FR2513842A1 - Unite d'eclairage - Google Patents

Abstract

UNITE D'ECLAIRAGE A LAMPE A ARC POUVANT SE SUBSTITUER A UNE LAMPE A INCANDESCENCE. ELLE COMPREND UNE SOURCE DE COURANT CONTINU 14, 15, 16, UNE LAMPE A ARC A VAPEUR METALLIQUE 11 ET UN CIRCUIT DE FONCTIONNEMENT SENSIBLE AUX ETATS DE LA LAMPE COMPORTANT UN FILAMENT RESISTIF A INCANDESCENCE 12 POUR STABILISER LA LAMPE ET POUR L'ECLAIRAGE SUPPLETIF, UN DISPOSITIF DE TRANSFORMATION DU COURANT ELECTRIQUE ALTERNATIF 20 POUR COUPLER UNE TENSION DE SORTIE SURVOLTEE A LA LAMPE, UN DISPOSITIF DE COMMUTATION 36 ET DES MOYENS D'INTERCONNEXION POUR COUPLER DU COURANT DEPUIS LA SOURCE DE COURANT CONTINU AU FILAMENT ET A LA LAMPE SOUS PLUSIEURS FORMES. APPLICATION A L'ECLAIRAGE DOMESTIQUE.

Description

La présente invention concerne une unité d'éclai-

rage conçue pour un fonctionnement similaire à celui d'une source lumineuse à incandescence dans laquelle la source principale de lumière est une lampe à arc complétée par une source lumineuse supplétive ( ou de secours) à fila- ment, et qui comporte un dispositif d'alimentation en courant de "haute fréquence" compact fonctionnant à partir

d'une source classique à 110 volts, 60 Hz.

Plus particulièrement, la présente invention concerne des mesures conçues pour accroître le niveau

d'éclairage supplétif et pour réduire le degré d'interfé-

rence électromagnétique durant des tentatives d'amorçage

de la lampe à arc.

La présente invention est un résultat des efforts faits pour produire une unité énergétiquement efficace et de cot comparativement faible en remplacement de la lampe à incandescence La lampe à incandescence convertit

la majeure partie de l'énergie électrique fournie en cha-

leur, un faible pourcentage seulement, généralement moins

de 10 %, étant converti en lumière visible Avec l'augmen-

tation du cot de l'énergie, est apparu un besoin d'une unité d'éclairage qui convertisse l'énergie électrique en lumière avec un meilleur rendement Récemment, comme décrit dans le brevet des EUA no 4 161 672, on a inventé des lampes à halogénures métalliques, très petites, de faible puissance et d'efficacité et flux lumineux élevés comparables aux lampes à incandescence domestiques Ces

lampes constituent des substituts potentiels pour le rende-

ment énergétique aux lampes à incandescence domestiques à condition de pouvoir réaliser des dispositifs pratiques de faible coût pour l'éclairage supplétif et pour satisfaire aux diverses exigences électriques des deux sources de lumière 9 La source de courant de l'unité d'éclairage de la présente invention représente une conséquence des sources de courant à haute fréquence précédentes dont les éléments importants étaient un transformateur à ferrite

et un commutateur à transistor.

La source de courant précédente produit du cou-

rant à haute fréquence entretenue en commençant avec des

tensions d'amorçage élevées pour amorcer l'arc, en pour-

suivant par le passage de la décharge luminescente à la

décharge en arc lorsqu'un courant significatif à des ten-

sions relativement plus basses est exigé par les lampes à vapeursmétalliques et en terminant lorsque l'arc s'est stabilisé par une faible tension indiquant le début de "l'échauffement" et l'établissement du fonctionnement en

courant continu (c c).

Avant l'échauffement, on utilise du courant à haute fréquence à la fois pour la lampe à arc et pour

alimenter le filament fournissant l'éclairage supplétif.

Au cours d'un amorçage normal, le temps pendant lequel le courant à haute fréquence est nécessaire à la lampe à arc

peut être aussi court qu'un dixième de seconde et est rare-

ment plus long que quelques secondes Au même moment le

circuit fournit environ 800 lumens d'éclairage supplétif.

Dans le cas o la lampe à arc se désamorce à l'état chaud nécessitant un "réamorçage à chaud", alors l'application de courant à haute fréquence entretenue peut se poursuivre pendant plusieurs minutes Cependant, si la lampe à arc est défaillante et refuse de s'amorcer, le circuit restera à l'état de "pré-amorçage" jusqu'à ce qu'un fusible ou

tout autre moyen mette fin au fonctionnement à haute fré-

quence De façon idéale, pour une interférence électroma-

gnétique minimale, la durée d'application du courant à

haute fréquence doit être minimale dans les deux cas.

