FR2510818A1 - Dispositif d'eclairage a lampe a arc - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE L'ECLAIRAGE. UN DISPOSITIF D'ECLAIRAGE COMPORTE UNE SOURCE LUMINEUSE PRINCIPALE CONSTITUEE PAR UNE LAMPE A ARC 11 A RENDEMENT ELEVE, QUI EST COMPLETEE PAR UNE SOURCE LUMINEUSE D'APPOINT A FILAMENT 12, PRODUISANT DE LA LUMIERE PENDANT LE DEMARRAGE DE LA LAMPE A ARC. CE DISPOSITIF D'ECLAIRAGE EST DESTINE A REMPLACER UNE LAMPE A INCANDESCENCE CLASSIQUE, EN OFFRANT UN MEILLEUR RENDEMENT ENERGETIQUE. LES CIRCUITS NECESSAIRES A L'ALIMENTATION DE LA LAMPE A ARC SONT LOGES DANS UN BOITIER 10 INCORPORE AU CULOT DE LA LAMPE. APPLICATION A L'ECLAIRAGE DOMESTIQUE.

Description

La présente invention concerne un dispositif d'éclairage conçu pour être

fonctionnellement similaire à une source lumineuse à incandescence, et elle porte plus particulièrement sur un dispositif d'éclairage dans lequel la source principale de lumière est une lampe à arc complé- tée par une source lumineuse à filament, disponible en tant que source d'appoint, ce dispositif d'éclairage comprenant une alimentation "haute fréquence" d'encombrement réduit

destinée à fournir l'énergie nécessaire à partir d'une sour-

ce classique à 120 V, 50 Hz.

L'invention est un prolongement d'efforts anté-

rieurs visant à produire un dispositif Ca remplacement pour

la lampe à incandescence, ayant un bon rendement énergéti-

que et un coût relativement faible La lampe à incandescence

convertit en chaleur la majeure partie de l'énergie électri-

que qui lui est appliquée, tandis qu'un pourcentage faible,

toujours inférieur à 10 % est converti en lumière visible.

Avec l'augmentation du coût de l'énergie, il est devenu nécessaire de disposer d'un dispositif d'éclaixage dont le rendement de conversion de l'énergie électrique en lumière soit notablement supérieur Des dispositifs d'éclairage

connus tels que les dispositifs fluorescents ont un rende-

ment lumineux allant du double au quadruple de celui d'une lampe à incandescence Une propriété de tels dispositifs qui a limité leur application plus générale consiste dans le coût initial élevé du ballast destiné à alimenter ces

dispositifs, et dans leur configuration allongée On a éga-

lement envisagé comme alternative possible la lampe à décharge à haute pression, ayant un rendement s'élevant jusqu'à six fois celui d'une lampe à incandescence On a réalisé des lampes à vapeur métallique à haute pression pour des dispositifs à forte puissance, nécessitant des alimentations coûteuses, ce qui restreint leur utilisation

à l'éclairage urbain et commercial, par opposition à l'éclai-

rage domestique On a inventé récemment (brevet U S. 4 161 672) des lampes à halogénures métalliques de plus faible puissance, ayant des rendements qui s'approchent de ceux des lampes de plus grande taille De telles lampes constituent potentiellement un élément de remplacement à rendement énergétique élevé pour la lampe à incandescence, à

condition de pouvoir disposer de moyens commodes et économi-

ques pour l'éclairage d'appoint et pour satisfaire les diverses exigences électriques des deux sources de lumière. Le brevet U S 4 232 252 décrit une solution antérieure au problème de la réalisation d'un dispositif de

remplacement pour une lampe à incandescence.

La demande de brevet U S 47 972, déposée le 13 juin 1979, décrit une autre solution au problème de la réalisation d'un dispositif de remplacement pour une lampe à incandescence Le rendement de la structure de l'invention est assez supérieur à celui qui est indiqué dans la demande

de brevet précitée.

L'alimentation du dispositif d'éclairage de l'in-

vention représente un développement d'alimentations haute fréquence antérieures, dans lesquelles un transformateur à ferrite, normalement commandé de façon à fonctionner à

l'état non saturé, et un transistor de commutation, consti-

tuent des éléments importants De telles alimentations ont été appelées "londuleurs statiques", par référence au fait que des grandeurs continues sont converties en grandeurs

alternatives par des éléments statiques ou non mobiles.

Parmi les brevets qui traitent d'onduleurs de cette catégo-

rie et de transformateurs à ferrite présentant la caracté-

ristique qui consiste à éviter la saturation, figurent les

brevets U S 3 914 680, 4 002 999, 4 062 390 et 4 004 251.

Le brevet U S 4 202 231 traite d'un onduleur statique qui

utilise un seul transistor de commutation dans une configu-

ration d'oscillateur bloqué et dans d'autres configurations connexes. La demande de brevet U S 139 946, déposée le 14 avril 1980, traite d'un transformateur à ferrite ayant une fonction d'élimination de la saturation du type employé ici.

L'invention a donc pour but de réaliser une sour-

ce lumineuse fonctionnant au moyen d'énergie électrique qui

ait un rendement amélioré.

L'invention a également pour but de réaliser un dispositif d'éclairage perfectionné utilisant une lampe à arc. L'invention a également pour but de réaliser un dispositif d'éclairage perfectionné dans lequel la principa- le source de lumière soit une lampe à arc complétée par une

lampe à filament.

L'invention a également pour but de réaliser un dispositif d'éclairage dans lequel la principale source de

lumière soit une lampe à arc complétée par une source lumi-

neuse à filament, ayant un réseau d'alimentation perfection-

né. L'invention a également pour but de réaliser un dispositif d'éclairage perfectionné qui combine une lampe à vapeurs métalliques avec une lampe à filament d'appoint, ce dispositif augmentant la puissance disponible pour la lampe à arc pendant la transition entre le régime de décharge luminescente et le régime d'arc, pour assurer un amorçage

plus sûr.

On parvient à ces buts de l'invention, ainsi qu'à

d'autres, dans un dispositif d'éclairage original qui uti-

lise une lampe à arc à vapeurs métalliques, à rendement énergétique élevé, en tant que source de lumière principale,

complétée par une source de lumière à filament d'appoint.

Le dispositif d'éclairage comprend également une alimenta-

tion continue et un réseau de commande destiné à convertir l'énergie à 120 V, 50 Hz, sous les formes nécessaires au fonctionnement de la lampe principale et de la lampe d'appoint La lampe principale et le filament d'appoint

sont contenus dans une seule enceinte de verre et l'alimen-

tation continue et le réseau de commande sont contenus dans un petit boîtier auquel l'enceinte de verre est fixée, et qui comporte un culot "Edison" permettant d'introduire le

dispositif d'éclairage dans une douille de lampe classique.

En résumé, le dispositif d'éclairage original est fonction-

nellement similaire à une lampe à incandescence, mais il produit de la lumière avec une meilleure utilisation de l'énergie. L'alimentation continue du dispositif d'éclairage comprend un redresseur, qui est de façon caractéristique un pont, destiné à convertir l'énergie alternative en énergie

continue, et un condensateur destiné à emmagasiner de l'éner-

gie 1 Le réseau de commande comprend un transformateur,

un transistor de commutation, une diode d'entretien du cou-

rant, qui fait circuler un courant pendant les intervalles

de blocage du transistor de commutation, et des moyens des-

tinés à débloquer de façon répétitive le transistor de com-

mutation Ces éléments sont interconnectés de façon à ali-

menter la lampe à filament jusqu'à ce que la lampe à arc ait chauffé, et de façon à satisfaire à la fois les exigences de démarrage et de fonctionnement de la lampe à arc Il existe

des moyens de commutation qui réagissent à l'état de la lam-

pe à arc en mettant hors fonction la lampe à filament lorsque la lampe à arc approche de la température et de la

tension normales.

Le transformateur est conçu pour fonctionner au-dessus des fréquences audibles et il comprend un circuit magnétique en une matière magnétique pratiquement linéaire, formant un premier chemin magnétique, ou chemin magnétique principal, une ouverture définissant un second chemin magnétique toroldal situé à l'intérieur du chemin magnétique principal et ayant une réluctance inférieure à celle du

chemin magnétique principal, des premier et second enroule-

ments de puissance couplés au chemin magnétique principal, le courant qui circule dans l'un ou l'autre des enroulements de puissance générant un flux qui a un premier sens dans un premier segment et un sens opposé dans un second segment du second chemin magnétique, et des moyens de commande qui fonctionnent sous la dépendance du niveau de flux et qui

comprennent un enroulement de réaction primaire et un enrou-

lement de réaction secondaire qui passent à travers l'ouver-

ture et sont couplés au second chemin magnétique.

Le transistor de commutation est bloqué au repos et il est connecté de façon à fermer par intermittence un

chemin pour le courant qui passe par l'enroulement de réac-

tion primaire, entre une borne de sortie d'alimentation

(normalement B+) et un premier noeud dans le réseau de com-

mande. L'enroulement de réaction secondaire est branché entre les électrodes d'entrée du transistor, pour appliquer une réaction initiale favorisant la conduction, après le déblocage du transistor, cette réaction se poursuivant

jusqu'à ce qu'un segment du chemin magnétique devienne satu-

ré, après quoi cet enroulement applique une réaction s'oppo-

sant à la conduction, ce qui ramène le transistor à un état bloqué après un certain temps de conduction Le transistor de commutation est de préférence un transistor à jonctions dont la jonction d'entrée est connectée dans un chemin à basse impédance, entre les bornes de l'enroulement de

réaction secondaire.

Le réseau de commande comprend en outre un cir-

cuit de puissance primaire destiné à faire fonctionner la lampe à filament Ce circuit comprend le premier enroulement de puissance et la lampe à filament, branchés en série Le circuit de puissance primaire est connecté entre le premier noeud et la borne de sortie d'alimentation qui est au potentiel de référence Il existe un circuit de puissance secondaire destiné à faire démarrer et à faire fonctionner la lampe à arc Ce circuit comprend le second enroulement de puissance et la lampe à arc branchés en série Le circuit de puissance secondaire est également connecté entre le premier

noeud et la borne de sortie d'alimentation qui est au poten-

tiel de référence Le second enroulement de puissance four-

nit des potentiels de démarrage transformés lorsque le cir-

cuit primaire est actif, et des potentiels d'alimentation

(non transformés) lorsque le circuit primaire est inactif.

La configuration procure une certaine souplesse

dans la sélection des niveaux de puissance de sortie appli-

qués à la lampe à arc Lorsque le transistor de commutation est débloqué à la cadence fixe appropriée, on obtient la puissance désirée pour la lampe à filament et la lampe à

arc, et le réseau de commande accomplit une action de régu-

lation de puissance, par le réglage automatique de la durée de conduction, et donc du rapport cyclique, du transistor de commutation Plus précisément, on peut sélectionner la configuration géométrique du circuit magnétique et le nombre de spires du premier enroulement de puissance, de façon à appliquer un premier niveau de puissance régulé à la lampe à filament, lorsque la lampe à arc est éteinte, et on peut

sélectionner la configuration géométrique du circuit magné-

tique et le nombre de spires du second enroulement de puis-

sance, de façon à appliquer un second niveau de puissance régulé à la lampe à arc, lorsque la lampe à filament est

éteinte De façon similaire, on sélectionne la configura-

tion géométrique du circuit magnétique et les nombres de spires effectifs combinés des enroulements de puissance de façon à appliquer un troisième niveau de puissance régulé à la lampe à filament et à la lampe à arc lorsque toutes les

deux sont actives.

Lorsque les deux lampes fonctionnent, on peut

sélectionner le niveau de puissance total, mais il est sou-

mis à une contrainte supplémentaire en ce qui concerne les niveaux de puissance relatifs entre les lampes Lorsque le premier enroulement de puissance et le second enroulement de puissance sont connectés de façon à générer des flux mutuellement opposés dans le chemin magnétique principal,

le nombre de spirescombiné effectif correspond à une diffé-

rence approximative entre les nombres de spires De plus,

des configurations géométriques différentes deviennent uti-

lisables, du fait que le flux principal attribuable au pre-

mier enroulement de puissance s'additionne au flux d'enrou-

lement de réaction primaire dans un premier segment du

second chemin magnétique à faible réluctance dans le cir-

cuit magnétique, tandis que le flux principal attribuable au second enroulement de puissance s'additionne au flux d'enroulement de réaction primaire dans un segment différent, ou second segment, du second chemin magnétique Lorsque les deux lampes sont sous tension et consomment de la puissance pendant le chauffage, la lampe à arc se présente sous la

forme d'une charge à tension constante Cette caractéristi-

que, ainsi que le couplage mutuel entre les premier et second enroulements de puissance, fixent la puissance appliquée à la lampe à filament, en relation avec la tension de la lampe

à arc, et, en pratique, les deux lampes absorbent une puis-

sance minimale pendant le début du chauffage et toutes deux approchent de la puissance totale près de la fin du chauffa- ge Enfin, on sélectionne la différence entre les nombres de, spires des premier et second enroulements de puissance de façon à obtenir un niveau de puissance total maximal accru, en réduisant le nombre de spires effectif des enroulements de puissance pendant la période de chauffage Cette mesure

permet de doubler la puissance totale à la fin du chauffage.

Le configuration utilisée procure à la fois une puissance appropriée pendant la transition d'arc et une

tension d'amorçage appropriée Les sens opposés des enrou-

lements tendent à procurer une faible amélioration de la

puissance disponible pour la lampe à arc, en ce qui concer-

ne la transition entre la décharge luminescente et la décharge d'arc On obtient une amélioration plus importante en optimisant le rapport élévateur entre les nombres de spires, pour assurer un transfert de puissance appropriée

pendant cet état de la lampe.

