EP1040731B1 - Dispositif d'alimentation pour boite a lumiere - Google Patents

Dispositif d'alimentation pour boite a lumiere Download PDF

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EP1040731B1
EP1040731B1 EP98959995A EP98959995A EP1040731B1 EP 1040731 B1 EP1040731 B1 EP 1040731B1 EP 98959995 A EP98959995 A EP 98959995A EP 98959995 A EP98959995 A EP 98959995A EP 1040731 B1 EP1040731 B1 EP 1040731B1
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voltage
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Thales Avionics SAS
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    • 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
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from dc by means of a converter, e.g. by high-voltage dc using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/285—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2851—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2853—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal power supply conditions

Definitions

  • the present invention relates to devices intended for supply electrical power to a light box, i.e. a fluorescent lighting system allowing for example to illuminate by transmission a liquid crystal display screen.
  • Light boxes are known devices which allow to obtain on a relatively large flat surface, generally rectangular in shape, a distributed light energy of very uniform way to examine transparent objects.
  • a light box can be used for different purposes, for example example to examine photographic negatives. She is also very used to illuminate crystal display screens by transparency increasingly used instead of spoke tubes cathodic.
  • liquid crystal screens serve in particular as displays for on board aircraft to give the pilot the information they need necessary, in particular the indications which were previously displayed using electromechanical indicators.
  • a light box used to illuminate a liquid crystal display screen in an aircraft is constituted, for the purposes of uniformity of lighting and light intensity, of a battery of fluorescent tubes aligned against each other and powered by a large voltage, of the order of 1000 volts, delivered by a high voltage converter.
  • a power supply device including a galvanically isolated regulating converter.
  • Such device is for example made according to the diagram shown in Figure 1 attached.
  • a power supply 101 supplies on the one hand a light box 102 and on the other hand a set of electronic cards 103 intended for the processing of information to be sent to the screen of LCD display not shown in this figure and which is fixed to the surface of the light box 102.
  • This light box 102 itself comprises of known manner a set of fluorescent tubes 104 supplied by a high voltage converter comprising a cutter 105 and a step-up transformer 106.
  • the supply device 101 operates from a voltage input + 28 volts, which we saw that it was widely fluctuating. This charges, via an isolation diode 108, a set of capacitors 109. This diode both protects the equipment against reverse polarity and avoid reverse discharge of capacitors in the supply network when it is cut. These capacitors themselves allow guarantee the supply of downstream circuits during these possible cuts.
  • the capacitors 109 also make it possible to supply two regulated voltage converters 110 and 111 intended to supply respectively the light box 102 and the electronic cards 103.
  • These capacitors are for example of the known type “Flyback” or “Forward” which we know the yield is between 80 and 85%. This yield, which may appear suitable in other circumstances, nevertheless has disadvantages in terms of aircraft where the available power is counted and where it is necessary to disperse the heat from the corresponding losses.
  • the converters of this type are relatively expensive and bulky.
  • the converter 110 is of the continuous-continuous regulator type and lift with galvanic isolation. It provides the voltage power supply of the light box 102. This supply voltage is for example 50 volts to be at the upper limit of variations in the supply voltage from the DC network + 28 volts.
  • the converter 111 is of the continuous-continuous regulator type with galvanic isolation and allows to deliver all voltages necessary for 103 electronic cards, for example + 5 volts + 15 volts and - 15 volts.
  • the invention offers a feeding device for light box from a unstable supply network, of the type comprising means for protection against reverse polarity and cuts in this network, a capacitor forming an energy reserve and a DC-DC converter regulator to obtain from the network the voltage stabilized power supply of the light box, mainly characterized in that this converter is directly supplied by the network, that it is of the elevator type comprising an output diode which also plays the role of said means of protection, and that said capacitor is connected directly to the converter output to be charged by the supply voltage of the light box.
  • the device further comprises a second DC-DC regulator converter of the step-down type galvanic isolation to obtain from the output voltage of the first converter a set of stabilized supply voltages necessary for electronic control cards of a visualization lit by the light box and the connection between these cards and this display device is carried out with an isolation device galvanic.
  • the supply network unstable is of the 28 volt DC type and the supply voltage of the light box is approximately 50 volts.
  • the device according to the invention shown diagrammatically on FIG. 1 comprises supply means 201 making it possible to deliver the supply voltages necessary for a light box 102 and to control electronic cards 103 which are identical to those in Figure 1.
  • the voltage + 28 volt network input is directly applied to a DC-DC converter regulator 204 which is of the “boost” type lift without galvanic isolation.
  • this converter includes very schematically a 206 series inductor whose output is connected by a part to ground by a chopper 205 and secondly to a serial diode 208 which directly delivers the output voltage of 50 volts necessary for power to the light box 102.
  • This converter 204 compensates for variations in the 28 volt network with very good performance, which we know can reach a value of the order of 95% for a converter of this type.
  • the converter output diode 208 which participates in the voltage booster function, also allows to realize the function of protection against reverse polarity of the network and blocking of the reverse discharge of the energy reserve described below.
  • the output of converter 204 is in fact applied to a capacitor 209, also connected to ground, which allows storage the energy required for the device supplied by block 201 during the moments when the sector + 28 is cut, or goes down to a value less than that which allows the converter 204 to catch up with the voltage difference.
  • this capacitor 209 which serves as an energy reserve, can be of a size significantly smaller than capacitors 109, while allowing to obtain the same duration of protection against cuts.
  • the output voltage of the converter 204 also allows to supply a converter 111 of the DC-DC regulator type to galvanic isolation which is used to deliver the necessary output voltages to cards 103, for example + 5 volts + 15 volts and - 15 volts.
  • This converter could be identical to the converter 111 of Figure 1.
  • the electronic cards 103 are however supplied by the converter 111, which has galvanic isolation. To ensure then a complete protection of these cards it is then necessary to ensure galvanic protection in the connection between them and the screen display located on the light box.
  • the invention therefore proposes to make this connection using interface means 210 which will allow to provide such galvanic isolation, for example by using known transformers or optically coupled systems.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain the same results in terms of stability, cut resistance and galvanic isolation than in the known art, while presenting a remarkable simplicity of realization, providing a much better efficiency and by taking up space and weight particularly reduced.

