partir d'environ 500 mA et permet ainsi un fonctionnement correct et une dissipation minimale même en cas de variation de la tension d'alimentation dans la plage de tolérance (±15%) de fourniture de la tension alternative du secteur.
    La figure 8 représente un troisième mode de réalisation d'un circuit limiteur de courant selon la présente invention. Ce circuit est toujours constitué d'au moins un élément actif, par exemple un transistor MOSFET M ou un transistor IGBT, commandable pour limiter le courant à une valeur seuil prédéterminée. Le transistor M est monté en série avec une résistance de mesure du courant et le circuit limiteur comporte un moyen de détection de la tension aux bornes de cette résistance de mesure pour commander le transistor M.
    Une caractéristique de ce mode de réalisation est que le transistor M est commandé en mode à découpage, c'est-à-dire qu'il est ouvert dès que le courant dans la résistance Rm atteint la valeur seuil fixée et qu'il est remis en conduction après un bref intervalle de temps. Cela revient, en reprenant l'allure du courant IL de la figure 4, à hacher ce courant entre les instants t1 et t2. Un avantage est que l'on réduit ainsi la dissipation pendant les périodes de limitation. Cet avantage est particulièrement sensible dans le cas d'un circuit limiteur connecté en amont de l'ampoule, par exemple dans la douille du luminaire, car on réduit la dissipation si l'ampoule présente une puissance supérieure à celle pour laquelle est dimensionné le dispositif.
    Comme pour les autres modes de réalisation, le transistor M est associé à une résistance de polarisation R1 permettant de le mettre en conduction. Dans l'exemple représenté à la figure 8, le circuit limiteur est unidirectionnel et est associé à un pont de diodes D3, D4, D5, D6 de façon à le rendre bidirectionnel, le transistor M en série avec la résistance Rm étant connecté entre les bornes 6 et 7 du pont. Le moyen de détection est ici constitué d'un comparateur 10, par exemple un amplificateur différentiel, dont une entrée inverseuse est reliée au point milieu de l'association en série du transistor M et de la résistance Rm. L'entrée non inverseuse du comparateur 10 reçoit une tension de référence fixée, par exemple, par une diode D7 dont la cathode est connectée à la borne 7 et dont l'anode est connectée, par l'intermédiaire d'une résistance R2 à l'entrée non inverseuse. La sortie du comparateur 10 est reliée à la grille du transistor M et, par l'intermédiaire d'une résistance R3, à son entrée non inverseuse. Le pont diviseur constitué des résistances R2 et R3 conditionne un hystérésis autour de la tension de référence fixée par la diode D7, de sorte que le montage oscille. Le comparateur 10 est alimenté au moyen d'un condensateur C associé à une diode D8, la résistance R1, la diode D8 et le condensateur C étant connectés en série entre les bornes 6 et 7. Une résistance R4 relie la cathode de la diode D8 (le point milieu de l'interconnexion entre la diode D8 et le condensateur C) à l'anode de la diode D7 qui est ainsi toujours polarisée en direct.
    Quand la tension aux bornes de la résistance Rm (proportionnelle au courant IL) devient supérieure à la tension de référence, la sortie du comparateur 10 est tirée vers son alimentation basse, et la grille du transistor M se retrouve sensiblement au potentiel de la borne 7. Le transistor M est donc immédiatement ouvert. Le courant dans la lampe s'annule. Le comparateur commute alors quasi immédiatement vers son alimentation haute, ce qui provoque la remise en conduction du transistor M. Toutefois, la mise en conduction du transistor M est légèrement retardée par la constante de temps introduite par la résistance R1 associée à la capacité de grille du transistor M. Ce fonctionnement de découpage se reproduit tant que la courant IL est, à chaque mise en conduction, supérieur à la valeur seuil fixée. A chaud, c'est-à-dire quand la résistance du filament de la lampe a atteint sa valeur nominale, on reproduit le fonctionnement exposé précédemment en relation avec la figure 5, la sortie du comparateur restant à son alimentation haute.
    On notera que le circuit limiteur exposé en relation avec la figure 8 s'applique également au cas où deux éléments limiteurs sont utilisés sans pont de redressement. On utilise alors deux comparateurs (un pour chaque alternance).
    Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaítront à l'homme de l'art. En particulier, d'autres composants que ceux indiqués en relation avec les figures 5, 6 et 7 pourront être utilisés pour réaliser la fonction de limitation, pourvu qu'ils respectent les fonctionnalités décrites ci-dessus. De plus, les dimensionnements respectifs des différents composants du dispositif de limitation sont à la portée de l'homme du métier en fonction de la puissance de la lampe. En outre, d'autres éléments que des résistances pourront être utilisés pour assurer l'alimentation locale de l'élément limiteur en le polarisant hors des périodes de limitation. On pourra, par exemple, utiliser un transistor ou tout autre élément monté en élément résistif.

    Claims (9)

    1. Circuit limiteur de courant d'appel d'une lampe (L) à filament, destiné à être connecté en série entre le filament et un interrupteur (K) d'alimentation par une tension alternative (Vac), caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément actif (M1, M2 ; 9 ; M) commandable, de limitation du courant à une valeur seuil (Ilim) prédéterminée, polarisé hors des périodes de limitation par un élément résistif (R1, R'1) connecté entre une des bornes de puissance de l'élément de limitation et sa borne de commande.
    2. Circuit limiteur de courant selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite valeur seuil (Ilim) est fixée au moyen d'une résistance (Rm) de mesure du courant dans la lampe (L).
    3. Circuit limiteur de courant selon la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comporte au moins un élément de limitation (M1, M2 ; 9 ; M) en série avec ladite résistance de mesure (Rm), une borne de commande de l'élément de limitation étant reliée à un moyen (T1, T2 ; T ; 10) de commande, détectant la tension aux bornes de la résistance de mesure.
    4. Circuit limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen est constitué d'un transistor (T1, T2 ; T) bipolaire, entre base et émetteur duquel est connectée la résistance de mesure (Rm), l'élément de limitation (M1, M2 ; 9) étant commandé en mode linéaire.
    5. Circuit limiteur de courant selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit moyen est constitué d'un comparateur (10) de la tension aux bornes de la résistance de mesure (Rm) par rapport à une valeur de référence prédéterminée, l'élément limiteur étant commandé en mode à découpage.
    6. Circuit limiteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que ledit élément actif (9 ; M) est monté en limiteur unidirectionnel et est associé à un pont redresseur (D3, D4, D5, D6).
    7. Circuit limiteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte deux éléments limiteurs (M1, M2), pour limiter le courant dans la lampe (L) à la valeur seuil prédéterminée (Ilim), chaque élément étant monté en limiteur unidirectionnel.
    8. Circuit limiteur de courant selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte deux transistors MOS à effet de champ (M1, M2), montés en série entre l'interrupteur (K) et le filament, la résistance de mesure (Rm) étant intercalée entre ces deux transistors et le chemin du courant comprenant, à chaque alternance de la tension d'alimentation, une diode parasite (D1, D2) d'un des deux transistors à effet de champ.
    9. Ampoule à filament, caractérisée en ce qu'elle comporte, dans son culot, un circuit limiteur de courant selon l'une quelconque des revendications 1 à 8.
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