Les moyens permettant de mettre hors fonction le filament d'appoint consistent en un thyristor qui réagit à la tension de la lampe à arc et qui est branché aux éléments du circuit de puissance primaire Le thyristor est prévu de

façon à conduire pendant le pré-amorçage et à demeurer con-

ducteur jusqu'à ce que le chauffage de la lampe à arc soit pratiquement terminé On parvient à ceci en utilisant une diode branchée dans le circuit de détection allant à la gâchette, avec une polarité telle que le circuit ne peut

réagir qu'à des potentiels négatifs à la connexion de détec-

tion La connexion de détection est la borne du premier enroulement de puissance qui est la plus éloignée du noeud du circuit de commande Il faut se souvenir que ce noeud ne

peut pas devenir négatif par rapport au potentiel de réfé-

rence de l'alimentation continue, à cause de la diode d'entretien du courant qui est connectée à ce noeud Des potentiels négatifs ne peuvent donc apparaître au point de

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détection, qui présente une connexion conductrice avec le

noeud par l'intermédiaire du premier enroulement de puissan-

ce, que lorsque des tensions transformées sont transmises du second enroulement de puissance vers le premier enroulement de puissance, pendant le passage du transistor à l'état blo- qué La tension transformée est à un niveau bas pendant le chauffage initial de la lampe à arc, lorsque la tension d'arc est faible, mais elle augmente pendant la période de chauffage, au fur et à mesure que la tension d'arc augmente jusqu'à la valeur normale Une diode zener est branchée dans le circuit de gâchette pour fixer le seuil de tension de façon que le thyristor réagisse à un niveau correspondant à un potentiel d'arc proche de la normale Un condensateur de stockage et une résistance série branchés dans le circuit de gâchette interdisent un blocage accidentel du thyristor sous

l'effet de transitoires d'énergie faible apparaissant pen-

dant la transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement: Figure 1: une représentation d'un dispositif d'éclairage original, qui peut être connecté à une douille de lampe de type standard et qui utilise une lampe à arc en tant que source lumineuse principale, une source lumineuse d'appoint et une alimentation de faible encombrement; Figure 2: un schéma électrique du dispositif d'éclairage; Figure 3: un tableau montrant quatre états du dispositif d'éclairage dans la séquence d'amorçage normale, sur lequel on voit les états de la lampe à arc et de la lampe à filament d'appoint, la durée de chaque état, les exigences d'alimentation correspondantes et les niveaux de sortie, en lumens; Figure 4: une représentation d'un transformateur

à ferrite qui constitue un élément essentiel de l'alimenta-

tion; et

Figures 5 A, 5 B, 5 C, et 5 D: des -illustra-

tions explicatives du fonctionnement de l'alimentation, dans

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quatre conditions représentatives, chaque figure montrant un schéma équivalent simplifié de l'alimentation dans la condition représentée, et des signaux qui correspondent à

cette condition.

On va maintenant considérer la figure 1 qui repré-

sente un dispositif d'éclairage original destiné à fonction-

ner à partir d'une source de courant alternatif classique à basse fréquence ( 50 60 Hz) Le dispositif d'éclairage comprend la structure de lampe qui produit la lumière et une alimentation qui alimente la structure de lampe avec de l'énergie électrique sous une forme appropriée pour amorcer

et faire fonctionner la lampe La structure de lampe com-

prend une ampoule de verre 9 qui contient une lampe à arc à

rendement élevé, 11, et une résistance sous forme de fila-

ment, 12, qui devient une source lumineuse à incandescence de complément L'alimentation comprend un bottier rigide 10

qui est fixé à l'ampoule de verre 9 et un culot à visser.

Le culot assure à la fois la connexion électrique et la fixation mécanique du dispositif d'éclairage par rapport à

une douille de lampe à courant alternatif classique.

Le dispositif d'éclairage procure une source lumi-

ne-use ayant un bon rendement et qu'on peut aisément comman-d

der Cette source a une structure économique et elle con-

vient à l'éclairage domestique Le fonctionnement avec un rendement élevé résulte de l'utilisation d'une lampe à arc en tant que source principale de lumière La puissance

lumineuse émise, en 'Lumens par unité de puissance électri-

que, pour une lampe à arc est de façon caractéristique 4 à

6 fois supérieure à celle d'une lampe à incandescence.

Lorsqu'on emploie un ballast inductif ayant un-bon rende-

ment électrique, comme dans le dispositif de l'invention,

le rendement est approximativement égal à celui d'un dispo-

sitif fluorescent domestique En sélectionnant un nombre minimal de composants de faible coût et fabriqués en grande série, le coût initial du dispositif est comparable à celui d'un dispositif fluorescent classique Lorsqu'on compare le nouveau dispositif d'éclairage à une lampe à incandescence, on constate que les économies d'énergie pendant sa durée de

vie font plus que compenser le co t initial plus élevé.

Comme le montre la figure 1, le nouveau dispositif d'éclairage offre la commodité dimensionnelle d'une lampe à incandescence L'alimentation occupe l'espace compris entre le culot à visser et la structure de lampe Dans une lampe à incandescence, cet espace correspond auqeusotde lalampe et il est normalement réservé à la structure de support du filament L'ampoule de verre 9 de la structure de lampe est approximativement cylindrique Le dispositif d'éclairage a approximativement la même hauteur et le même diamètre qu'une lampe à incandescence Le dispositif projette la lumière sur un angle solide légèrement inférieur à celui d'une lampe à incandescence, et cet angle est réduit par rapport à une

sphère complète par l'angle que sous-tend l'alimentation.

On peut mettre en marche le dispositif d'éclairage, l'arrêter ou le faire redémarrer avec la même commodité qu'une lampe à incandescence L'utilisation de l'élément incandescent complémentaire 12, logé à l'intérieur de l'ampoule 9, rend moins gênant le retard à la production de lumière qui accompagne normalement le démarrage d'une lampe à arc Dans toutes les phases du fonctionnement-de la lampe principale, et en particulier pendant le démarrage, la structure de lampe produit de la lumière et cette lumière

provient approximativement du même emplacement Cette carac-

téristique est particulièrement intéressante pour les pério-

des d'une demi-minute que peut prendre la lampe à arc pour atteindre la luminosité maximale après un démarrage à froid, ou pour les périodes plus longues qui sont nécessaires pour

un redémarrage à chaud.

La disposition des éléments de la structure de lampe apparaît le mieux sur la figure 1 La lampe à arc 11 et l'élément incandescent 12 sont installés à l'intérieur de l'ampoule de verre 9 Les éléments 11 et 12 sont supportés sur des conducteurs scellés dans le culot de la structure de lampe Le gaz qui emplit l'enceinte 9 est un gaz inerte qui convient pour une lampe à incandescence classique La lampe à arc 11 est représentée avec l'électrode positive ou anode en bas (près du culot) et l'électrode négative ou cathode en haut (du côté opposé au culot) Les deux électrodes sont

à leur tour scellées dans les extrémités d'une petite ampou-

le de quartz dont le contour extérieur est cylindrique, sauf en ce qui concerne une petite région centrale, de section transversale supérieure, qui mesure moins de 12,7 mm de dia-

mètre L'intérieur de la lampe à arc, qui n'est pas spécia-

lement représentée, contient une chambre centrale sphérique ou elliptique emplie avec un mélange ionisable: argon, un gaz de démarrage ionisable, à savoir du mercure, qui est vaporisé lorsqu'il est chaud, et un sel de métal vaporisable tel que des iodures de sodium et de scandium Pendant le fonctionnement, un arc est formé entre les électrodes et crée une illumination dans toute la chambre Les petites lampes, de faible puissance,du type qu'on vient de décrire sont appelées lampes à halogénures métalliques ou à vapeurs métalliques Une lampe appropriée de ce type est décrite plus complètement dans le brevet U S 4 161 672 précité Dans un mode de réalisation caractéristique, le flux lumineux émis par la lampe à arc est de 2200 lumens, soit légèrement moins que celui d'une lampe à incandescence de 150 watts, et le flux lumineux du filament d'appoint est de 320 lumens, ce qui correspond à celui d'une lampe à

incandescence de 35 watts -

Une caractéristique supplémentaire du dispositif d'éclairage consiste dans la protection contre une émission ultraviolette accidentelle La décharge produit normalement un niveau élevé d'illumination ultraviolette Du fait que les températures des électrodes dans la lampe à arc doivent être très élevées, l'ampoule doit être en quartz le quartz permet un fonctionnement à une température plus élevée mais

il transmet également l'ultraviolet L'émission ultraviolet-

te est alors arrêtée par l'utilisation d'une ampoule de verre qui absorbe l'ultraviolet Dans le cas o l'ampoule de verre est brisée, la connexion en série de la lampe à arc avec un filament résistif 13 interdit toute possibilité de poursuite du fonctionnement de la lampe à arc et de poursuite

de l'émission d'un rayonnement ultraviolet Pendant le fonc-

tionnement de la lampe, le filament fonctionne à une tempé-

rature suffisamment élevée pour que toute destruction de l'atmosphère protectrice,par exemple par une fracture de l'ampoule de verre, détruise le filament, ce qui empêche toute poursuite du fonctionnement de la lampe L'utilisateur est ainsi protégé contre une émission ultraviolette, par extinction de la lampe principale, dans le cas ou l'écran

protecteur en verre est brisé.

La lampe à arc présente plusieurs états distincts en utilisation classique, et chaque état actif nécessite une alimentation distincte D'un point de vue pratique, la lampe à arc possède trois états actifs, dénomés Phases

I-III, et un état inactif.

Dans la Phase I, "l'amorçage" a lieu La durée

de l'amorçage ne dépasse normalement pas une ou deux secon-

des, et elle est souvent beaucoup plus courte C'est le

temps nécessaire pour qu'une tension de valeur élevée appro-

priée produise un "claquage électrique" du gaz contenu dans la lampe à arc, pour faire apparaître une tension de lampe maximale-de valeur décroissante Cette dernière condition constitue ce qu'on appelle également l'établissement d'une "décharge luminescente" En ce qui concerne les définitions, il convient de distinguer l'amorçage du pré- amorçage Le pré-amorçage est un intervalle qui précède l'amorçage, dont

la durée peut être prévue pour une lampe à arc et une ali-

mentation données, et c'est la période au cours de laquelle

l'amorçage est improbable, normalement à cause de condi-

tions physiques non optimales dans la lampe On considérera

le pré-amorçage ultérieurement.

La période d'amorçage comprend une période de

retard constituant la majeure partie de la période d'amor-

çage, qu'on peut en principe distinguer de la période de pré-amorçage, et un temps de montée, de durée beaucoup

plus courte, de l'ordre de la microseconde ou de la milli-

seconde, qui est associé à la décharge initiale Le retard d'amorçage est défini en considérant que la lampe est dans des conditions d'ambiance de référence, et c'est une période

dont la valeur statistique moyenne ne dépasse pas-une secon-

de ou deux, du fait de la conception Le retard d'amorçage est attribuable en partie à la création aléatoire, isolée et naturelle d'ions qui réduisent instantanément le potentiel de la décharge, et il est attribuable en partie à la

nature de la tension d'amorçage Si les potentiels d'amorça-

ge sont entretenus, on prévoit un retard d'amorçage plus faible que pour l'amorçage par impulsions, et on peut utili-' ser une tension plus faible Lorsque la tension d'amorçage se présente sous forme d'impulsions, une coïncidence entre

la tension appliquée et des ionisations spontanées et aléa-

toires définit l'instant d'amorçage Le retard probable pour

une telle co Tncidence augmente lorsque la durée des impul-

sions d'amorçage diminue.

Comme indiqué ci-dessus, le retard d'amorçage doit être inférieur à une ou deux secondes, pour assurer en pratique la certitude du démarrage Une augmentation des potentiels d'amorçage, ou une augmentation de la durée de

l'impulsion d'amorçage raccourcit le retard d'amorçage.

Dans le cas o on désire une tension minimale et des impul-

sions d'amorçage d'une durée minimale, l'irradiation de la lampe à arc aumoyen d'une seconde source lumineuse peut produire une chute de plusieurs centaines de volts de la tension exigée, et faciliter l'utilisation d'impulsions d'amorçage d'une durée de l'ordre de la microseconde, à la

place d'un potentiel continu plus entretenu.

Le temps de montée de la décharge est la partie terminale courte de l'amorçage Le claquage dans la lampe à arc se produit pour la tension d'amorçage de 1000-2000 volts, ce qui entraîne une chute brusque de la tension de la lampe jusqu'à une valeur caractéristique de 15 volts, après quoi la lampe peut se réamorcer une seconde fois, généralement à une tension plus faible lorsque le niveau d'ionisation des gaz contenus augmente, et on passe à la "transition de la décharge luminescente à la décharge

d'arc" Dans la Phase I, les lampes ayant la structure envi-

sagée ici nécessitent 1000 à 2000 volts lorsqu'on utilise pour l'amorçage des impulsions d'une durée dé l'ordre de la microseconde La puissance nécessaire pour la période

d'amorçage est faible.

La Phase II (transition de la décharge luminescen-

te à la décharge d'arc) s'étend d'un dixième de seconde à environ deux secondes et elle est caractérisée par un niveau d'ionisation plus entretenu et une tension maximale inférieure Lorsque la Phase II commence, la décharge est de façon caractéristique instable et elle oscille entre une

valeur maximale et une valeur minimale, tandis que la ten-

sion de la décharge diminue continuellement vers un maximum

inférieur, avec un minimum récurrent voisin de 15 volts.

Lorsque le niveau moyen de conduction du gaz augmente, la tension delampe maximale diminue, la puissance consommée

augmente, et les températures à l'intérieur de la lampe aug-

mentent également Lorsque la tension d'arc maximale tombe à des valeurs voisines de 200 400 volts, une puissance plusimportante (de façon caractéristique 2 4 watts) est

nécessaire pour une lampe à arc du type à vapeurs métalli-

ques. La Phase III commence par l'établissement de "l'arc", qui apparait lorsqu'une partie de la cathode a

atteint des températures d'émission thermoélectroniques.

Au niveau de la transition marquée de la Phase II à la Phase III, la tension de la décharge perd son caractère instable et conserve une valeur initiale d'environ 15 volts Dans la Phase III, il apparait une impédance de lampe faible entretenue, et un ballast de limitation de

courant est nécessaire pour éviter un échauffement excessif.

Au début de la Phase III, la dissipation de la lampe est fixée entre 10 et 15 watts et la lampe commence à produire

une lumière notable.

La période de chauffage qui est la période ini-

tiale de la Phase III, dure normalement de 30 à 45 secondes.

Pendant la période de chauffage, la lampe à arc atteint la température normale de fonctionnement et les gaz contenus

atteignent leurs pressions de fonctionnement finales éle-

vées La tension aux bornes de la lampe augmente jusqu'à une valeur caractéristique de 70 volts, et ceci s'accompagne d'une réduction de la conductance de la lampe Lorsque les conditions de fonctionnement finales apparaissent, la lampe

absorbe une puissance maximale (soit de façon caractéristi-

que 42 watts) et elle produit le flux lumineux maximal.

La période de pré-amorçage est une période varia-

ble ayant une valeur minimale nominale de zéro dans des con-

ditions ambiantes normales, et une valeur maximale comprise entre 45 secondes et 4 minutes, si l'arc s'est éteint, nécessitant ainsi un redémarrage à chaud Si la lampe à arc est mise hors tension au cours du fonctionnement normal, elle se trouve pendant une courte durée à une température élevée et à une pression de gaz élevée Pour réamorcer l'arc lorsque la lampe est chaude, le potentiel nécessaire peut dépasser de plus d'un ordre de grandeur celui qui est nécessaire pour un démarrage à froid (par exemple 10 30 k V) Les constantes de temps thermiques de la lampe sont telles que le temps nécessaire pour le refroidissement à partir d'une condition de fonctionnement à chaud, jusqu'au point auquel une tension classique ( 1-2 k V) réamorcera un

* arcpeut aller de 45 secondes à 4 minutes.