L'éclairage supplétif pendant l'amorçage devrait de préfé-

rence être le plus possible comparable aux niveaux d'éclai-

rage éventuels de la lampe à arc, mais est généralement en compromis avec les limites de dissipation de chaleur de l'unité. En conséquence, la présente invention a pour objet: de fournir une unité d'éclairage perfectionné utilisant une lampe à arc; de fournir une unité d'éclairage perfectionné dans laquelle la source principale de lumière est une lampe à décharge en arc complétée par une source lumineuse à filament commandée de manière avantageuse; de fournir une unité d'éclairage perfectionnée dans laquelle l'interférence électromagnétique est minimisée durant l'amorçage, le réamorçage, ou en cas de défaillance de la lampe à arc; de fournir une unité d'éclairage perfectionnée combinant une lampe principale à décharge en arc avec une source lumineuse supplétive à filament dans laquelle

l'éclairage supplétif est accru pendant une partie du pro-

cessus d'amorçage.

On atteint ces buts ainsi que d'autres dans une unité d'éclairage comprenant une source de courant continu (source c c), une lampe à arc à vapeurs métalliques, et un

circuit de fonctionnement sensible aux états de la lampe.

Le circuit de fonctionnement comporte un filament résistif

à incandescence pour stabiliser la lampe et pour l'éclai-

rage supplétif, un dispositif de transformation du courant électrique alternatif pour coupler une tension de sortie

survoltée à la lampe, et un dispositif de commutation.

On prévoit des moyens pour relier entre eux les éléments du circuit de fonctionnement pour coupler du courant de la

source c c au filament et à la lampe sous plusieurs formes.

Jusqu'à ce que la conduction de la lampe ait débuté, du courant est couplé sous forme continue au filament pour

produire de la lumière utile alternativement avec du cou-

rant sous forme périodique à l'entrée du dispositif de transformation pour amorcer la lampe Après le début de la conduction de la lampe et jusqu'à l'échauffement, du courant est couplé sous forme périodique entretenue au filament

pour produire de la lumière utile et sous forme périodi-

que entretenue à l'entrée du dispositif de transformation

pour assurer la transition de la lampe Pendant l'échauffe-

ment et le fonctionnement normal de la lampe, du courant est couplé sous forme continue au filament et à la lampe en série pour alimenter et stabiliser la lampe Pendant le fonctionnement normal de la lampe, la dissipation dans le filament est trop faible pour produire une lumière

utile.

De préférence, avant la conduction de la lampe, le courant continu est fourni au filament pendant une période relativement longue et le courant périodique est fourni à l'entrée du dispositif de transformation pendant une période relativement courte Des périodes types sont

de 8 secondes pour le courant continu et de 8 millise-

condes pour le courant périodique.

Plus particulièrement, le "dispositif de commu-

tation" se compose d'un redresseur commandé au silicium

(SCR) relié en -série avec le filament aux bornes de sortie-

de la source c,c, et d'un second moyen de commutation com-

prenant un transistor ayant un premier état, stable, de

non-conduction et un second état, astable, de conduction-

non-conduction. De plus, on prévoit un dispositif de commande pour rendre impossible l'état astable du second moyen de commutation lorsque le premier moyen de commutation est "PASSANT" et pour permettre cet état astable du second

moyen de commutation lorsque le premier moyen de commuta-

tion est "BLOQUE" De préférence, dans la séquence d'amor-

çage, le premier moyen de commutation devient conducteur

(PASSANT) avant l'état astable du second moyen de commuta-

tion.

Selon un autre aspect de l'invention, le dispo-

sitif de commande comprend en outre des moyens sensibles à la conduction de la lampe pour supprimer le premier moyen

de commutation après le début de la conduction de la lampe.

Ce niveau de courant est typiquement de quelques milliam-

pères Le dispositif de commande comprend encore des moyens sensibles à l'état électrique de la lampe pour commander l'état du second moyen de commutation Le dispositif de commande maintient le second moyen de commutation dans un état astable pendant l'état "PASSANT" du premier moyen de commutation lorsque la lampe n'est pas conductrice; dans un état astable entretenu après la conduction de la lampe et jusqu'à l'échauffement; et dans un état stable pendant

l'échauffement et le fonctionnement normal de la lampe.