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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

La présente invention se rapporte aux dispositifs destinés à alimenter en énergie électrique une boíte à lumière, c'est à dire un système d'éclairage fluorescent permettant par exemple d'éclairer par transmission un écran de visualisation à cristal liquide.
Les boítes à lumière sont des dispositifs connus qui permettent d'obtenir sur une surface plane relativement étendue, généralement de forme rectangulaire, une énergie lumineuse répartie de manière très uniforme permettant d'examiner des objets transparents.
Une boíte à lumière peut servir à différents usages, par exemple à examiner des négatifs photographiques. Elle est également très utilisée pour éclairer par transparence les écrans de visualisation à cristal liquide qui sont de plus en plus utilisés à la place des tubes à rayons cathodiques.
Ces écrans à cristal liquide servent notamment d'afficheurs à bord des aéronefs pour donner au pilote les informations qui lui sont nécessaires, en particulier les indications qui étaient antérieurement affichées à l'aide d'indicateurs électromécaniques.
De manière connue, une boíte à lumière utilisée pour éclairer un écran de visualisation à cristal liquide dans un aéronef est constituée, pour des besoins d'uniformité d'éclairement et l'intensité lumineuse, d'une batterie du tubes fluorescents alignés les uns contre les autres et alimentés par une tension importante, de l'ordre de 1000 volts, délivrée par un convertisseur haute tension .
Par souci de simplification on désignera dans la suite du texte sous le terme de boíte à lumière l'ensemble composé de la batterie de tubes fluorescents et de son convertisseur d'alimentation haute tension.
Pour obtenir un éclairage bien stable, ne présentant pas de fluctuations gênantes pour l'opérateur, il est nécessaire d'alimenter la boíte à lumière par une tension continue, dont la valeur peut être comprise entre 25 et 50 volts mais doit être bien stable.
On connaít de la demande de brevet britannique 2 229 873, un circuit d'alimentation d'une lampe à décharge pour voiture, qui fonctionne à partir d'une batterie de tension stable et qui comporte des circuits de protection et d'alarme destinés à protéger l'ensemble, en particulier contre les conséquences d'un mauvais fonctionnement du dispositif d'allumage de la lampe.
On sait que dans les avions la tension continue disponible pour l'alimentation des organes de servitude est fournie par un réseau dit « 28 volts ». Cette appellation est tout à fait de convenance puisque, compte-tenu des différentes contraintes, la tension effective de ce réseau peut varier dans des limites importantes, comprises par exemple entre 12 et 50 volts. On ne peut donc pas alimenter directement la boíte à lumière à partir de ce réseau.
En outre on est amené, pour éviter de se trouver confronté à des problèmes de boucles de masse entre primaire et secondaire de l'équipement, à réaliser un isolement galvanique entre le réseau 28 volts et la boíte à lumière.
Pour obtenir simultanément une régulation convenable de la tension d'alimentation de la boíte à lumière et un isolement de celle-ci par rapport au réseau, il est connu d'utiliser un dispositif d'alimentation comprenant un convertisseur à régulation isolé galvaniquement. Un tel dispositif est par exemple réalisé selon le schéma représenté sur la figure 1 annexée.
Sur cette figure, une alimentation 101 alimente d'une part une boíte à lumière 102 et d'autre part un ensemble de cartes électroniques 103 destinées au traitement des informations à adresser à l'écran de visualisation LCD non représenté sur cette figure et qui est fixé à la surface de la boíte à lumière 102. Cette boíte à lumière 102 comprend elle-même de manière connue un ensemble de tubes fluorescents 104 alimentés par un convertisseur haute tension comprenant un découpeur 105 et un transformateur élévateur 106.