Un éclairage de complément est particulièrement

important pour l'utilisateur pendant la période de chauffa-

ge et la période de pré-amorçage pour un redémarrage à

chaud Si on considère un démarrage normal à froid, le pré-

amorçage et l'amorçage déi Extpendant une seconde ou deux,

et du fait que la lampe à décharge d'arc produit une lumiè-

re négligeable, il est souhaitable de disposer d'un éclai-

rage d'appoint La période de transition entre la décharge luminescente et la décharge d'arc approche deux secondes et un éclairage complémentaire est souhaitable pour la même raison Pendant le chauffage, qui dure de 30 à 40 secondes, le flux lumineux de la lampe à décharge augmente depuis une

valeur très faible jusqu'à la valeur normale, et un éclaira-

ge complémentaire initial est essentiel Dans la condition de fonctionnement final, l'éclairage complémentaire doit demeurer éteint Si un redémarrage à chaud vient à être nécessaire, la période nécessaire pour rétablir un arc peut aller jusqu'à 4 minutes, et un éclairage complémentaire est

également essentiel.

L'alimentation représentée sur la figure 2 fournit

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l'énergie appropriée pour le fonctionnement de la lampe à arc et de la lampe à filament Lorsque la lampe à arc est

dans la condition de fonctionnement final la tension d'ali-

mentation continue est d'environ 155 volts et la puissance d'entrée est de 35 watts La lampe à filament est éteinte et la tension aux bornes de la lampe à arc est de 70 volts, avec une puissance d'alimentation de 32 watts, comme indiqué précédemment. Pendant le pré-amorçage et l'amorçage, l'action de

commutation génère une succession d'impulsions unidirection-

nelles de haute fréquence, avec une composante alternative

de haute fréquence Les impulsions unidirectionnelles four-

nissent de l'énergie à la lampe à filament Simultanément,

la composante alternative, qui comprend le courant qui cir-

cule dans la lampe à filament, apparaît dans un enroulement primaire de transformateur, elle est transformée et redressée, et elle est appliquée à la lampe à arc pour

l'amorcer La tension d'amorçage est de façon caractéristi-

que de 1600 V crête à cr 6 te, avec un niveau de puissance

faible.

Pendant la transition entre la décharge lumines-

cente et la décharge d'arc, la puissance haute fréquence pour l'éclairage d'appoint est toujours appliquée, et la puissance disponible pour la lampe à arc est maintenue à environ 5 watts, pendant que le maximum de la tension d'arc tombe dans une plage de 200-400 volts Le fait de maintenir

une puissance appropriée dans cette plage de tension garan-

tit une transition sûre d'une lampe à vapeurs métalliques

pour le passage à la période de chauffage.

-Lorsque le chauffage à lieu, la puissance haute fréquence demeure appliquée initialement à la fois à la

lampe à arc et à la lampe à filament, cette dernière conti-

nuant à produire un flux lumineux complémentaire La dissi-

pation initiale dans la lampe à arc est maintenue à environ 12 watts lorsque la tension d'arc tombe à environ 15 volts, et la puissance appliquée au filament est réduite à environ 16 watts Pendant la poursuite du chauffage, la puissance appliquée à la lampe à arc atteint 38 watts et la puissance qui est appliquée à la lampe à filament augmente jusqu'à

watts, juste avant l'extinction.

Les principaux composants du dispositif d'éclairage dont le schéma électrique est représenté sur la figure 2 sont les suivants: la lampe à arc 11, les filaments d'appoint et de protection 12, 13, une alimentation continue ( 14, 15, 16) destinée à convertir en énergie alternative l'énergie à 120 volts, 50 hertz, et un réseau de commande ( 17-53) destiné à convertir l'énergie électrique fournie par l'alimentation continue sous les formes nécessaires au fonctionnement de la structure de lampe Le dispositif d'éclairage comporte quatre conditions actives qui sont caractérisées par les états de la lampe à décharge, de la source lumineuse d'appoint et du

réseau de commande Ces états, qui résument la description

précédente, sont représentés sur la figure 3.

Le circuit d'alimentation continue du dispositif d'éclairage est classique L'énergie pïovient d'une source alternative à 120 volts, 50 hertz par l'intermédiaire du culot et de deux filtres antiparasites 14, et-elle est appliquée aux bornes d'entrée alternatives d'un pont

redresseur à double alternance 15 La borne de sortie posi-.

tive du pont devient la borne de sortie positive de l'ali-

mentation continue, et la borne de sortie négative du pont

devient la borne de sortie commune ou de référence de l'ali-

mentation continue Le condensateur de filtrage 16 est con-

necté entre les bornes de sortie de l'alimentation continue

pour emmagasiner le l'énergie et réduire l'ondulation alter-

native Pendant le fonctionnement normal de la lampe à décharge d'arc 11, la tension de sortie de l'alimentation continue est de 155 volts, avec un courant moyen d'environ

0,25 ampères, ce qui produit une puissance de sortie d'envi-

ron 35 watts, parmi lesquels 32 watts sont consommés dans la lampe La puissance que l'alimentation continue doit fournir au dispositif d'éclairage pendant un redémarrage à chaud est d'environ 35 watts, et le maximum nécessaire pendant le chauffage de la lampe à décharge d'arc est environ de 80 watts.

Le réseau de commande est alimenté par l'alimenta-

tion continue et il applique à son tour de l'énergie haute fréquence à la structure de lampe pour faire fonctionner la

lampe à arc et le filament d'appoint, comme indiqué précédem-

ment Le réseau de commande comprend deux parties principales qui sont le circuit de puissance, comprenant les éléments 17-

42, et l'oscillateur de déclenchement qui comprend-les élé-

ments 43-53.

Le circuit de puissance comprend un transistor de puissance 17, des composants passifs 20 et 21 associés au transistor de puissance; un transformateur élévateur 18 constitué par des enroulements 22, 23, 24, 25, 47, 48, 52 un circuit doubleur de tension formé par des diodes 31, 32, 33 et par un condensateur 34; un thyristor 30 qui commande l'état du circuit de puissance; et des composants passifs

36 à 42 qui sont de façon générale associés au thyristor 30.

On peut traiter le circuit de puissance d'une manière approximative en considérant qu'il comporte quatre

parties principales: un élément de commutation à semiconduc-

teur monostable déclenché, un circuit de puissance primaire,

un circuit de puissance secondaire et un circuit de commande.

Ces parties ne sont pas séparables à tous égards, du fait que

certains éléments sont communs Par exemple, le transforma-

teur de puissance 18, qui est le sujet de la demande de bre-

vet U S 969 381, déposée le 14 décembre 1978, est un élé-

ment essentiel de l'oscillateur déclenché et des circuits de

puissance primaire et secondaire Le transistor de commuta-

tion monostable déclenché commande l'énergie que la source continue applique à une charge constituée parles circuits

de puissance primaire et secondaire, et ces derniers alimen-

tent respectivement à leur tour le filament d'appoint et la

lampe à arc Le circuit de commande modifie le mode d'ali-

mentation, en mettant hors tension le filament d'appoint, d'une manière instantanée, sous la dépendance de l'état

détecté de la lampe à arc.

Le transistor de puissance 17 est associé au trans-

formateur élévateur 18, à des composants passifs 20, 21 et à

la diode 28, pour réaliser une opération de commutation mono-

stable déclenchée Le transistor de puissance 17 comporte des

électrodes de base, d'émetteur et de collecteur Le transfor-

mateur de puissance 18 comporte un circuit magnétique en ferrite permettant un fonctionnement à haute fréquence (de façon caractéristique 25 kilohertz, c'est-à-dire au-dessus des fréquences audibles), un enroulement de puissance primai-

re 22, un enroulement de puissance secondaire 23, un enrou-

lement de commande primaire 24, un enroulement de commande secondaire 25 et un enroulement de commande de restauration 26, tous associés au circuit magnétique Les enroulements de commande assurent une commande de conduction du transistor dont le sens est fonction de l'état magnétique du circuit

magnétique en ferrite et procuxn Voeue action monostable, évi-

tant une saturation complète du circuit magnétique.

Le transistor de commutation 17 commande le cou-

rant qui provient de la source continue ( 14, 15, 16) et qui

circule vers les circuits de puissance primaire et secondai-

re Les circuits de puissance primaire et secondaire sont tous deux connectés à l'anode 27 et ils retournent tous deux

vers la borne commune de l'alimentation continue Le collec-

teur du transistor de puissance 17 est connecté à la borne positive de la source continue et son émetteur est connecté par l'enroulement de commande primaire 24 au noeud 27, ce qui ferme un circuit pour le courant allant de la source

continue vers les circuits de puissance primaire et secon-

daire, lorsque le transistor 17 est conducteur Une résistan-

ce 20, l'enroulement de commande secondaire 25 et une chaîne

de deux diodes branchées en série sont connectés en parallè-

le sur la jonction d'entrée du transistor 17 L'enroulement de commande secondaire 25 procure un moyen pour débloquer le transistor 17, par l'application d'une impulsion de

déclenchement provenant de l'oscillateur de déclenchement.

L'enroulement 25 applique également au transistor 17 une réaction favorisant la concuction, du fait que le courant du transistor circule dans l'enroulement de commande primaire 24 Comme on l'expliquera, cette réaction s'inverse lorsqu'un

certain niveau de flux est atteint dans le circuit magnéti-

que, et elle contribue à produire un fonctionnement monosta-

ble Les diodes 21 sont des diodes de protection qui sont - branchées dans le but d'éviter l'application d'une tension

inverse excessive à la jonction d'entrée, à partir de l'en-

roulement de commande 25 La charge du transistor de commuta-

tion comporte des éléments inductifs importants Par consé-

quent, pour protéger le transistor de commutation contre des

pointes de tension excessives et pour permettre la circula-

tion du courant après l'achèvement du blocage, il existe une diode d'entretien de courant 28 qui est connectée au noeud

27 par l'intermédiaire de l'enroulement de commande de res-

tauration 26 En fonctionnement normal, le transistor 17 est débloqué par l'impulsion de déclenchement, pendant un intervalle prédéterminé qui dépend des caractéristiques magnétiques, et du courant est appliqué à la charge ou aux charges connectées au noeud 27 Lorsque le transistor 17 est bloqué par l'inversion de la réaction, la diode 28, dont l'anode est connectée à la borne commune de l'alimentation

et dont la cathode est connectée au noeud 27 par l'enroule-

ment 26, permet au courant de continuer à circuler jusqu'à ce que les éléments inductifs contenus dans la charge aient

déchargé leur énergie emmagasinée Le mécanisme de commuta-

tion procure une régulation de puissance effective et, en supposant que les réactances inductives aient des valeurs appropriées, il assure une bonne stabilisation aussi bien pendant la phase de chauffage que la phase de fonctionnement

final de la lampe.

Le circuit de puissance primaire est appelé ainsi

du fait qu'il est associé à l'enroulement de puissance pri-

maire 22 Pendant le démarrage, le circuit de puissance pri-

maire fournit à la fois de l'énergie de haute fréquence pour faire fonctionner directement la lampe à filament d'appoint

12, et de l'énergie de haute fréquence qui, après transfor-

mation dans l'enroulement secondaire 23, fournit une tension élevée pour faire démarrer la lampe à arc 11 Pendant le fonctionnement normal, le circuit de puissance primaire est au repos, du fait des conditions de circuit détectées qui bloquent le thyristor 25 Le circuit de puissance primaire

comprend l'enroulement primaire principal 22 du transforma-

teur de puissance, la diode 29, le thyristor 30 et des compo-

sants passifs 35, 36 Plus précisément, la borne non marquée d'un point de l'enroulement de puissance primaire 22 est connectée au noeud 27, tandis que la borne de l'enroulement qui est marquée d'un point est connectée à l'anode de la diode 29 La cathode de la diode 29 est connectée à une pre-

mière borne de la lampe à filament complémentaire 12.

L'autre borne de la lampe 12 est connectée à l'anode du thyristor 30 La cathode du thyristor est ramenée à la borne commune de l'alimentation continue Il existe une résistance 35 et un condensateur 36 "d'amortissemernt," qui sont branchés

en série entre les électrodes principales du thyristor 30.

Ces éléments sont employés pour éviter (çe le thyristor s'amorce de façon incorrecte sous l'effet d'un déclenchement

par "d V/d T" Lorsque le thyristor 30 est conducteur, un che-

min de courant pour l'énergie de haute fréquence est fermé dans le circuit de puissance primaire Lorsque le thyristor n'est pas conducteur, ce chemin de courant est ouvert, L'état du thyristor 30 est déterminé par le circuit de

commande qui est décrit ci-après.

Le circuit de puissance secondaire est associé à

l'enroulement de puissance secondaire 23 du transformateur.

Pendant le démarrage, le circuit de puissance secondaire

reçoit de l'énergie à partir du circuit de puissance primai-

re et il fournit des tensions transformées qui (après dou-

blement) sont appliquées pour faire démarrer la lampe à arc.

Pendant le fonctionnement normal de la lampe à arc, le cir-

cuit de puissance secondaire reçoit directement son courant de haute fréquence à partir du transistor de commutation 17, et le secondaire du transformateur procure une action supplémentaire de stabilisation et de filtrage de type

réactif, pour l'énergie qui est appliquée à la lampe à arc.

Le circuit de puissance secondaire comprend l'en-

roulement de puissance secondaire 29 du transformateur de

puissance, les diodes 31, 32, 33 et le condensateur 34.

Plus précisément, la borne non marquée d'un point de l'enrou-

lement de puissance secondaire 21 est connectée à l'anode de la lampe à arc 11 La cathode de la lampe à arc est connectée par l'intermédiaire d'un fusible 13 à l'anode de la diode 31,

dont la cathode est connectée à la borne commune de la sour-

ce Le condensateur 34 et les diodes 31, 32, 33 produisent une action de doublement de tension faible Une borne du condensateur 34 est connectée à l'anode de la lampe à arc et l'autre borne est connectée à la cathode de la diode 32. L'anode de la diode 32 est connectée à l'anode de la diode 31 La cathode de la diode 32 est connectée à l'anode d'une troisième diode 33 dont la cathode est connectée à la borne

commune de la source continue.

Le circuit de puissance est complété par le cir-

cuit de commande dont la fonction principale est de débloquer

le thyristor pendant le démarrage, pour permettre un éclaira-

ge supplémentaire, et de bloquer le thyristor lorsque le chauffage a eu lieu et que l'éclairage supplémentaire n'est

plus nécessaire Au blocage du thyristor, le circuit de com-

mande réagit à une tension négative qui apparatt sur la

borne marquée d'un point de l'enroulement 22, dans le cir-

cuit de puissance primaire, et cette tension est une mesure de la tension de la lampe à arc Lorsque la tension négative dépasse un seuil donné, on fait en sorte que le thyristor ne puisse plus conduire Le circuit de commande comprend une diode de blocage de tension positive 37, un condensateur 38, une résistance 39, une diode zener de fixation de seuil 40, une diode 41 et une résistance 42 La cathode de la diode 37 est connectée par la résistance 39 à l'anode de la diode zener 40 La cathode de la diode zener 40 est connectée à l'anode de la diode 41, dont la cathode est connectée à la gâchette du thyristor 30 Le condensateur de filtrage 38 est

connecté entre l'anode de la diode zener 40 et la borne com-

mune de l'alimentation continue La résistance de dérivation de courant 42 est connectée entre les bornes de gâchette et

de cathode du thyristor 30 -

Le réseau de commande est complété par l'oscilla-

teur de déclenchement qui comprend les éléments 43-53.