La temporisation des périodes PASSANT et BLOQUE du redresseur commandé au silicium, utilisée pour établir

les durées d'excitation c c du filament et de l'applica-

tion des tensions périodiques d'amorçage à la lampe pen-

dant le pré-amorçage, respectivement, est fournie par un oscillateur en dents de scie L'oscillateur en dents de scie comprend une paire de transistors complémentaires montés en circuit régénératif avec un condensateur et des composants assortis Le condensateur est chargé de façon récurrente à faible vitesse à travers une grande résistance et ensuite déchargé rapidement par conduction du circuit régénératif La décharge du circuit régénératif a lieu lorsque la tension à l'émetteur du second transistor

excède suffisamment la tension Zener établie par la jonc-

tion d'entrée inversée du transistor et appliquée à la

base du second transistor L'émetteur du second transis-

tor est couplé au condensateur dont la tension s'accroit

au cours de sa charge La conduction du circuit régénéra-

tif apparaît avec l'apparition d'une polarisation directe à la jonction d'entrée du second transistor On utilise la décharge du condensateur pour ouvrir le SCR et amorcer le fonctionnement astable d'un transistor qui fait partie du

second moyen de commutation.

Les constantes de temps du circuit sont agencées de sorte que pendant la période avant la conduction de la lampe à arc, l'intervalle de conduction du SCR apparaît

avant le fonctionnement astable du commutateur à transis-

tor Après la conduction de la lampe à arc, l'état du com-

mutateur est une fonction du courant de la lampe à arc et

de la tension détectée dans le circuit de fonctionnement.

Le fonctionnement astable s'interrompt lorsque la lampe à

arc entre dans son état d'échauffement.

Une longue période de fonctionnement en courant continu avant conduction de la lampe à arc (alternant avec

des périodes raccourcies de fonctionnement à haute fré-

quence) a pour effet d'accroître le niveau moyen d'éclai-

rage supplétif typiquement à 11000 lumens, pendant les 8 secondes précédant l'amorçage Si l'amorçage a lieu

dans les 8 millisecondes de fonctionnement à haute fré-

quence qui suivent, ce qui est normal, l'éclairage supplé-

tif se poursuit pendant encore plusieurs secondes à 800 lumens La période raccourcie de fonctionnement à haute fréquence réduit le temps "ACTIF", lorsqu'apparaît une interférence électromagnétique, d'un facteur de 1000 sans accroître significativement le temps passé nécessaire à l'amorçage de la lampe à arc Pendant un réamorçage à chaud, ou dans le cas d'une défaillance de la lampe à arc, le pourcentage de temps "ACTIF" reste également

petit Lorsqu'une interférence électromagnétique est détec-

table sous forme d'un effet audible, chaque période rac-

courcie est entendue sous forme d'un court "blip" suivi

de plusieurs secondes de silence jusqu'à la période sui-

vante L'interférence est nettement moins désagréable qu'un fonctionnement continu à haute fréquence Pendant toutes ces périodes plus longues, le filament fonctionne

à un plus haut niveau de lumière.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent, respectivement: figure 1, une illustration d'une nouvelle unité d'éclairage appropriée pour etre raccordée à une douille de lampe classique utilisant une lampe à arc comme source principale de lumière, une source de lumière supplétive et un dispositif d'alimentation en courant compact; figure 2, un schéma du circuit électrique de l'unité d'éclairage; et figure 3, une table des six états de l'unité d'éclairage dans une séquence d'éclairage normale donnant

les états de la lampe à arc et du filament résistif supplé-

tif, et leurs exigences d'alimentation correspondantes.

La figure 1 représente une unité d'éclairage efficace pour faire fonctionner une lampe à arc à partir d'une source de courant alternatif à basse fréquence ( 50-60 Hz) classique L'unité d'éclairage comprend un montage de lampe qui fournit la lumière, et un dispositif

d'alimentation en courant qui fournit du courant électri-

que au montage de lampe, certains-éléments de l'unité d'éclairage ayant une double fonction de production de lumière et de stabilisation Le montage de lampe comporte une enceinte de verre 9 qui contient une lampe à arc à rendement élevé il et un filament résistif 12 Le filament résistif 12 sert à la fois de ballast à la lampe à arc et

de source supplétive de lumière Le dispositif d'alimenta-

tion en courant comprend un bottier rigide 10 reliant l'en-

ceinte de verre 9 à un culot à vis 14 Le culot 14 assure

le raccordement électrique et mécanique de l'unité d'éclai-

rage à une douille classique de lampe à courant alternatif.

Ce dispositif assure l'alimentation requise pour la lampe à arc pendant l'amorçage et le fonctionnement et produit un éclairage instantané au moyen de la source supplétive

de lumière.