Le dispositif d'alimentation 101 fonctionne à partir d'une tension d'entrée + 28 volts, dont on a vu qu'elle était largement fluctuante. Celle-ci charge, par l'intermédiaire d'une diode d'isolement 108, un ensemble de condensateurs 109. Cette diode permet à la fois de protéger l'équipement contre les inversions de polarité et d'éviter une décharge inverse des condensateurs dans le réseau d'alimentation lors des coupures de celui-ci . Ces condensateurs eux-mêmes permettent de garantir l'alimentation des circuits avals pendant ces éventuelles coupures.
Les condensateurs 109 permettent en outre d'alimenter deux convertisseurs de tension régulés 110 et 111 destinés à alimenter respectivement la boíte à lumière 102 et les cartes électroniques 103. Ces condensateurs sont par exemple du type connu « Flyback » ou « Forward » dont on sait que le rendement est compris entre 80 et 85 %. Ce rendement, qui pourrait paraítre convenable dans d'autres circonstances, présente néanmoins des inconvénients au niveau d'un aéronef où la puissance disponible est comptée et où il faut disperser la chaleur provenant des pertes correspondantes. En outre les convertisseurs de ce type sont relativement onéreux et volumineux.
Le convertisseur 110 est du type continu-continu régulateur et élévateur avec isolation galvanique. Il permet de fournir la tension d'alimentation de la boíte à lumière 102. Cette tension d'alimentation est par exemple de 50 volts pour être en limite haute des variations de la tension d'alimentation provenant du réseau continu + 28 volts.
Le convertisseur 111 est du type continu-continu régulateur avec isolation galvanique et permet de délivrer l'ensemble des tensions nécessaires aux cartes électroniques 103, par exemple + 5 volts + 15 volts et - 15 volts.
Pour pallier les inconvénients d'une telle structure, l'invention propose un dispositif d'alimentation pour boíte à lumière à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur formant réserve d'énergie et un convertisseur continu-continu régulateur pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boíte à lumière, principalement caractérisé en ce que ce convertisseur est directement alimenté par le réseau, qu'il est du type élévateur comportant une diode de sortie qui joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur est connecté directement en sortie du convertisseur pour être chargé par la tension d'alimentation de la boíte à lumière.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre un deuxième convertisseur continu-continu régulateur du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande d'un dispositif de visualisation éclairé par la boíte à lumière et la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique.
Selon une autre caractéristique, le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et la tension d'alimentation de la boíte à lumière est de sensiblement 50 volts.
D'autres particularités et avantages de l'invention apparaitront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent :
  • la figure 1, le schéma d'un dispositif connu; et
  • la figure 2, le schéma d'un dispositif selon l'invention.
Le dispositif selon l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend des moyens d'alimentation 201 permettant de délivrer les tensions d'alimentations nécessaires à une boíte à lumière 102 et à des cartes électroniques 103 de commande qui sont identiques à celles de la figure 1.
Selon l'invention par contre, dans le dispositif 201 la tension d'entrée du réseau + 28 volts est directement appliquée à un convertisseur continu-continu régulateur 204 qui est du type « boost » élévateur sans isolement galvanique.
De manière connue, ce convertisseur comprend très schématiquement une inductance série 206 dont la sortie est reliée d'une part à la masse par un découpeur 205 et d'autre part à une diode série 208 qui délivre directement la tension de sortie de 50 volts nécessaire à l'alimentation de la boite à lumière 102.