I'osoillateur de déclenchement est le sujet du brevet U S.

4 258 338 mentionné précédemment L'oscillateur de déclen-

chement est un oscillateur à relaxation qui comporte une réaction positive par couplage magnétique qui est essentielle à la production d'une impulsion de déclenchement de courte

durée et de forte intensité, et qui comporte une configura-

tion de polarisation qui rend la cadence de répétition

d'impulsions insensible aux variations de la tension d'ali-

mentation continue ou de la charge L'impulsion de déclenche-

ment débloque de façon récurrente le transistor de commuta-

tion principal 17.

L'oscillateur de déclenchement consiste en un

transistor NPN 43 dont l'électrode de collecteur est connec-

tée à la borne positive de la source continue et dont l'électrode de base est connectée à un diviseur de tension formé par les résistances 44 et 45, connectées dans cet ordre entre la borne de sortie positive de l'alimentation

continue et la borne de sortie commune L'émetteur du tran-

sistor 43 est connecté à la masse par un circuit série qui comprend une diode 46, un enroulement de réaction primaire 47, un enroulement de sortie d'impulsion de déclenchement 48, des résistances 49, 50, la diode 41 et la résistance 42, dans cet ordre Un condensateur 51 est branché entre la borne positive de la source et la borne de la résistance 49

qui se trouve du c 8 té opposé à la borne commune de la sour-

ce L'enroulement de réaction secondaire 52 est en couplage capacitif, par un condensateur 53, aux bornes du circuit série formé par la jonction d'entrée du transistor 43 et

par la diode 46.

Le générateur d'impulsions fonctionne en oscilla-

teur à relaxation, dans lequel le condensateur 51 est char-

gé de façon récurrente par le circuit série qui est établi par les éléments 49, 50, 41 et 42 et est déchargé de façon

récurrente lorsque le transistor 43 conduit Dans le pro-

cessus de charge-décharge, la tension sur la borne inférieu-

re du condensateur 51 tombe lentement d'une valeur voisine de B+ à une valeur caractéristique de 15-40 volts au-dessous de B+, avec une cadence de charge qui est établie par la résistance de charge série ( 49, 50, 41, 42), par la

valeur du condensateur 51 et par le potentiel B+ A la ten-

sion minimale désirée, le transistor devient conducteur, ce qui arrête la chute de la tension Du fait que le transistor

25108 18

est connecté entre les bornes du condensateur, la conduc-

tion amène la borne inférieure du condensateur à un potentiel légèrement inférieur à B+ (par exemple avec un écart de 2 volts) La différence de deux volts est égale à la somme de la chute de tension dans le transistor 43 (lorsqu'il con-

duit), de la chute de tension dans la diode 46, et des chu-

tes de tension dans les enroulements de transformateur 47 et 49 Lorsque la décharge par le transistor 43 cesse, la

charge par la résistance de charge série se répète.

La charge du condensateur 51 s'arr 8 te lorsque le transistor 43 devient conducteur, à une tension qui est

fixée par le diviseur de tension 44, 45, connecté à la base.

L'électrode d'émetteur, qui est connectée à la borne'infé-

rieure du condensateur 51 par l'intermédiaire de la diode 46 et des enroulements à basse impédance 47 et 48, suit le potentiel de la borne inférieure du condensateur lorsque ce potentiel diminue Cependant, l'électrode de base, qui est connectée au diviseur de tension 44, 45 branché aux bornes

de la source continue, est maintenue à une fraction arbi-

traire du potention B+ (environ 15-40 volts au-dessous de B+) Ainsi-, les conditions de la jonction d'entrée du

transistor varient depuis une forte polarisation en inver-

se ( 15-40 volts), qui interdit la conduction, lorsque le

condensateur commence à se charger, jusqu'à une polarisa-

tion finale en sens direct qui ramène le transistor à l'état conducteur La conduction du transistor arrête la charge du condensateur 51 par une décharge abrupte La

conduction du transistor se produit lorsque la borne infé-

rieure du condensateur 51 est inférieure d'environ deux

chutes de tension de diode à la tension de la base du tran-

sistor 43.

Sous l'effet de la réaction positive effective que produisent les enroulements 47, 52, le transistor arrive

très rapidement à la conduction maximale Le courant traver-

se le transistor 43, la diode 46 et les enroulements 47 et 48, dans un chemin fermé qui fait circuler le courant depuis la borne supérieure du condensateur 51 jusqu'à sa borne inférieure Le courant qui circule dans l'enroulement de réaction primaire 47 induit dans l'enroulement de réaction secondaire 52 un courant d'attaque de base dont le sens correspond à une réaction positive La réaction produit une augmentation très rapide du courant dans le transistor, ce qui permet au condensateur de se décharger rapidement La

décharge par l'enroulement de sortie 48 induit dans l'enrou-

lement de réaction secondaire 25 une impulsion de 0,5 à 1 ampère, ayant une durée d'environ 200 nanosecondes Cette impulsion débloque le transistor de commutation principal 17. La cadence de répétition de l'Dsciliateur de déclenchement, qui est de façon caractéristique égale à k Hz, est pratiquement indépendante des variations de la tension B+ Ceci implique l'indépendance par rapport aux variations de la tension de la source ou de la charge Une fois que le condensateur 51 est déchargé, la vitesse de charge est fonction de la valeur du condensateur 51, de la

résistance de charge série et de la tension continue appli-

quée La tension à laquelle le condensateur doit se charger

avant que la décharge se produise est également pratique-

ment proportionnelle au potentiel B+ Le potentiel qui éta-

blit la valeur de l'excursion de tension correspond à la tension que le diviseur de tension 44, 45 applique à l'électrode de base du transistor 43, et cette tension est proportionnelle à la tension d'alimentation totale Il résulte de ceci que si la tension de la source est élevée, la vitesse de charge est plus rapide et la tension à laquelle le condensateurdoit se charger est également plus élevée De façon similaire, si la tension B±diminue, la

vitesse de charge diminue et la tension à laquelle le con-

densateur doit se charger est également réduite Dans les deux cas, le temps nécessaire pour la charge entre des

décharges successives est pratiquement le meme.

Le générateur d'impulsion décrit ici produit des impulsions de courant très élevées ( 0,25 à 1 ampère) de courte durée ( 100-500 nanosecondes) Des impulsions de cette intensité et de cette durée sont nécessaires pour débloquer efficacement le transistor de commutation de puissance 17,

25108 1 8

du type MJE 13005, qui est employé ici.

Le transformateur de puissance 18 employé dans le

réseau de commande est représenté sur la figure 4 Il com-

prend la structure de circuit magnétique 61, 62, les enrou-

lements 22, 23, 24, 25, 26, 47, 48 et 52 et un mandrin 63 qui supporte les enroulements ( 22, 23) sur la structure de circuit magnétique Plus précisément, le circuit magnétique comprend deux éléments de circuit magnétique en E, 61, 62, disposés en une configuration de circuit magnétique en '" 8 ",

avec des entrefers à chacun des trois joints Deux ouvertu-

res 64, et une non représentée sur la figure 4, sont respec-

tivement établies dans les éléments de circuit magnétique en E supérieur et inférieur Chacune de ces ouvertures se

trouve à la base de la branche centrale dans chaque élé-

ment de circuit magnétique en E. On bobine les enroulements de puissance primaire et secondaire sur le mandrin, on installe ce dernier autour de la branche centrale du circuit magnétique, et on l'ajuste entre les deux ouvertures L'enroulement secondaire 23 et l'enroulement primaire 22 sont bobinés sur le mandrin de

façon à conserver les sens qui sont représentés sur la figu-

re 2. Les enroulements de commande 24, 25, 26, 47, 48 et 52 sont associés aux ouvertures Les enroulements de commande 24, 25, 26 et 48 (non représentés sur la figure 4) associés à l'ouverture supérieure 64 procurent un moyen pour coupler au transistor de commutation l'impulsion de déclenchement qui provient de l'oscillateur de déclenchement, de la manière nécessaire pour déclencher chaque cycle de conduction Les enroulements de commande 47 et 52 (non représentés sur la

figure 4) sont associés à l'ouverture inférieure et ils pro-

curent la réaction positive qui est nécessaire au fonction-

nement de lioscillateur de déclenchement.

Les enroulements de commande 24 et 25, qui sont

bobinés dans l'ouverture supérieure 64 et autour de la par-

tie supérieure de l'élément de circuit magnétique en E supé-

rieur, procurent un moyen pour obtenir un fonctionnement

monostable du transistor Si le transformateur 18 est connec-

té au transistor 17 de la manière qui est représentée de

façon générale sur la figure 2, avec l'enroulement de comman-

de secondaire branché aux bornes de la jonction d'entrée du

transistor de commutation, et l'enroulement de commande pri-

maire et l'enroulement de puissance primaire connectés de façon à acheminer le courant de collecteur, et si on suppose

en outre qu'une impulsion de déclenchement déclenche la con-

duction du transistor, la conduction a lieu pendant une courte durée et se termine Ceci a pour effet de produire un signal de sortie approximativement rectangulaire avec un

*rendement gbael élevé.

Les enroulements de commande 24, 25 procurent un fonctionnement monostable en appliquant au transistor une réaction dont le sens s'inverse lorsque le niveau de flux dans le circuit magnétique augmente au-delà d'un certain point Cette sensibilité de la réaction au niveau de flux

est due à la configuration géométrique du circuit magnéti-

que qui est associé aux ouvertures 64 et 65 On peut consi-

dérer que chaque ouverture est limitée par trois régions contiguës, chacune d'elles définissant un chemin pour le flux, et les trois régions formant ensemble un petit toroide virtuel La première région (marquée 1 sur la figure 4) de l'ouverture supérieure 64 établit un chemin entre la branche

centrale et la partie supérieure gauche de l'élément de cir-

cuit magnétique en E supérieur; la séconde région (marquée 3) établit un chemin entre la branche centrale et la partie supérieure droite de l'élément de circuit magnétique en E supérieur; et la troisième région (marquée 3) établit un chemin entre les parties supérieures gauche et droite de l'élément de circuit magnétique en E supérieur, en utilisant

les orientations de la figure 4.

On supposera qu'il y a initialement un flux prin-

cipal faible, comme c'est le cas au début de chaque cycle de conduction du transistor, et qu'un courant de valeur faible circule dans le transistor de commutation et fait circuler un courant dans l'enroulement de commande primaire 24 Dans ces conditions, le flux dû à l'enroulement 24 est établi dans les trois régions qui forment collectivement un toroïde

magnétique entourant l'enroulement de commande primaire.

(On supposera que dans la représentation de la figure 4, le flux de commande suit un chemin en sens d'horloge passant successivement par les régions 1, 3 et 2) L'enroulement de -5 commande secondaire 25 traverse la même ouverture et il est couplé à l'enroulement de commande primaire par le même toroide magnétique L'enroulement de commande secondaire est connecté à la jonction d'entrée du transistor 17, dans

un sens tel que la réaction produite entre les deux enrou-

lements tend à faire conduire plus fortement le transistor.

La configuration utilisée comporte au maximum quelques

spires pour chaque enroulement de commande, de façon à pro-

duire une action de transformateur d'intensité On utilise normalement des spires secondaires supplémentaires pour

"forcer" le gain en courant ou le bêta du transistor.

Lorsque la conduction est établie dans le transis-

tor, le flux principal augmente L'augmentation du flux principal fait apparaître les influences qui produiront finalement le blocage du transistor Le flux principal attribuable à l'enroulement de puissance principal 22 a le même sens dans la branche centrale et il est orienté en sens d'horloge et en sens inverse d'horloge dans les deux

boubles magnétiques principales que forme la structure magné-

tique en " 8 " Si on suppose que l'enroulement de puissance principal 22 est bobiné dans un sens tel que le flux est orienté en sens inverse d'horloge dans la boucle de gauche et en sens d'horloge-dans la boucle de droite-du circuit magnétique en " 8 ", comme on le voit sur la figure 4, on trouve l'inégalité croissante suivante dans les niveaux de

flux dans les trois régions qui sont associées à l'ouvertu-

re Dans la première région du toroide, le flux de commande attribuable à l'enroulement de commande primaire 24 et le

flux principal qui circule dans la boucle de gauche s'addi-

tionnent et le niveau de flux total est le plus grand dans cette région Dans la seconde région du toroîde, le flux qui circule sous l'effet de l'enroulement de commande et le flux principal qui circule dans la boucle droite du circuit magnétique en E se soustraient, et le total est ici plus petit que dans la première région Dans la troisième région, il ne circule pratiquement aucun flux principal, et cette

région comporte uniquement une circulation de flux attribua-

ble à l'enroulement de commande primaire Le flux dans cette région est également inférieur à celui présent dans la pre-

mière région.

Lorsque le flux principal continue à augmenter, on atteint un point auquel la saturation se produit, et si le

trou est correctement situé sur la ligne médiane de la bran-

che centrale, et en retrait par rapport àt la surface exté-

rieure, la première région se saturera e premier Lorsque

la première région se sature, une augmentation incrémentiel-

le du courant dans l'enroulement de commande primaire ne produit plus une augmentation incrémentielle du flux dans le chemin à faible réluctance qui est défini dans le toroide magnétique encerclant l'ouverture A la place, le flux incrémentiel doit suivre le chemin plus long et à réluctance élevée qui passe par les branches extérieures du circuit

magnétique en " 8 ", qui comprend les deux entrefers exté-

rieurs Lorsque la première région se sature, on constate

qu'il se produit un changement dans les conditions d'atta-

que Le signal de courant secondaire, qui peut avoir une valeur élevée en sens direct, approximativement constante en fonction du temps, manifeste maintenant un changement de

pente abrupt en sens descendant, ce qui conduit initiale-

ment à une réduction du courant d'attaque en sens direct, puis à une inversion du courant d'attaque, L'inversion du courant d'attaque se prolonge jusqu'à ce que la charge emmagasinée soit complètement extraite du transistor de

commutation et jusqu'à ce que ce transistor soit complète-

ment bloqué.