Selon l'invention, on prévoit de nouveaux moyens

qui établissent un faible facteur d'utilisation, pour l'ap-

plication du potentiel d'amorçage, à la lampe à arc.

La nouvelle unité d'éclairage peut être allumée, réallumée ou éteinte avec la même commodité qu'une lampe à

incandescence Les retards de production de lumière accom-

pagnant normalement l'amorçage d'une lampe à arc sont ren-

dus moins désagréables grâce à l'utilisation du filament supplétif à incandescence 12, contenu dans l'enceinte 9. Cette caractéristique est'd'un intérêt tout particulier

pour les périodes d'une demi-minute-qui peuvent être néces-

saires à la lampe à arc pour atteindre sa luminosité totale après un amorçage à froid ou les périodes plus longues

nécessaires pour un réamorçage à chaud.

On a représenté sur la figure 1 la lampe à arc 11 avec l'électrode positive ou anode en bas (près du culot)

et l'électrode négative ou catbode en haut (loin du culot).

Les deux électrodes sont à leur tour scellées dans les extrémités d'un petit récipient de quartz dont le contour externe est cylindrique excepté pour une petite région centrale de section pluis grande, de moins de 12,7 mm de diamètre L'intérieur de la lampe à arc, que l'on n'a pas particulièrement représenté, contient une chambre centrale sphérique ou elliptique remplie d'un mélange ionisable d'argon, un gaz d'amorçage ionisable, de mercure, qui est vaporisé à chaud, et de sels métalliques vaporisables tels

que les iodures de sodium et de scandium En fonctionne-

ment, un arc se forme entre les électrodes ce qui produit l'éclairage dans toute la chambre Les petites lampes de faible puissance du type que l'on vient de décrire sont désignées par lampes à halogénures métalliques ou lampes

à vapeurs métalliques Une lampe convenable est plus com-

plètement décrite dans le brevet des EUA N O 4 161 672.

La production de lumière est partagée entre la

lampe à arc 11 et le filament résistif 12, ce dernier assu-

rant ainsi la stabilisation (ballastage) de la lampe à

arc En fonctionnement normal "final", le filament résis-

tif 12 conduit le courant traversant la lampe à arc mais la principale production de lumière a lieu dans la lampe à arc A l'amorçage ou au réamorçage de la lampe à arc, le

filament résistif 12 produit un éclairage supplétif.

La lampe à arc présente plusieurs états distincts en utilisation classique et chacun de ces états exige une alimentation distincte Du point de vue pratique, la lampe à arc a trois états actifs dénommés phases I à III et un

état inactif.

Pendant la phase I, apparaît "l'amorçage" La durée d'amorçage n'est normalement pas supérieure à une ou deux secondes et peut, par conception, être inférieure

à 8 millisecondes dans le cas usuel C'est le temps néces-

saire pour qu'une tension élevée convenable provoque une "rupture électrique" du gaz contenu dans la lampe à arc, amorçant une chute de la tension maximale de la lampe On désigne également cet état comme l'établissement d'une "décharge luminescente" (Pour des raisons de définition, il faut distinguer "l'amorçage' du"pre-amorçage" Le

pré-amorçage est un intervalle de temps précédant l'amor-

çage, dont on peut prévoir la durée pour une lampe à décharge et un dispositif d'alimentation en courant donnés, et qui est la période pendant laquelle l'amorçage est improbable, normalement du fait de conditions physiques non optimales dans la lampe On reparlera plus tard de

ce pré-amorçage).

Lorsque l'amorçage a lieu, le claquage de la lampe à décharge en arc à la tension d'amorçage de 1000-2500 volts provoque une chute soudaine de la tension

de la lampe à 15 volts et ensuite la lampe peut se réamor-

cer une seconde fois, généralement à une tension moindre comme le niveau d'ionisation des gaz contenus s'accroît et on entre dans la phase II du "passage de la décharge luminescente à la décharge en arc" Pendant la phase I,

les lampes du modèle envisagé dans la présente description

exige des impulsions de 1000 à 2500 volts d'une durée d'une microseconde pendant un intervalle d'environ

8 millisecondes.

La phase II, "le passage de la décharge lumines-

cente à la décharge en arc", dure de un dixième de seconde jusqu'à peutétre quatre secondes et se caractérise par un niveau d'ionisation plus soutenu et une tension maximale plus faible Lorsque la phase II commence, la décharge est typiquement instable, oscillant entre une valeur maximum et

une valeur minimum, la tension de la décharge tombant con-

tinuellement vers un maximum plus faible avec un minimum récurrent proche de 15 volts Lorsque le niveau moyen de conduction du gaz s'accroit, la tension maximale de la

lampe chute,,la puissance consommée s'accroit, et les tem-

pératures à l'intérieur de la lampe s'accroissent égale-

ment Lorsque la tension maximale d'arc chute à des valeurs proches de 500150 volts, une lampe à vapeurs métalliques

exige une puissance plus importante (typiquement 2-8 watts).