Ce convertisseur 204 permet de compenser les variations du réseau 28 volts avec un très bon rendement, dont on sait qu'il peut atteindre pour un convertisseur de ce type une valeur de l'ordre de 95 %.
En outre la diode 208 de sortie du convertisseur, qui participe à la fonction élévateur de tension, permet de réaliser également la fonction de protection contre les inversions de polarité du réseau et de blocage de la décharge inverse de la réserve d'énergie décrite plus loin.
La sortie du convertisseur 204 est en effet appliquée à un condensateur 209, relié par ailleurs à la masse, qui permet de stocker l'énergie nécessaire au dispositif alimenté par le bloc 201 pendant les instants ou le secteur + 28 est coupé, ou bien descend à une valeur inférieure à celle qui permet au convertisseur 204 de rattraper la différence de tension.
En raison de la tension plus importante en sortie de ce convertisseur 204 qu'en sortie de la diode 108 de la figure 1, ce condensateur 209, qui sert de réserve d'énergie, peut être d'une taille nettement plus réduite que les condensateurs 109, tout en permettant d'obtenir une même durée de protection vis à vis des coupures.
La tension de sortie du convertisseur 204 permet en outre d'alimenter un convertisseur 111 du type continu-continu régulateur à isolement galvanique qui sert à délivrer les tensions de sortie nécessaires aux cartes 103, par exemple + 5 volts + 15 volts et - 15 volts.
Ce convertisseur pourra être identique au convertisseur 111 de la figure 1.
On constate alors que dans cette solution il n'y a plus d'isolement galvanique entre la boite à lumière 102 et le secteur + 28 volts continu.
Ceci ne présentent pas d'inconvénients puisque la boite à lumière proprement dite ne comporte pas de circuits logiques susceptibles d'être affectés par un tel défaut d'isolement galvanique.
Les cartes électroniques 103 sont par contre alimentées par le convertisseur 111, qui présente lui un isolement galvanique. Pour assurer alors une protection complète de ces cartes il convient alors d'assurer une protection galvanique dans la liaison entre celles-ci et l'écran de visualisation située sur la boite à lumière. L'invention propose donc de réaliser cette liaison à l'aide de moyens d'interface 210 qui permettront de fournir une telle isolation galvanique, par exemple en utilisant des transformateurs ou des systèmes à couplage optique connus.
En conclusion, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir les mêmes résultats au point de vue stabilité, résistance aux coupures et isolement galvanique que dans l'art connu, tout en présentant une simplicité de réalisation remarquable, en procurant un bien meilleur rendement et en présentant un encombrement et un poids particulièrement réduits.

Claims (3)

  1. Dispositif d'alimentation pour boíte à lumière (102) à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur (209) connecté directement en sortie d'un convertisseur continu-continu régulateur du type élévateur (204) pour être chargé par la tension d'alimentation de la boíte à lumière (102) et ledit convertisseur continu-continu régulateur du type élévateur comportant une diode de sortie (208) pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boíte à lumière, caractérisé en ce que ce convertisseur (204) est directement et en permanence alimenté par le réseau, que la dite diode (208) joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur (209) forme réserve d'énergie.
  2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième convertisseur continu-continu régulateur (111) du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande (103) d'un dispositif de visualisation éclairé par la boíte à lumière et en ce que la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique (210).
  3. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et que la tension d'alimentation de la boíte à lumière (102) est de sensiblement 50 volts.
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