L'inversion de sens décrite ci-dessus, qui se produit lorsque la première région se sature, est décrite de façon plus complète dans la demande de brevet U S. 139 946 précitée On peut traiter le phénomène de façon analytique en tenant compte descourantsqui circuleitdm les enroulements primaire et secondaire,qui créent des champs opposés dans le toroide, et de la nature de la charge du

transistor On peut expliquer l'inversion du courant d'atta-

que par le résultat conjoint de l'augmentation soudaine de la réluctance qui couple les deux enroulements; de l'effet de tension constante de la jonction d'entrée du transistor, agissant avec l'inductance de l'enroulement secondaire de façon à limiter la vitesse de variation du flux dans la troisième région à une valeur constante, aussi longtemps que

ce transistor demeure conducteur; et de la charge emmagasi-

née dans la jonction, qui fournit de l'énergie permettant la circulation d'un courant en sens inverse, jusqu'à ce que l'élimination de la charge emmagasinée achève le blocage du transducteur La conséquence utile consiste en ce que le transistor est automatiquement bloqué avant la saturation complète du circuit magnétique, ce qui conduit à un meilleur rendement de commutation du transistor et à une meilleure

fiabilité du transistor De plus, on peut réduire la quanti-

té de ferrite nécessaire pour une puissance de sortie prédé-

terminée. Les enroulements 48 et 25 qui sont associés à l'ouverture supérieure 64, et qui appliquent au transistor de commutation 17 l'impulsion de déclenchement qui provient de l'oscillateur de déclenchement, fonctionnent à la manière d'un simple transformateur d'intensité Du fait que le flux

principal est plus faible lorsque l'impulsion de déclenche-

ment est générée, ces deux enroulements sont en couplage serré avec le toroide magnétique qui entoure l'ouverture,

et ils xne sont pas affectés par des événements ultérieurs.

De façon similaire, les enroulements de réaction positive 47 et 52 de l'oscillateur de déclenchement qui sont associés à l'ouverture inférieure, réalisent une simple action de transformateur d'intensité, du fait qu'ils sont également

actifs lorsque le flux principal est faible.

L'enroulement 26 qui est associé au mécanisme de

commutation du transistor est utilisé pour forcer une res-

tauration prolongée du flux à la fin de chaque cycle dc

conduction, pour permettre une meilleure utilisation du cir-

cuit magnétique dans la région toroîdale lorsque l'impulsion

de déclenchement suivante est appliquée.

En l'absence de l'enroulement 26, le flux dans la troisième région (flux toroidal 0 t) est restauré à la valeur

correspondant au flux rémanent BR, qui est une caractéristi-

que du ferrite sélectionné L'adjonction de l'enroulement 26 fait que le courant que laisse passer la diode d'entretien de courant 28 procure une force magnétomotrice qui restaure le flux toroidal au-delà de l'état rémanent Aussi longtemps que le flux toroldal n'est pas restauré au-delà d'un état de flux zéro, le flux principal est inférieur à Bma, lorsque la saturation se produit L'effet désiré de l'enroulement 26 est de forcer un flux principal "initial" plus élevé, pour

satisfaire l'exigence de rapport cyclique concernant l'en-

roulement principal (Jt+T 0 m dt O 0) La seconde région se sature à Bmax, qui est une caractéristique du ferrite Du fait que le rapport cyclique est déterminé par la nécessité

-d'aires tension-temps égales, comme on vient de le mention-

ner, et du fait que O M est commandé par la tension de charge, un flux principal plus élevé à la saturation impose un flux

principal plus élevé au déblocage du transistor (flux prin-

cipal initial) Ceci exige directement un courant plus élevé pour supporter ce flux, et la charge reçoit donc davantage de puissance Cette puissance accrue est fournie avec une fréquence de fonctionnement minimale, ce qui conduit à une amélioration du rendement, à cause de la diminution des

pertes de commutation Par conséquent, la marge de fonction-

nement disponible pour les variations de la charge et de la

tension du secteur est augmentée à la fréquence de fonction-

nement Cette marge de fonctionnement concerne l'aptitude à fournir une puissance électrique donnée à la lampe à arc, dans des conditions correspondant à une valeur basse de la

tension du secteur Ceci constitue une alternative à l'aug-

mentation de la fréquence de fonctionnement, pour procurer

une plus grande marge de protection.

Dans un mode de réalisation pratique de l'inven-

tion, les nombres de spires sont ceux représentés sur la figure 2 et le circuit magnétique a les dimensions externes suivantes: 30 mm de longueur sur 26 mm de largeur sur 11 mm de profondeur, l'ouverture ayant un diamètre de 2,6 mm, avec

un écartement de 2,4 mm par ràpport à la surface extérieure.

Les entrefers à chacun des joints mesurent approximativement 0,23 mm Les branches extérieures ont 5 mm d'épaisseur et la

branche centrale a 11 mm d'épaisseur Les éléments de cir-

cuit magnétique en E sont fabriqués par la firme TDK Elec-

tronics Co, Ltd, en ferrite de type H 7 C 2, avec une configu-

ration correspondant au numéro de catalogue EE 30 Z, modifiée par l'introduction de l'ouverture Le mandrin est conçu de façon à s'ajuster entre les ouvertures du circuit magnétique en " 8 ", et les enroulements sont bobinés par couches entre

les joues supérieure et inférieure du mandrin.

Le réseau de commande-dont on a maintenant décrit les parties principales, assure l'alimentation de la lampe à

arc et de la source lumineuse à filament, de la manière résu-

mée dans le tableau de la figure 3 A partir de la mise sous tension initiale du dispositif d'éclairage, et au cours du

passage par les quatre états indiqués du dispositif d'éclai-

rage, l'oscillateur de déclenchement produit des impulsions de déclenchement à une cadence pratiquement constante de 25 k Hz L'élément de commutation à semiconducteur monostable, qui est couplé à l'oscillateur de déclenchement, commute à

la même cadence de 25 k Hz La commutation assure l'alimenta-

tion à haute fréquence pour le fonctionnement des circuits de puissance primaire et secondaire pendant l'ensemble des

quatre états du dispositif d'éclairage.

Le réseau de commande assure l'adaptation aux besoins d'alimentation variables du dispositif d'éclairage,

par plusieurs mécanismes sensibles à la charge En particu-

lier, le circuit de puissance primaire est actif lorsque l'éclairage d'appoint est nécessaire pendant le démarrage, et il est inactif lorsque l'éclairage d'appoint n'est pas nécessaire, pendant le fonctionnement normal Le passage du circuit de puissance primaire d'un état actif à un état

inactif est effectué par l'élément de commutation à semicon-

ducteur (thyristor 30) commandé par le réseau de commande, sous la dépendance d'une tension détectée dans le circuit de puissance, cette tension dépendant elle-même de là tension

de la lampe à arc.

Le réseau de commande présente une autre réponse adaptative qui résulte de la propriété de régulation de puissance de l'élément de commutation à semiconducteur Le niveau de régulation de puissance comporte trois valeurs, qui sont affectées par la condition de l'élément de commuta- tion à thyristor et par la condition de la charge, comme l'indique la figure 3 En outre, la régulation de puissance est sensible aux conditions électriques dans le dispositif

d'éclairage, à chaque état.

Une réponse adaptative supplémentaire du réseau de commande résulte de l'utilisation d'un doubleur de tension avec possibilité de chute de la tension, qui sous l'effet de différentes conditions de charge de la lampe à arc permet à la fois d'avoir une tension élevée pendant l'amorçage et une puissance élevée pendant la transition de la décharge

luminescente à la décharge d'arc.

On va maintenant décrire les états du dispositif

d'éclairage et les réponses adaptatives du réseau de comman-

de, en se référant aux figures 3 et 5 A-5 D. Dans l'état de pré-amorçage, la lampe à arc n'est

pas encore amorcée et l'éclairage d'appoint est nécessaire.

Le réseau de commande fait en sorte que le circuit de puis-

sance primaire soit actif Au moment de la mise sous tension initiale, l'oscillateur de déclenchement à auto-démarrage commence à produire des impulsions de déclenchement, ce qui active l'élément de commutation à semiconducteur monostable (transistor 17) L'élément de commutation à semiconducteur monostable applique alors par intermittence le potentiel B+ au noeud 27 Simultanément à la première impulsion de

déclenchement, un courant de validation provenant du con-

densateur 51 est appliqué à la gâchette du thyristor 30 par

les résistances 49, 50 et la diode 41, connectées en série.

La borne inférieure du condensateur 51 (c'est-à-dire la bor-

ne qui n'est pas connectée à B+) est au potentiel zéro avant

la mise sous tension du réseau de commande, et elle est ame-

née au voisinage du potentiel B+ par la conduction du tran-

sistor 43 Ce potentiel diminue progressivement au cours du temps, sous l'influence du chemin de charge qui est établi 3 Z 1 par les résistances 49, 50, la diode 41 et la résistance 42, en dérivation sur la gâchette du thyristor La diminution progressive de la tension s'arrête de façon caractéristique à 14 volts au-dessous de la polarisation B+, sous l'effet de la conduction du transistor-43 Le chemin de charge pour le condensateur est un chemin à impédance élevée (de façon caractéristique 185 k L), qui fait circuler un courant de 1,25 m A, et une partie du courant circule dans la résistance de dérivation de gâchette 42, tandis que le reste entre dans

la gâchette pour maintenir le thyristor à l'état conducteur.

Dans les conditions dans lesquelles la tension sur le con-

densateur 41 demeure élevée et un courant de gâchette mini-

mal, de l'ordre d'un milliampère est disponible, le thyris-

tor est "validé" de façon à conduire dès l'instant auquel

sa ttension d'anode devient positive.

L'état de pré-amorçage est représenté dans la première colonne de la figure 3 et, dans cet état, le réseau de commande applique de l'énergie au filament

d'appoint et des potentiels d'amorçage à la lampe à arc.

Dans cet état, le thyristor 30 est validé par l'intermédiai-

re du chemin à haute impédance de l'oscillateur de déclen-

chement; et l'élément de commutation à semiconducteur mono-

stable (transistor 17) conduit par intermittence sous l'effet des impulsions de déclenchement qui sont appliquées périodiquement, tandis que le claquage n'a pas encore eu lieu dans la lampe à arc Plus précisément, la conduction par l'élément de commutation à semiconducteur monostable 17

applique par intermittence le potentiel B+ au noeud 27.

Ceci applique le potentiel B+ aux bornes du circuit de puissance primaire qui comprend l'enroulement de puissance

primaire 22, la diode 29, la résistance sous forme de fila-

ment 12 et le thyristor 30 Le thyristor 30 devient conduc-

teur, ce qui ferme un chemin à basse impédance pour le cou-

rant qui se dirige vers la masse en passant par l'enroule-

ment de puissance 22 et le filament d'appoint 12 Le cou-

rant sous forme d'impulsions qui circule dans la résistance sous forme de filament 12 élève sa température et commence

à produire l'éclairage d'appoint.

108 1 8

Simultanément, du fait du passage d'un courant dans le filament d'appoint, une tension transformée est induite dans l'enroulement secondaire, pour l'amorçage de la lampe à arc Au début de chaque intervalle de conduction de l'élément de commutation 17, l'échelon de tension montant aux bornes de l'enroulement primaire 22 va de la référence

au potentiel B+ Simultanément, un échelon de tension posi-

tif proportionnel au produit de B+ par le rapport de trans-

formation (auquel le potentiel B+ est également ajouté)

apparait sur la borne non marquée d'un point de l'enroule-

ment secondaire, pour l'amorçage N v 5 + s(B+) + B+ p dans cette relation Ns est le nombre de spires du secondaire Np est le nombre de spires du primaire, et

B+ a une valeur caractéristique de 155 volts.

La tension secondaire, d'une valeur caractéristique de 800 volts, apparaissant sur la borne non marquée d'un point de

l'enroulement secondaire est appliquée à l'anode de la lam-

pe à arc Lorsque la conduction démarre, la tension à l'extrémité marquée d'un point de l'enroulement 22 présente un échelon en sens montant puis elle décroît conformément à la constante de temps L/R qui est définie par le rapport entre l'inductance de l'enroulement primaire (L) et la résistance du filament 12 De façon similaire, la tension à l'extrémité marquée d'un point de l'enroulement secondaire présente un échelon montant jusqu'à la valeur de crête, puis elle décroît jusqu'à B+ conformément à une constante de temps semblable, comme le montre la figure 5 A. Lorsque la conduction de l'élément de commutation cesse, par l'action monostable décrite précédemment, l'énergie emmagasinée dans l'inductance 22 entretient la circulation du courant La diode d'entretien de courant 28

établit maintenant un autre chemin pour le courant circu-

lant vers le noeud 27, et elle maintient ce noeud au poten-

tiel de référence La tension sur la borne marquée d'un point de l'enroulement 22 diminue de B+ jusqu'au potentiel de la masse, avec la constante de temps L/R La tension sur la borne non marquée d'un point de l'enroulement secondaire 23 diminue alors, avec la même constante de temps L/R, jusqu'à la valeur B+ transformée négative, comme il est également représenté sur la figure 5 A L'effet de fixation de niveau de la diode 28, une fois que l'élément de commutation à transistor 17 est bloqué, fait disparaître le décalage B+ N

V, S(B+)

p Dans le circuit de puissance secondaire, pendant le pré-amorçage, une tension d'amorçage qui correspond à la différence entre les crêtes positives et négatives est appljquée aux bornes de la lampe à arc Les diodes 31, 32, 33 et le condensateur 34 ne gênent en rien l'application du potentiel secondaire positif à l'anode du tube à arc Le

condensateur 34 a une faible valeur et la diode 32 est pola-

risée en inverse pour empêcher une absorption d'énergie notable au moment de la crête positive La crête négative d'un cycle antérieur est appliquée à la cathode du tube à arc par l'intermédiaire du condensateur 34, de la diode 32 polarisée en direct et de la résistance 13 Lés diodes 31 et 33sont toutes deux polarisées en inverse, et elles ne

dissipent-donc pas la crête négative La capacité intrinsè-

que de la diode 31, ainsi que la capacité parasite au niveau de la cathode de la lampe à arc, emmagasinent une charge pendant de courts intervalles Ainsi, la charge

déposée par la crête secondaire négative d'un cycle de con-

duction précédent est emmagasinée par cette capacité parasi-

te de cathode, avec une certaine diminution due aux fuites, et le potentiel de cathode est établi à une valeur négative un peu inférieure à la valeur de crête négative Ainsi, le circuit de puissance secondaire applique un potentiel de pré-amorçage d'une valeur crête à crête d'environ 1400 volts entre les électrodes du tube à arc, comme le montre la figure 5 A. Pendant le pré-amorçage, le thyristor 30 demeure conducteur, ce qui maintient le circuit primaire à l'état actif, du fait que les conditions de la tension primaire (Vp) ne permettent pas le blocage Pendant le pré-amorçage,

le potentiel sur la borne non marquée d'un point de l'in-

ductance 22 alterne d'une valeur nettement positive à une valeur proche de zéro Ce potentiel ne devient pas négatif

aussi longtemps que l'enroulement secondaire, dans le cir-

cuit de puissance secondaire, est en série avec une lampe

dans un état à impédance élevée, et une tension de polarisa-

tion négligeable apparaît aux bornes de l'enroulement secon-

daire La diode 37, à l'entrée du circuit de commande,

demeure donc polarisée en inverse, ce qui empoche l'applicà-

tion au circuit de commande de toute tension primaire susceptible de bloquer le thyristor 30 et de mettre hors

fonction le circuit de puissance primaire.