La phase III débute avec l'établissement de "l'arc", ce qui a lieu lorsque une partie de la cathode a atteint des températures d'émission thermoionique, et la

disparition du bruit électronique Au passage (habituel-

lement) marqué de la phase-II à la phase III, la tension de la décharge perd son caractère instable et se maintient à une valeur initiale d'environ 15 volts Pendant la phase III, il apparaît une faible impédance constante de la lampe, qui est à court terme (microsecondes) de résistance positive et à long terme (millisecondes) de résistance

négative Un ballast de limitation du courant est néces-

saire pour empêcher un échauffement excessif et une des-

truction. La période d'échauffement, qui est la partie initiale de la phase III, dure normalement de 30 à 90 secondes Pendant cette période d'échauffement, la lampe atteint sa pleine température de fonctionnement et les gaz contenus atteignent leurs pressions élevées, finales, de fonctionnement La tension de la lampe s'accroit à une valeur de 86 volts avec une réduction concomitante de la

conductance de la lampe Lorsque l'état final de fonction-

nement apparait, la lampe absorbe une puissance maximale

(typiquement 27 watts) et produit le flux lumineux maximum.

La période de pré-amorçage est une période varia-

ble ayant une valeur nominale minimum de zéro aux condi-

tions ambiantes régnant et une valeur maximale d'environ 1 ou 2 minutes si il y a eu une interruption de l'arc et qu' un réamorçage à chaud est nécessaire Si la lampe est désexcitée en cours de fonctionnement normal, la lampe sera à température élevée et à une pression de gaz élevée pendant un court instant Pour réamorcer l'arc lorsque la lampe est chaude, la tension nécessaire peut être d'un ordre de grandeur supérieur à celle nécessaire pour un amorçage à froid (par exemple, 10-30 k V) Les constantes de temps thermiques de la lampe réglent le temps nécessaire

au refroidissement de la lampe depuis l'état de fonction-

nement chaud au point o une tension classique réamorcera l'arc.

L'éclairage supplétif est particulièrement impor-

tant pour l'utilisateur pendant l'échauffement et la période de préamorçage pour un réamorçage à chaud, et il est prévu à la fois pendant toute la procédure d'amorçage normal et pendant tout le réamorçage à chaud Pendant l'échauffement, l'éclairage supplétif diminue graduellement pour tenir compte du flux lumineux croissant de la lampe à arc A l'état final de fonctionnement, aucun éclairage

supplétif n'est fourni.

La source de courant illustrée à la figure 2 fournit le courant de fonctionnement convenable à la lampe

à arc et au filament produisant la lumière supplétive.

Lorsque la lampe à arc est dans son état final de fonction-

nement, la source fournit du courant continu à environ volts avec stabilisation (ballastage) résistive Le ballastage réduit la tension à la lampe à 86 volts, et maintient la puissance de fonctionnement de la lampe à

arc à 27 watts Pendant cette période le courant traver-

sant le filament 12, agissant comme un ballast, est suffi-

sant pour le maintenir à une température élevée mais insuf-

fisante pour que le filament produise une lumière utile. Pendant le préamorçage, la source de courant produit une succession d'impulsions unidirectionnelles à haute fréquence avec une composante alternative à haute fréquence ( 40 k Hz) La composante alternative, transformée

et redressée, est appliquée à la lampe à arc pour amorçage.

Ceci se traduit par une onde restituée de courant continu ayant une amplitude de crête de 2500 volts environ à un

niveau de puissance relativement faible Pendant le pré-

amorçage, les impulsions sont produites sur une courte période, typiquement de 8 millisecondes de durée et à des intervalles de 8 secondes Avec l'amorçage de la lampe, les impulsions à haute fréquence deviennent continues, conduisant au passage d'une décharge luminescente à une

décharge d'arc o la lampe à arc exige plus de puissance.

-20 Cependant, pendant le pré-amorçage et l'amor-

çage de la lampe à arc, le filament 12 reçoit aussi du courant et fournit un éclairage supplétif Pendant la période o il n'y a pas d'impulsions unidirectionnelles au cours du pré-amorçage, un trajet auxiliaire du courant

est fermé, ce qui applique pratiquement la puissance con-

tinue totale ( 70 watts) au filament résistif Le flux lumi-

neux du filament commence donc à environ 1100 lumens et en une rapide transition apparaîtra conserver cette valeur jusqu'à l'échauffement de la lampe à arc Pendant la période d'apparition des impulsions, à la fois au cours du pré-amorçage et de l'amorçage, une puissance HF notable ( 56 watts) est également appliquée au filament pour fournir un éclairage supplétif continu de niveau quelque peu plus faible jusqu'à ce que le passage de la lampe à arc à la

période d'échauffement soit achevé.

Pendant le passage de la décharge luminescente à la décharge en arc, de l'énergie haute fréquence fournit l'éclairage supplétif, pendant que la puissance haute

fréquence disponible pour la lampe à arc, lorsqu'elle tra-

verse un niveau de 400-200 volts, s'accroit à une valeur maximale, typiquement 8 watts Cet accroissement de la puissance disponible assure un passage fiable de lampe à

vapeurs métalliques haute pression à l'état d'échauffement.

Lorsque l'échauffement apparaît, le fonctionne-

ment à haute fréquence de la source d'énergie s'arrête et la source d'énergie fournit un courant continu, soumis à une ondulation à 120 Hz, appliqué à la lampe à arc et au filament résistif en série Le rôle du filament résistif

au début de l'échauffement est un rôle double, de produc-

tion du flux lumineux total et également de ballastage de la lampe à arc Le ballastage maintient la désignation initiale dans la lampe à arc à environ 10 watts Cependant que la tension d'arc tombe à environ 15 volts Lorsque l'échauffement se poursuit, le filament résistif sert de ballast de faible dissipation dont la valeur lumineuse est négligeable lorsque la lumière produite par la lampe à arc s'accroit. L'unité d'éclairage dont on a représenté le

schéma électrique à la figure 2 a comme composants princi-

paux la lampe à arc 11, une source de courant continu ( 14, 15, 16) pour convertir le courant de 120 volts, 60 Hz, en courant continu, un circuit de fonctionnement ( 17-48) pour convertir l'énergie électrique fournie par la source de courant continu (source c c) dans les formes requises pour le fonctionnement du montage de lampe et finalement

un filament résistif 12 qui assure une fonction de stabi-

lisation (ballastage) dans le circuit de fonctionnement et fournit la lumière supplétive L'unité d'éclairage a six états actifs caractérisés par les états de la lampe à décharge, de la source de lumière supplétive, et du circuit de fonctionnement Ces états, qui résument les discussions

précédentes, sont illustrés à la figure 3.

Le circuit de la source de courant continu de l'unité d'éclairage est classique L'énergie est fournie par une source de courant alternatif à 120 volts, 60 Hz, via le culot 14 et deux-connexions d'entrée aux bornes d'entrée de courant alternatif d'un pont redresseur dou-_

ble alternance 15 La borne de sortie positive du pont-

devient la borne de sortie positive de la source de cou-

rant continu et la borne de sortie négative du pont devient la borne de sortie commune ou de référence de la source de courant continu Un condensateur de filtrage 16 est branché entre les bornes de sortie de la source c c

pour réduire l'ondulation du courant La source c c pen-

dant le fonctionnement normal de la lampe à arc 1 i délivre

un courant de 1/3 d'ampère environ sous 145 volts, produi-

sant une puissance de 48 watts dont 27 watts sont dépensés dans la lampe La puissance requise de la source c c par l'unité d'éclairage pendant un réamorçage à chaud est

d'environ 73 watts et le maximum requis pendant l'échauffe-

ment de la lampe à arc est d'environ 68 watts.

Le circuit de fonctionnement qui prend son cou-

rant de la source c c et à son tour fournit du courant au

montage de lampe, comprend les éléments 17-48 reliés ensem-

ble comme suit: le filament résistif 12, la diode 17, la

lampe à arc 11, la diode 18 et la résistance 33 de détec-

tion du courant de la lampe sont branchés en série dans

l'ordre indiqué entre la borne positive et la borne com- mune de la source c c La diode 17, branchée pour un pas-

sage aisé du courant de la source c c à la lampe à arc, a son anode couplée à une borne d'interconnexion (ou noeud)

26 et sa cathode couplée à une borne de la lampe à arc 11.

La lampe à arc, qui a une polarisation requise, a son anode couplée à la cathode de la diode 17 et sa cathode couplée à l'anode de la diode 18, dont la cathode est couplée à une borne de la résistance 33 de détection de courant Dans

cette application, la diode 17 est en fait deux disposi-

tifs reliés en série pour un fonctionnement plus silr-sous

haute tension.