Pendant l'amorçage et la transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc, les formes des signaux sont de façon générale similaires à celles représentées sur la figure 5 A avec une certaine modification produite par la Charge croissante que constitue la lampe à arc Pendant ces périodes, la lampe à arc manifeste un claquage initial et son impédance diminue de façon erratique Pendant l'amorçage,

la tension d'arc varie entre une tension maximale décroissan-

te (environ 1000 volts) et une tension minimale relativement

fixe (environ 15 volts) Pendant la transition de la déchar-

ge luminescente à la décharge d'arc, l'arc peut conserver une nature erratique, tandis que la tension maximale est réduite à 200 ou 300 volts (Lorsque l'arc se stabilise à

la tension minimale, la transition de la décharge luminescen-

te à la décharge d'arc est terminée et le chauffage a commen-

cé.) La diminution de l'impédance de la lampe à arc pendant

l'amorçage et le début de la transition de la décharge lumi-

nescente à la décharge d'arc impose une chute de la crête négative qui est établie pour la cathode de la lampe à arc par le réseau diodescondensateur 31-34, et elle demande au circuit primaire une puissance importante (par exemple 5

watts à 250 volts), avec une tension plus faible et un cou-

rant plus élevé que précédemment, ce que le réseau de comman-

de est capable de faire, grâce en partie à ses propriétés

intrinsèques de fonctionnement à puissance constante.

Pendant l'amorçage et la transition de la décharge luminescente à ladécharge d'arc, la tension de commande demeure positive, ce qui maintient le thyristor conducteur. Pendant toute la durée de ces deux premières périodes, la tension d'arc dépasse la tension de polarisation B+, sauf pendant les courts intervalles d'un claquage erratique, ce qui interdit l'application aux bornes de l'enroulement secondaire d'une tension prolongée ayant un sens capable

d'induire une tension négative dans l'enroulement primaire.

Le filtre résistance-condensateur ( 39, 38) qui se trouve à l'entrée du réseau de commande empêche une réponse parasite

pendant un transitoire.

Un éclairage d'appoint est souhaitable pendant la période de chauffage de la lampe à arc, d'une durée de 30 à

secondes La figure 5 B représente les conditions de ten-

sion dans le circuit de puissance primaire, au début du chauffage, qui déterminent la continuation de la conduction

du thyristor et l'éclairage d'appoint Pendant cette pério-

de, la tension d'arc est stable et elle part initialement d'environ 15 volts puis augmente progressivement vers la valeur finale de 70 volts Le signal supérieur représente l'échelon de tension en sens montant au noeud 27, depuis

une valeur approximativement égale au potentiel de référen-

ce, jusqu'au potentiel B+, lorsque la conduction du transis-

tor commence, puis ensuite l'échelon en sens descendant jusqu'au potentiel de référence lorsque la conduction du

transistor se termine La durée de conduction est plus cour-

te que pendant les périodes précédentes, à cause en partie

de l'effet de puissance constante du transfluxor Les limi-

tes de tension sont les mêmes que précédemment Le signal situé immédiatement au-dessous sur la figure 5 B est une version légèrement idéalisée de la tension qui est appliquée

à l'enroulement secondaire L'échelon en sens montant (B+ -

) est transformé par le rapport de transformation (N p/N S), en étant transféré vers l'enroulement primaire, et il est décalé du potentiel B+ Plus précisément, la tension positive i O 818 maximale sur la borne marquée d'un point de l'enroulement de puissance primaire 22, pendant le début du chauffage, est la suivante N Vp, B+ + NP (B+ 15) ( 3) s La tension négative correspondante devient inférieure au potentiel de référence avec un écart correspondant à une quantité transformée associée N Vp ' + ND (-15) ( 4) s En utilisant le rapport de transformation indiqué, on note que l'excursion de tension négative d'environ 4 volts au début du chauffage est notablement inférieure à la tension de seuil de la diode zener (+ 12 volts), ce qui interdit un changement dans la validation de la gâchette du thyristor

et prolonge la conduction du thyristor.

Au fur et à mesure que le chauffage progresse, la tension d'arc s'élève vers la valeur de fonctionnement de volts Le seuil de la diode zener est choisi de façon

qu'à un certain point avant d'atteindre la tension de fonc-

tionnement final, la tension négative transformée, représen-t tée sur la figure 5 C, dépasse le seuil de la diode zener et arrête le fonctionnement du circuit de puissance primaire et, avec lui, l'éclairage d'appoint Avec les paramètres indiqués, ce point apparaît au voisinage d'une tension

d'arc de 40 volts, mais on peut le régler pour qu'il appa-

raisse à n'importe quel point désiré au-desssous de la ten-

sion de fonctionnement final Lorsque le seuil de la diode

zener est dépassé, le courant que fournit le circuit d'àli-

mentation à haute impédance faisant intervenir les résis-

tances 49 et 50 est dévié par rapport à la gâchette du thyristor, et le thyristor ne peut plus conduire Lorsque la gâchette du thyristor est invalidée, le circuit de puissance primaire est interrompu, ce qui interdit toute alimentation ultérieure du filament d'appoint et toute transformation de tension ultérieure du circuit primaire

vers le circuit secondaire.

25108 1 8

Une fois que le circuit de commande à thyristor est bloqué, il demeure bloqué indéfiniment en fonctionnement normal La diode 37 permet de réagir aux potentiels de sens négatif qui sont développés pendant la durée de blocage, en fonctionnement normal Le condensateur 38 se charge à cette tension négative La valeur du condensateur 38 est choisie de façon à être suffisamment grande pour que, pendant toute

la durée de conduction du transistor, le courant de l'oscil-

lateur soit dérivé par rapport à la gâchette du thyristor,

et une tension négative supérieure au seuil mentionné précé-

demment de la diode zener soit maintenue Ceci empêche que le thyristor 30 reçoive un courant de gâchette et devienne

conducteur, pendant tout le fonctionnement normal.

Le transistor de commutation monostable fait fonction de régulateur de puissance, avec trois modes de

régulation distincts De façon générale, le rapport cycli-

que est déterminé par la saturation localisée dans le

transfluxor, sous l'effet de la combinaison du flux prin-

cipal et du flux toroldal dans un chemin magnétique (par exemple le premier ou le second) au voisinage de l'ouverture 64 Le flux toroidal au début de la conduction augmente à une vitesse fixe, limitée par Vbe' Le flux principal est

proportionnel au courant-de collecteur et il augmente con-

formément à la tension aux bornes de l'enroulement de puissance qui crée le flux principal Pour une charge à faible impédance produisant une faible chute de tension, 0 m sera plus élevée, nécessitant ainsi que le courant de collecteur apparaisse plus rapidement, si bien que le transistor est bloqué plus tôt La diminution du rapport cyclique sous l'effet d'une augmentation du courant de collecteur tend à maintenir la puissance constante, la puissance étant proportionnelle au courant de collecteur et à la durée de conduction (en supposant que la tension

est constante).

Comme on le montrera l'action de régulation de puissance s'exerce selon trois modes différents Elle prend un premier mode pendant le démarrage, lorsque le flux principal dans le circuit magnétique est attribuable

au courant qui circule dans l'enroulement de puissance pri-

maire 22 et lorsque la première région se sature; un second mode pendant le fonctionnement final normal, lorsque le flux

principal est attribuable au courant qui circule dans l'en-

roulement de puissance secondaire 23 et lorsque la région 2

se sature; et un troisième mode pendant le début du chauf-

fage, lorsque des courants appréciables circulent dans des

sens opposés, dans les deux enroulements de puissance prin-

cipaux, avec la seconde région normalement saturée.

Lorsque le pré-amorçage commence, l'alimentation

tend à fournir une puissance constante '-t la charge que pré-

sente le circuit de puissance primaire Ceci fixe la puis-

sance d'entrée pendant le pré-amorçage, l'amorçage et la transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc, à une valeur d'environ 38 watts, et sur cette puissance 32

watts sont consommés dans la source lumineuse à filament.

L'absorption de puissance par la lampe à arc est négligeable pendant le pré-amorçage, elle demeure très faible pendant l'amorçage et s'élève à quelques watts (environ 5) pendant la transition de la décharge luminescente à la décharge

* d'arc L'existence du courant de la lampe à arc, simultané-

ment au courant du fllament,affecte l'action de régulation et permet une certaine augmentation utile de la puissance appliquée à la lampe à arc pendant la période de transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc La période de transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc est suffisamment courte pour que l'effet ne soit pas important A un moment antérieur, lorsque le pré-amorçage

commence, l'action de régulation du transistor de commuta-

tion, renforcée par l'inductance de l'enroulement 22, empg-

che l'application d'une puissance excessive au filament

avant qu'il ait atteint le température de fonctionnement.

On empêche également l'application d'une puissance excessive

au filament, soit sous l'effet d'une augmentation de la ten-

sion de secteur, soit sous l'effet d'une diminution de

l'impédance de la charge pendant un démarrage prolongé.

Pendant le fonctionnement final normal, l'alimen-

tation tend à fournir une puissance constante à la charge que présente le circuit de puissance secondaire Après le blocage du courant circulant dans l'enroulement de puissance primaire 22, qui se produit juste après que la tension de fonctionnement normale est atteinte, le chemin de courant restant emprunte l'enroulement de puissance secondaire Con- formément aux points d'indication de sens, l'enroulement de puissance secondaire est bobiné autour du circuit magnétique dans un sens inverse de celui de l'enroulement de puissance primaire, ce qui produit une inversion dans le sens du flux principal Avec cette inversion, c'est la seconde région et non la première qui se sature Pendant le fonctionnement

normal, la durée des intervalles de conduction est approxima-

tivement la même que pendant la période de pré-amorçage, et les puissances d'entrée sont approximativement égales La valeur du rapport cyclique varie sous l'effet d'une demande de puissance excessive de la lampe à arc ou d'une tension du secteur excessive, pour réguler l'alimentation à une dissipation caractéristique de 35 watts L'inductance de l'enroulement de puissance secondaire, qui agit sur le signal de sortie commuté de l'élément de commutation à semiconducteur monostable, assure une stabilisation et un filtrage supplémentaires Du fait que la cathode demeure approximativement au potentiel de la masse, il apparaît sur l'anode de la lampe à arc 1-1 un signal pratiquement filtré ayant 15 % à 20 % d'ondulation à la cadence de commutation, comme le montre la figure 5 D. Le tableau de la figure 3 indique la dissipation de puissance de la lampe à arc et de la lampe à filament pendant le chauffage Au début du chauffage, c'est-à-dire une période qui dure pendant 30 à 45 secondes, la tension

de la lampe à arc tombe à la valeur minimale stable d'envi-

ron 15 volts et la dissipation initiale est de 12 watts.

Dans l'état à tension basse, la lampe à arc absorberait une puissance excessive et sa durée de vie serait raccourcie, si la régulation de puissance était absente Lorsque le chauffage se termine, la tension d'arc monte à 70 volts, la puissance monte à 38 watts, et la tendance à absorber une puissance excessive diminue, mais la régulation continue La

lampe à filament absorbe environ 16 watts au début du chauf-

fage, et cette puissance augmente jusqu'à 40 watts lorsque le chauffage se termine (et que la lampe à filament est

éteinte) Comme on le voit, la puissance appliquée au fila-

ment est également régulée La consommation de puissance totale pour les deux lampes commence à 34 watts au début du chauffage et augmente jusqu'à 85 watts à la fin de la période

de chauffage, et la régulation maintient la dissipation tota-

le aux valeurs indiquées.

Pendant le chauffage, la régulation de puissance s'exerce d'une manière différente, permettant à la fois les variations de puissance indiquées et la puissance maximale plus élevée Le changement de l'action de régulation pendant le chauffage est dû en partie au fait que les courants qui circulent dans les enroulements de puissance primaire et secondaire sont dans des sens opposés, ce qui fait que les niveaux de flux maximaux dans le circuit magnétique, qui

définissent la durée de conduction du transistor, représen-

tent une valeur inférieure à la somme des courants dans les deux circuits de puissance En d'autres termes, un courant total plus élevé et une puissance totale plus élevée sont permis lorsque des courants de charge circulent dans des

sens opposés dans les deux enroulements de puissance.

De plus, du fait du couplage inductif serré entre les enroulements primaire et secondaire, les dissipations dans les circuits de puissance primaire et secondaire ne sont pas indépendantes Plus précisément, la lampe à arc présente pendant le chauffage une caractéristique de charge à tension constante, qu'on peut représenter par une source de tension presque parfaite avec une résistance série La présence de cette tension dans le circuit de puissance secondaire constitue une contrainte appliquée à la puissance dans le circuit de puissance primaire La tension d'arc est

minimale (par exemple 15 volts) pendant le début du chauf-

fage et elle augmente de fagon monotone jusqu'à une valeur de fonctionnement normal (par exemple 70 volts) au cours du chauffage Du fait de ces influences, la puissance totale appliquée au filament et à l'arc est la plus faible ( 34 watts) pendant le début du chauffage, et la plus élevée ( 85 watts) à la fin du chauffage = Au point de vue analytique, l'égalité des flux embrassés par les deux enroulements de puissance impose l'égalité des nombres de volts par spire Du fait que les enroulements de puissance 22 et 23 embrassent tous deux des structures de circuit magnétique communes, leurs nombres de volts par spire sont égaux, en négligeant le flux de fuite V V 0 pri S e K ( 5) pri O sec '\N N, pri sec Ainsi, les tensions (Vpri' Vsec) qui sont respectivement

appliquées aux bornes des enroulements de puissance primai-

re et secondaire sont soumises à une contrainte commune La lampe à arc qui se trouve dans le circuit de puissance secondaire peut être considérée comme une source de tension variant lentement en fonction du temps, dont la tension correspond à la tension instantanée de la lampe à arc On peut considérer qu'elle établit le paramètre "K" dans l'expression ( 5):

B+ V

K v N L ( 6)

en désignant par VL la tension de la lampe à arc, mainte-

nent référencée à la "masse", ainsi que les autres grandeurs du circuit secondaire de l'expression ( 5) Vsec K N ' O sec ' K ( 7) sec et également les grandeurs du circuit primaire de l'équation ( 5) V Pr X ( 8) Npr pri '

En reportant dans l'expression ( 8) les valeurs de l'expres-

sion ( 6) on obtient la tension Vp sur l'enroulement primaire, maintenant référencée à la masse,qui est représentée sur la

figure 5 A: -

B+ VBL

Vp=B++N J Ni L) ( 9) La puissance primaire est déterminée de la manière suivante: 122 __C Tnd N)R 1 r 2 sc I -v tcond ( 10)

-12 -2 = B+ + N V

la grandeur t cond/T désignant le rapport cyclique du transis-

tor de commutation 17 L'expression ( 10) implique que la puissance dans le circuit de puissance primaire est propor- tionnelle au rapport entre la tension primaire au carré (V), et la résistance du filament (R 12 De façon similaire, p 1

le courant dans le circuit de puissance primaire est propor-

tionnel au rapport entre la tension prirmaire (Vp) et la résistance du filament (R 12) En poursuivant l'analyse de l'expression ( 10), on note que toutes les grandeurs sont

fixes, à l'exception de VL et du rapport cyclique (t ond/T).