En poursuivant la description du circuit de

fonctionnement, on trouve un commutateur à l'état solide,

monostable, déclenché, constitué en partie par un tran-

sistor de puissance 19, un transformateur survolteur 20, et un composant passif 28 Le transistor de puissance a une base, un émetteur et un collecteur Le transformateur survolteur 20 a un noyau de ferrite pour un fonctionnement à haute fréquence (> 20 k Hz), un enroulement primaire principal 21, un enroulement secondaire principal 22, un enroulement primaire de commande 23 et un enroulement secondaire de commande 24, tous associés au noyau Les enroulements de commande fournissent une commande de la conduction du transistor dont le sens dépend de l'état

magnétique du noyau de ferrite et produit une action monos-

table, évitant une saturation complète du noyau L'enrou-

lement primaire principal a sa borne sans point couplée par le condensateur 25 à la borne positive de la source et sa borne avec point reliée à la borne d'interconnexion

26 entre le filament résistif 12 et la diode 17 L'enrou-

lement secondaire principal 22 du transformateur 20 a sa borne sans point reliée à la borne 26, et sa borne avec point reliée par le condensateur 27 à l'anode de la lampe à arc 11 L'émetteur du transistor de commutation 19 est couplé à la borne non marquée de l'enroulement primaire de commande 23 La borne marquée de l'enroulement primaire de commande 23 est reliée à la cathode de la diode 18, dont l'anode est reliée à la cathode de la lampe à arc 11 La cathode de la lampe à arc est reliée en série par la diode 18 et la résistance 33 à la borne c c commune La base du transistor 19 est couplée à la cathode d'une diode de verrouillage 28, dont l'anode est couplée à la borne c c commune L'enroulement secondaire de commande 24 a sa borne non marquée couplée à la base du transistor 18 et sa borne marquée reliée à l'émetteur La base du transistor 19 est le point d'application d'une impulsion de déclenchement pour amorcer chaque cycle de conduction. Le transistor 30, et ses composants associés, forment un oscillateur de déclenchement pour rendre passant

* de manière récurrente le transistor de commutation 10.

L'oscillateur de déclenchement est mis en et hors circuit et également décalé en fréquence en réponse aux conditions électriques attribuables à l'état électrique de la lampe à arc L'émetteur du transistor 30 est couplé à l'émetteur du transistor 19, sa base est couplée par le condensateur 31 à la base du transistor 19 et son collecteur est relié par la résistance 32 à la borne d'interconnexion 26 On prévoit un diviseur de détection de tension se composant de la résistance 34 reliée entre l'anode de la diode 17 et la base du transistor 30 et de la résistance 35 reliée

entre la base du transistor 30 et la borne c c commune.

Pendant l'échauffement et le fonctionnement final, qui sont

tous deux des états à courant continu de l'unité d'éclai-

rage, la diode 17 est polarisée en direct, et la tension de sortie du diviseur, à la base du transistor 30, est proportionnelle à la tension de la lampe Pendant les états à haute fréquence de l'unité d'éclairage, la diode 17 est polarisée en inverse et non conductrice pendant les alternances à haute fréquence o du courant est fourni à la lampe, de sorte que la tension sur le diviseur reflète

l'effet de charge de la lampe à arc sur le circuit du trans-

formateur et est une mesure indirecte de la tension de la lampe La connexion de l'émetteur du transistor 30 à la borne non référencée de la résistance 33 en série avec la

lampe à arc 11, rend l'oscillateur de déclenchement sensi-

ble au courant de lampe sous la forme de la tension pro-

portionnelle au courant de lampe développée dans la résistance 33 L'oscillateur de déclenchement est relié

pour répondre de la manière notée ci-dessus à la diffé-

rence entre ces deux courants détectés.

Le circuit de fonctionnement est complété par un sous-circuit qui, pendant la période de pré-amorçage, impose un faible facteur d'utilisation/fonctionnement de

l'oscillateur Pendant les intervalles "ACTIF" de l'oscil-

lateur, des impulsions successives sont appliquées à la lampe à arc et une excitation en courant alternatif est appliquée au filament résistif 12 Pendant les intervalles "INACTIF" de l'oscillateur, l'excitation en courant continu est assurée pour le filament résistif Le sous-circuit inclus pour la production d'un fonctionnement avec période active comprend un SCR 36, des condensateurs 40, 41 et des résistances 13, 29 et 42-46 Comme on le verra, dans la séquence normale d'amorçage de la lampe, la conduction par

le SCR 36 a lieu en premier et se poursuit pendant plu-

sieurs secondes, fournissant l'excitation du filament et empêchant le fonctionnement de l'oscillateur Pendant la non-conduction du SCR 36, qui se poursuit pendant plusieurs millisecondes, l'oscillateur de déclenchement fonctionne, produisant des potentiels d'amorçage de fréquence élevée

et une excitation à fréquence élevée du filament La tem-

porisation des périodes de conduction et de non-conduction du SCR 36 est obtenue par un oscillateur à dents de scie utilisant la paire de transistors 37, 38 montés en circuit

régénératif, le condensateur 40 et d'autres composants.