Avec une certaine simplification, on peut montrer que le rapport cyclique est une fonction simple de la tension d'arc: tcond VL

T =B+

Par conséquent, la tension d'arc VL figure dans l'expression de P 12, lorsque l'équation ( 11) est reportée dans l'équation ( 10) Ainsi, l'influence prédominante de la tension de la lampe à arc apparait 6 tre essentiellement un effet du premier ordre sur la puissance du filament, lorsqu'on considère plus attentivement les valeurs relatives

des autres paramètres dans l'équation ( 10) Ainsi, la puis-

sance primaire comme le courant primaire sont des fonctions

directes de la tension d'arc (VL).

Le transfluxor est sensible au flux total dans la

région voisine de l'ouverture 64, dans laquelle les compo-

santes de flux constituées par ót (c'est-à-dire le flux

toroidal) et O m (c'est-à-dire le flux principal) s'addition-

nent Pour l'établissement du flux principal, tout courant qui circule dans le circuit de puissance primaire nécessite une augmentation correspondante du courant dans le circuit de puissance secondaire, pour atteindre le "même" niveau de

flux Ainsi, le courant de collecteur et la puissance de char-

ge atteignent des valeurs qui sont plus élevées lorsque les deux circuits de puissance sont actifs (c'est-à-dire pendant le chauffage) que lorsqu'un seul circuit de puissance est actif (c'est-à-dire pendant le fonctionnement'final) Le rapport cyclique est déterminé par la vitesse de variation du flux principal O m (déterminée par la tension de la lampe

à arc et les niveaux de flux initiaux), et par O t, ce der-

nier étant commandé par le VBE du transistor de commutation.

Le rapport cyclique est commandé essentiellement par la

tension d'arc du fait que les autres contraintes sont rela-

tivement constantes, comme l'implique l'expression ( 11) La

tension d'arc commande également les niveaux de flux ini-

tiaux ( O m) Il en est ainsi essentiellement du fait que la tension d'arc commande la diminution de 0 m pendant la durée de blocage Du fait de la vitesse de variation constante du flux toroidal ( O t), le niveau du flux principal ( O m) qui est nécessaire pour la saturation est une fonction linéaire du temps qui diminue lorsque le temps s'écoule Ceci tend à augmenter le niveau de saturation du flux principal lorsque le rapport cyclique diminue, ce qui augmente le courant

nécessaire et permet d'obtenir une plus forte régulation.

En résumé, pendant le chauffage, la lampe à arc devient une charge du type "zener", et le transistor de commutation régule à la fois la puissance dans la lampe à filament et dans la lampe à arc Le courant dans le filament est déterminé par la tension d'arc instantanée et par sa

résistance, et il est ainsi limité à des valeurs raisonna-

bles Simultanément, la puissance dans la lampe à arc, dont

la tension est la variable indépendante primaire, est égale-

ment régulée En ce qui concerne la lampe à arc elle-même, il est particulièrement souhaitable de réguler la puissance, et non le courant, du fait qu'on laisse le courant augmenter utilement, de l'ordre de deux ou trois fois, aux niveaux de

tension minimaux, ce qui "accélère" le processus de chauffa-

ge, sans effet défavorable L'effet composite des enroule-

ments primaire et secondaire de sens opposé est de permettre la continuation du courant de filament pendant la période de chauffage, sans réduire le courant disponible pour la lampe

à arc.

La puissance qui est appliquée à la lampe à fila-

ment pendant le pré-amorçage peut être déterminée de la

manière approximative suivante, en supposant un fonctionne-

ment avec des signaux approximativement carrés Pendant la période au cours de laquelle l'élément de commutation à transistor 17 est conducteur, le courant qui circule vers le filament est le suivant:

L 22 S

I B+ e 12 O: t tcond ( 12) f R 12 cn Pour le reste de la période, lorsque le transistor est bloqué, le courant du filament est le suivant: L 22 (lècon If R 2 ( R 12 tcond t < T = 12 (en supposant L 22/R 12 C< T) ( 13) La puissance dans le filament est I 2 f R 12, en moyenne sur la période T La durée de conduction (tcond) est déterminée par les propriétés du transformateur et par le courant donné ci-dessus Pendant le pré-amorçage, la première région se sature sous l'effet conjoint du flux principal et du flux

toroldal.

Np If mm' ( 14) t t

Dans les relations ci-dessus, R et Rt désignent respective-

ment les réluctances du chemin du flux principal et du che-

min toroidal Lorsque la somme de ces flux fait que l'induc-

tion magnétique maximale est égale à B Sat dans la première région, la saturation se produit, le blocage du transistor commence, et la durée de conduction est déterminée Du fait

que les réluctances Rm et Rt sont déterminées par la confi-

guration géométrique du circuit magnétique, la puissance

dans le filament est déterminée à la fois par la configura-

tion géométrique du circuit magnétique et par le nombre de spires.

Si on suppose que L 22/R 12 est notablement infé-

rieur à T, et si on considère une configuration donnée du

circuit magnétique, la puissance qui est appliquée au fila-

ment est une fonction inverse du premier ordre du nombre de

spires du primaire (N pri), du fait que le flux 0 m est pro-

portionnel à N If qui détermine tcond' et donc le rapport

i O cyclique Ceci est en accord avec l'hypothèse d'une conduc-

tion avec des signaux carrés Tant que la condition spéci-

fiée se prolonge, le fait de modifier L 2 en changeant le nombre de spires ne modifie pas de façon appréciable le courant et n'augmente donc pas l'effet sur la puissance

jusqu'à une dépendance inverse supérieure au premier ordre.

On peut déterminer d'une manière un peu différente

la puissance qui est fournie à la lampe à arc dans le fonc-

tionnement final, en envisageant un signal de courant trian-

gulaire plut 8 t que rectangulaire La tension d'arc (VL) détermine le rapport cyclique tcond VL 16) Le flux maximal ( O max) à la saturation est déterminé par la configuration géométrique du circuit magnétique et il fait intervenir maintenant la seconde région et non la première, à cause du sens inverse de l'enroulement 23 A l'instant du déblocage (t tcond) on a 0 max O m max + O m ( 17) 0 max est directement proportionnel au courant IL max de la

lampe à arc.

N I O, S Lmax ( 18) N I 24 L max ( 19) Otmax Rt( 9 Le signal de courant est ensuite référencé à son point de

courant maximal, avec des pentes montantes vers lui et des-

cendantes à partir de lui Les pentes sont déterminées par les nombres de volts par spire pendant les durées respectives de conduction et de blocage de l'élément de commutation à transistor 17 La puissance appliquée à la lampe à arc est alors le produit de VL (une tension relativement fixe) par ce courant Comme le montre l'expression ( 18), si on supposé que

0 m max est fixe, le courant est une fonction inverse du pre-

mier ordre du nombre de spires du secondaire (N s) Du fait

que la tension de la lampe à arc est approximativement cons-

tante, la puissance est également une fonction inverse du premier ordre du nombre de spires du secondaire L'ordre de dépendance de la puissance vis-à-vis du nombre de spires du

secondaire est diminué à la fois par O t max' qui est une com-

posante de O max' et par l'effet de la modification de Ns sur

les grandeurs O Un plus grand nombre de spires du secon-

daire réduit les pentes et un plus grand nombre de spires tend à augmenter le courant moyen lorsque le nombre de spires du secondaire augmente, du fait que la référence de courant maximal est fixée Ceci réduit la dépendance de la puissance de la lampe à arc vis-à-vis de l'inverse du nombre de spires du secondaire à une valeur un peu inférieure au premier ordre. En choisissant correctement les nombres de spires NS, Np, la différence entre les nombres de spires (Ns N) et la configuration géométrique du circuit magnétique (les aires de section droite des première et seconde régions et

les entrefers dans les chemins extérieurs pour le flux prin-

cipal), on peut fixer différents niveaux de puissance pour le préamorçage, le fonctionnement et le chauffage En supposant que les autres variables sont constantes, le fait d'augmenter le nombre de spires du primaire (N P) diminue la puissance de pré-amorçage qui est appliquée à la lampe à

filament; le fait d'augmenter le nombre de spires du secon-

daire diminue la puissance de fonctionnement final pour la lampe à arc; et le fait d'augmenter la différence entre les nombres de spires du secondaire et du primaire (Ns Np) diminue la puissance appliquée aux deux circuits pendant la transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc et pendant le chauffage (Comme indiqué précédemment, le fait d'utiliser des enroulements primaire et secondaire de sens opposé permet d'augmenter la puissance appliquée aux

deux circuits pendant la transition de la décharge lumines-

cente à la décharge d'arc et pendant le chauffage, par rapport aux périodes de pré-amorçage et de fonctionnement final) La commodité de fabrication impose normalement que les ouvertures soient placées en position centrale dans des première et seconde régions ayant des sections transversales

égales Si on désire disposer d'une plage d'ajustage supplé-

mentaire entre les puissances du circuit primaire et du cir-

cuit secondaire, l'ajustage des entrefers dans les branches extérieures du chemin du flux principal procure un moyen

commode d'ajuster les réluctances (RM).

Claims (29)

REVENDICATIONS

1 Dispositif d'éclairage caractérisé en ce qu'il

comprend: (A) une alimentation continue ( 14, 15, 16) com-

portant deux bornes de sortie; (B) une lampe à filament ( 12) et une lampe à arc ( 11); et (C) un réseau de commande ( 17-53) qui comprend: ( 1) un transformateur comportant (a) un circuit magnétique ( 61, 62) en une matière magnétique pratiquement linéaire formant un premier chemin magnétique,

ou chemin magnétique principal, une ouverture ( 64) définis-

sant un second chemin magnétique qui se trouve à l'intérieur

du chemin magnétique principal et qui a une réluctance infé-

rieure à celle du chemin magnétique principal, (b') des pre-

mier et second enroulements de puissance ( 22, 23) couplés au chemin magnétique principal, la circulation du courant dans l'un ou l'autre des enroulements de puissance générant un flux qui a un premier sens dans un premier segment du second chemin magnétique, et un sens opposé dans un second segment de ce chemin, et (c) des moyens de commande sensibles au niveau de flux qui comprennent un enroulement de réaction primaire ( 24) et un enroulement de réaction secondaire ( 25) traversant l'ouverture ( 64) et couplés au second chemin magnétique, ( 2) un transistor de commutation ( 17) bloqué

au repos qui est connecté de façon à fermer par intermitten-

ce un chemin de courant passant par l'enroulement de réac-

tion primaire, entre une première des bornes de sortie de l'alimentation et un noeud ( 27); l'enroulement de réaction secondaire ( 25) étant branché entre les électrodes d'entrée de ce transistor pour l'application d'une réaction initiale favorisant la conduction après le déblocage du transistor, cette réaction se poursuivant jusqu'à ce qu'un segment du chemin magnétique se sature, et pour l'application par la suite d'une réaction de blocage de la conduction, qui ramène le transistor à un état bloqué après un certain temps de conduction, ( 3) un circuit de puissance primaire destiné à faire fonctionner la lampe à filament ( 12), qui comprend le premier enroulement de puissance ( 22) et la lampe à filament branchés en série, entre le noeud ( 27) et la seconde des

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bornes de sortie de l'alimentation, ( 4) un circuit de puis-

sance secondaire destiné à faire démarrer et à faire fonc-

tionner la lampe à arc, ce circuit comprenant le second

enroulement de puissance ( 23) et la lampe à arc ( 11) bran-

chés en série entre le noeud ( 27) et la seconde borne de sortie de l'alimentation, le second enroulement de puissance fournissant des potentiels de démarrage transformés lorsque

le circuit primaire est actif, et des potentiels de fonction-

nement lorsque le circuit primaire est inactif, ( 5) des

moyens d'entretien de courant ( 28) qui sont branchés en cir-

cuit avec les enroulement de puissance pour permettre la circulation du courant dans ces enroulements de puissance pendant la durée de blocage du transistor ( 17), ( 6) des moyens de commutation ( 30) qui réagissent à l'état de la lampe à arc ( 11) en faisant passer le circuit de puissance primaire à l'état inactif lorsque le chauffage de la lampe à arc a eu lieu, et ( 7) des moyens ( 43-53) destinés à débloquer de façon répétitive le transistor de commutation

( 17).

2 Dispositif d'éclairage selon la revendication

1, caractérisé en ce que le transistor ( 17) est un transis-

tor à jonctions dont la jonction d'entr-ée est connectée dans un chemin à basse impédance aux bornes de l'enroulement

de réaction secondaire ( 25).

3 Dispositif d'éclairage selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens de déblocage répétitif fonctionnent à une cadence fixe qui est choisie en relation avec la durée de conduction afin de fournir la puissance désirée pour la lampe à filament ( 12) et la lampe à arc ( 11), et le réseau de commande procure une action de régulation de puissance par l'intermédiaire du rapport cyclique du

transistor de commutation ( 17).

4 Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la configuration géométrique du

circuit magnétique et le nombre de spires du premier enrou-

lement de puissance ( 22) sont choisis de façon à appliquer un premier niveau de puissance régulé à la lampe à filament lorsque la lampe à arc est au repos, et la configuration géométrique du circuit magnétique et le nombre de spires du second enroulement de puissance ( 23) sont choisis de façon à appliquer un second niveau de puissance régulé à la lampe à

arc lorsque la lampe à filament est au repos.

5 Dispositif d'éclairage selon la revendication 3,

caractérisé en ce que la configuration géométrique du cir-

cuit magnétique et le nombre de spires du premier enroulement

de puissance ( 22) sont choisis de façon à appliquer un pre-

mier niveau de puissance régulé à la lampe à filament ( 12)

lorsque la lampe à arc ( 11) est au repos, la configura-

tion géométrique du circuit magnétique e' le nombre de spires du second circuit de puissance ( 23) sont choisis de façon à appliquer un second niveau de puissance régulé à la lampe à

arc lorsque la lampe à filament est au repos, et la configu-

ration géométrique du circuit magnétique ainsi que les nom-

bres de spires combinés des enroulements de puissance sont choisis de façon à appliquer un troisième niveau de puissance régulé à la lampe à filament et à la lampe à arc lorsqu'elles

sont toutes deux actives.

6 Dispositif d'éclairage selon la revendication , caractérisé en ce que le premier enroulement de puissance ( 22) et le second de puissance ( 23) sont connectés de façon

à générer des flux mutuellement opposés dans le chemin prin-

cipal, le flux principal attribuable au premier enroulement

de puissance s'additionnant au flux de l'enroulement de.

réaction primaire dans un segment du second chemin magnéti-

que, tandis que le flux attribuable au second enroulement

de puissance s'additionne au flux de l'enroulement de réac-

tion primaire dans un second segment, différent du premier, du second chemin magnétique, de façon que des configurations géométriques différentes du circuit magnétique interviennent respectivement lorsque la lampe à filament et la lampe à arc

sont séquentiellement actives.

7 Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que la lampe à arc ( 11) présente une charge à tension constante pendant le chauffage, et en ce que les premier et second enroulements de puissance ( 22, 23) ont un couplage mutuel suffisant pour fixer la puissance qui est

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appliquée à la lampe à filament ( 12), en relation avec la tension de la lampe à arc pendant le chauffage, lorsque les

deux lampes sont alimentées.

8 Dispositif d'éclairage selon la revendication 7 caractérisé en ce que le premier enroulement de puissance

( 22) et le second enroulement de puissance ( 23) sont connec-

tés de façon à générer des flux mutuellement opposés dans le

chemin principal, et la différence entre les nombres de spi-

res des premier et second enroulements de puissance est choisie de façon à donner un niveau de puissance total maximal accru, en réduisant le nombre de spires effectif du

second enroulement de puissance pendant la période de chauf-

fage lorsque la lampe à filament et la lampe à arc sont actives. 9 Dispositif d'éclairage selon la revendication 3, caractérisé en ce que le premier enroulement de puissance

( 22) et le second enroulement de puissance ( 23) sont connec-

tés de façon à générer des flux mutuellement opposés dans le

chemin principal, et la différence entre les nombres de spi-

res des premier et second enroulements de puissance est choisie de façon à appliquer à la lampe à arc un niveau de puissance accru, en réduisant le nombre de spires effectif du second enroulement de puissance, pendant la transition de la décharge luminescente à la décharge d'arc, lorsque la

lampe à filament et la lampe à arc sont actives.

Dispositif d'éclairage selon la revendication 3 caractérisé en ce que les moyens de déblocage consistent

en un oscillateur de déclenchement séparé ( 43-53).

11 Dispositif d'éclairage selon la revendication 10 caractérisé en ce que les moyens d'entretien de courant

consistent en une diode ( 28).

12 Dispositif d'éclairage selon la revendication 11, caractérisé en ce que les moyens de commande sensibles au niveau de flux comprennent un enroulement de restauration (( 26) qui traverse l'ouverture ( 64) et qui est couplé au second chemin magnétique, et cet enroulement est connecté en série avec la diode d'entretien de courant ( 28), dans un sens qui restaure le circuit magnétique au-delà de l'état rémanent naturel à la fin de chaque intervalle de conduction

du transistor, afin d'augmenter le rendement de l'alimenta-

tion en autorisant une fréquence de fonctionnement plus basse

pour une taille donnée du circuit magnétique.

13 Dispositif d'éclairage selon la revendication

12 caractérisé en ce que les moyens de commutation compren-

nent un thyristor ( 30) ayant une électrode de gâchette en couplage conducteur avec le noeud ( 27), de façon à réagir à la tension de la lampe à arc, et en ce que le thyristor est connecté en série avec le premier enroulement de puissance ( 22) et la lampe à filament ( 12) afin de placer à l'état actif le circuit de puissance primaire pendant le pré- amor gage, en le maintenant dans cet état jusqu'au chauffage de la lampe à arc, et de placer à l'état inactif le circuit de puissance primaire pendant le fonctionnement final de la

lampe à arc.

14 Dispositif d'éclairage selon la revendication 13 caractérisé en ce que la diode d'entretien de courant ( 28) est connectée entre le noeud ( 27) et la seconde borne

de sortie de l'alimentation, et en ce qu'une diode de cir-

cuit de commande ( 37) est connectée en série entre l'élec-

trode de gâchette et la borne du premier enroulement de puissance ( 22) qui se trouve à l'opposé du noeud ( 27), en étant connectée à ce noeud par l'intermédiaire du premier enroulement de puissance, la diode de circuit de commande

étant connectée dans un sens qui permet de réagir aux poten-

tiels dans le premier enroulement de puissance qui repré-

sentent une tension transformée à partir du second enroule-

ment de puissance, pendant le blocage du transistor.

15 Dispositif d'éclairage selon la revendication 14 caractérisé en ce qu'une diode zener ( 40) est branchée

en série entre l'électrode de gâchette et la diode de cir-

cuit de comînande ( 37) puur établir, pour la réponse du thyristor ( 30), un seuil de tension qui est dépassé pendant

le chauffage de la lampe à arc, lorsque la tension s'appro-

che de la tension d'arc normale.

16 Dispositif d'éclairage selon la revendication

, caractérisé en ce que l'électrode de gâchette est connec-

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tée à la première borne de l'alimentation continue par l'intermédiaire d'une impédance élevée, afin d'appliquer un courant de validation à l'électrode de gâchette du thyristor ( 30) lorsque l'alimentation continue est mise en fonction et ce qu'il comporte un condensateur de stockage ( 38) dont une borne est connectée au point d'interconnexion entre la diode zener ( 40) et la diode de circuit de commande ( 37) et l'autre borne est connectée à la seconde borne de sortie de

l'alimentation, et l'apparition de potentiels de valeur abso-

lue et de polarité correctes pour polariser en sens direct

la diode de circuit de commande et pour dépasser le poten-

tiel de zener conduit à l'absorption d'un courant de charge

à partir de l'électrode Ce gâchette et au blocage du thyris-

tor, tandis que le condensateur emmagasine la charge pour empêcher le fonctionnement du thyristor pendant toute la

durée de conduction du transistor de commutation ( 17).

17 Dispositif d'éclairage selon la revendication 16 caractérisé en ce qu'une résistance ( 39) est branchée entre la diode de circuit de commande ( 37) et ladite borne du condensateur ( 38), afin d'établir un retard qui emp 8 che le blocage du thyristor sous l'effet de transitoires qui se produisent pendant la transition de la décharge luminescente

à la décharge d'arc.

18 Dispositif d'éclairage caractérisé en ce qu'il comprend: (A) une alimentation continue ( 14, 15, 16) qui comporte deux bornes de sortie; (B) une lampe à arc principale ( 11) qui doit être alimentée en fonction de son état électrique; (C) une lampe à filament ( 12); et (D) un

réseau de commande ( 17-53) qui comprend: ( 1) un transfor-

mateur élévateur ( 18) qui comprend un enroulement primaire

( 22), un enroulement secondaire ( 23) et un circuit magnéti-

que en ferrite ( 61, 62); ( 2) un élément de commutation à semiconducteur ( 17) qui est connecté entre une première des bornes de sortie et un premier noeud ( 27), et qui est actionné par intermittence à une fréquence supérieure aux fréquences sonores; ( 3) un circuit de puissance primaire

destiné à faire fonctionner la lampe à filament ( 12) et com-

prenant l'enroulement primaire ( 22) et la lampe à filament connectées en série entre le noeud ( 27) et la seconde des

bornes de sortie de l'alimentation; ( 4) un circuit de puis-

sance secondaire destiné à faire démarrer et à faire fonc-

tionner la lampe à arc, comprenant l'enroulement secondaire ( 23) et la lampe à arc ( 11) connectés en série entre le

noeud ( 27) et la seconde des bornes de sortie de l'alimenta-

tion, cet enroulement secondaire produisant des potentiels -

transformés lorsque le circuit primaire est actif, pour fai-

re démarrer la lampe à arc; et ( 5) des moyens de commuta-

tion ( 30) qui réagissent à l'état de la lampe à arc en fai-

sant passer le circuit de puissance primaire à l'état inac-

tif lorsque la lampe à arc est chaude.

19 Dispositif d'éclairage comportant un filament à incandescence ( 12) et une lampe à arc ( 13), qui sont tous deux alimentés à partir d'une source continue, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) un dispositif de commutation

( 17), (b) des moyens ( 43-53) destinés à commander ce dispo-

sitif de commutation de façon à la bloquer et à la déblo-

quer au cours d'intervalles de temps alternés-et successifs, (c) un circuit série qui peut être connecté aux bornes de la source continue et qui comprend deux parties connectées en série, à savoir: ( 1) une première partie comprenant le

dispositif de commutation et ( 2) une seconde partie compre-

nant des premier et second chemins parallèles, (d) le pre-

mier chemin parallèle comprenant le filament ( 12), (e) le second chemin parallèle comprenant la lampe à arc ( 11), et

(f) des moyens ( 22, 23) qui réagissent au courant qui cir-

cule dans le premier chemin pendant les intervalles de conduction du dispositif de commutation en induisant des impulsions de haute tension dans le second chemin, ce qui

facilite l'amorçage d'un arc dans la lampe ( 11).

Dispositif selon la revendication 19, carac-

térisé en ce que les moyens (f) comprennent: (fi) des pre-

mier et second enroulements ( 22, 23) couplés de façon induc-

tive, respectivement connectés en série avec le filament et la lampe à arc, et formant des composants série respectifs

dans les premier et second chemins parallèle, ces enroule-

ments ayant des sens tels que la circulation d'un courant de valeur croissante partant de la source continue et traversant le dispositif de commutation ( 17), le premier enroulement ( 22) et le filament ( 12), induit dans le second enroulement ( 23) une tension d'une première polarité qui tend à créer un courant circulant de l'anode vers la cathode dans la lampe à

arc ( 11).

21 Dispositif selon la revendication 20, caracté-

risé en ce que des moyens d'entretien de courant ( 28) sont connectés aux bornes de la combinaison en série du premier

enroulement ( 22) et du filament ( 12), grâce à quoi la dimi-

nution du courant traversant le premier enroulement, lorsque le dispositif de commutation ( 17) se bloque, est limitéeà un d I/dt inférieur, ce qui a pour effet de diminuer l'amplitude de toute tension résultante, d'une seconde polarité opposée

à la première polarité, qui est induite dans le second en-

roulement ( 23).

22 Dispositif selon la revendication 19, caracté-

risé en ce que le premier chemin parallèle comprend en outre: (g) un élément de commutation ( 30) branché en série avec le

premier enroulement ( 22) et le filament ( 12), dans le pre-

mier chemin parallèle, et (h) des moyens ( 37, 38, 40) qui réagissent à la conduction du courant dans le second chemin parallèle lorsque la lampe à arc chauffe et parvient à la conduction d'arc en régime établi, en maintenant l'élément de commutation à l'état bloqué, ce qui maintient le filament

( 12) hors tension.

23 Dispositif selon la revendication 20 caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre (g) un troisième chemin parallèle ( 26, 28), branché en parallèle sur les premier et

second chemins, et (gl), ce troisième chemin parallèle com-

prend un élément à conduction unidirectionnelle ( 28) dont

la polarité est choisie de façon qu'il s'oppose à la conduc-

tion du courant qui circule à partir de la source continue et traverse le dispositif de commutation ( 17), lorsque ce

dernier est conducteur, et cet élément à conduction unidi-

rectionnelle conduit un courant induit par le blocage du dispositif de commutation dans le premier chemin, dans le second ou dans les deux, immédiatement après le blocage du

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dispositif de commutation.

24 Dispositif selon la revendication 20, caracté-

risé en ce que: (g) les premier et second enroulements ( 22, 23) sont montés sur un circuit magnétique ( 61, 62) et sont placés en couplage inductif par l'intermédiaire d'un chemin de flux principal défini par le circuit magnétique, (h) le circuit magnétique comporte une ouverture ( 64) qui sépare le chemin principal en une première région et une

seconde région, et (i) des enroulements ( 24, 25) sont asso-

ciés à cette ouverture pour détecter le début de la satura-

tion du chemin principal et pour bloquer le dispositif de

commutation ( 17) par une réaction négative.

Dispositif d'éclairage comprenant: (a) une lampe à arc ( 11) à vapeurs métalliques à haute pression,

(b) un filament à incandescence ( 12),(c) une source de ten-

sion continue ( 14, 15, 16), (d) un transformateur ( 18) à circuit magnétique en ferrite, qui comporte un premier enroulement de puissance ( 23) sur le circuit magnétique ( 61, 62) et des premier et second enroulements de commande ( 24, 25), en couplage mutuel et associés avec le circuit

magnétique pour détecter l'apparition d'un degré de satura-

tion prédéterminé du circuit magnétique, (e) un dispositif de commutation à semiconducteur de type unidirectionnel

( 17) qui comporte des électrodes principales et une électro-

de de commande, ces électrodes principales, le premier enroulement de commande ( 24), l'enroulement de puissance ( 23) et la lampe à arc ( 11) étant connectés en série aux

bornes de la source continue, tandis que le second enroule-

ment de commande ( 25) est branché entre l'électrode de com-

mande et l'une des électrodes principales, et (f) des

moyens ( 43-53) destinés à débloquer le dispositif de commu-

tation par intermittence, grâce à quoi le ccurant du premier enroulement de commande ( 24) applique tout d'abord des signaux de réaction positive puis des signaux de réaction

négative à l'électrode de commande, afin de bloquer ce dis-

positif; caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison ( 1) un second enroulement de puissance ( 22) sur le circuit magnétique, en couplage inductif avec le premier enroulement

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de puissance ( 23), ( 2) un élément de commutation commandé ( 30), ( 3) des moyens qui connectent la combinaison série du second enroulement de puissance ( 22), du filament ( 12) et

de l'élément de commutation ( 30), en parallèle sur la combi-

naison série formée par le premier enroulement de puissance ( 23) et la lampe ( 11), de façon à former deux chemins parallèles, chacun d'eux étant branché en série avec le dispositif de commutation ( 17) et la source continue ( 14, , 16); ( 4) les deux enroulements de puissance ( 22, 23) étant dimensionnés et bobinés avec des sens tels qu'ils constituent des moyens induisant des impulsions de tension élevée dans le premier enroulement de puissance ( 23), sous l'effet d'impulsions de courant circulant dans le second enroulement de puissance ( 22) et qui portent-le filament ( 12) à l'incandescence lorsque l'élément de commutation ( 30) est conducteur, grâce à quoi une tension élevée est appliquée à la lampe à arc ( 12) pour faire démarrer cette

dernière, et ( 5) des moyens ( 37, 37, 40) qui placent norma-

lement l'élément de commutation ( 30) à l'état conducteur, mais qui bloquent cet élément de commutation sous l'effet

du courant qui circule dans le premier enroulement de puis-

sance ( 23) lorsque la lampe à arc atteint un état chaud ou

une condition de fonctionnement normal.

26 Dispositif selon la revendication 25, carac-

térisé en ce que les moyens ( 37, 38, 40) capables de blo-

quer l'élément de commutation comprennent des moyens qui réagissent à la tension induite dans le second enroulement de puissance ( 22), sous l'effet du courant qui circule dans le premier enroulement de puissance ( 23) et la lampe à arc, de façon à bloquer l'élément de commutation ( 30) lorsque la lampe à arc (li) est conductrice dans son état chaud ou de

fonctionnement en régime établi.

27 Dispositif selon la revendication 25,;carac-

térisé en ce qu'il comprend en outre ( 6) un élément d'entre-

tien de courant ( 28) qui est connecté en parallèle avec les deux chemins, ce qui fait qu'il entretient un courant dans le chemin du filament pendant les intervalles de blocage du dispositif de commutation ( 17), lorsque la lampe à arc ( 11) est dans l'état de pré-amorçage et dans l'état d'amorçage, et cet élément entretient un courant dans la lampe à arc

pendant les intervalles de blocage du dispositif de commuta-

tion ( 17), au cours des durées prolongées pendant lesquelles l'élément de commutation ( 30) est bloqué et le filament

n'est pas alimenté.