L'anode du SCR 36 est reliée à la borne d'inter-

connexion 26 et sa cathode est reliée à la cathode de la lampe à arc 11, cette dernière étant elle-même reliée en

série par les éléments 18 et 33 à la borne c c commune.

La cathode du SCR 36 est aussi reliée par la résistance 42 à la borne c c commune La gàchette du SCR est reliée par la résistance 43 à la borne de sortie positive de la source c c Un condensateur 41 est branché entre la

gâchette et la cathode du SCR 36.

La paire de transistors montés en circuit régéné-

ratif se compose du transistor PNP 37 à l'entrée et du transistor NPN 38 à la sortie Le collecteur du transistor 37 est relié à la base du transistor 38, et l'émetteur du

transistor 38 est relié à la base du transistor 37 L'émet-

teur du transistor d'entrée 37 est relié par la résistance 13 à une borne d'entrée du pont redresseur 15 L'émetteur du transistor 37 est également relié par un condensateur

40 et une diode 39 en série à la gachette du SCR 36.

L'anode de la diode 39 est reliée à la glchette 39 et une borne du condensateur 40 à la borne c c commune La base du transistor 37 est reliée par la résistance 45 à la borne de sortie c c positive et la base du transistor 38 est

reliée par la résistance 46 à la borne d'interconnexion 26.

Le collecteur du transistor de sortie 38 est relié par la

résistance 29 à la base du transistor de commutation 19.

Le circuit de fonctionnement, comme indiqué pré-

cédemment, satisfait aux exigences complexes en courant de l'unité d'éclairage Le circuit de fonctionnement agit en réponse à l'état détecté de la lampe à arc principale et assume les états résumés dans le tableau de la figure 3 On considèrera initialement l'état final de fonctionnement

du circuit de fonctionnement.

Dans l'état final de fonctionnement de l'unité

d'éclairage, le circuit de fonctionnement fournit une exci-

tation à courant continu de la lampe à arc avec un ballas-

tage résistif; et contrôle le courant et la tension de la

lampe à arc pour détecter des signes de début de défail-

lance de l'arc La tension d'alimentation continue a une ondulation de 15 à 20 % de 120 Hz Pendant l'état final de fonctionnement, la tension de l'arc est de 86 volts avec

27 watts dissipés dans-la lampe à arc et 20 watts princi-

palement dans le filament résistif 12 Le flux lumineux est de 2000 lumens, approchant celui produit par une lampe à incandescence de 150 watts Le courant de la lampe à arc fourni par la source c c de 145 volts ( 14, 15, 16), suit un trajet série incluant le filament résistif 12, la diode 17, la lampe 11 elle-môme, la diode 18, et la résistance de détection du courant 33. Le point de fonctionnement de la lampe, dans

l'état final de fonctionnement, est principalement déter-

miné par la résistance de ballastage 12, les propriétés de

la lampe à arc et la tension de sortie de la source c c.

Le courant final de fonctionnement (qui est de 1/3 d'ampère

environ) crée une dissipation dans la résistance 12 moin-

dre que dans la lampe à arc et trop faible pour engendrer

une lumière utile.

L'état d'échauffement de la lampe à arc marque

une rupture nette avec la phase II précédente, mais repré-

sente un passage graduel à l'état final de fonctionnement.

Dans la phase II (c'est-à-dire le passage d'une décharge luminescente à une décharge en arc), l'ionisation s'est établie mais le courant moyen, la dissipation et le flux lumineux de la lampe sont faibles et la décharge est instable Avec le début de l'échauffement, la décharge se stabilise, apportant une augmentation du courant moyen, de la dissipation et du flux lumineux de la lampe à arc Le passage à l'état final de fonctionnement est régulier, la tension augmentant graduellement de 15 volts environ à la tension finale de 86 volts, la dissipation de puissance dans la lampe augmentant graduellement de 10 à 27 watts et

le flux lumineux, initialement faible, augmentant graduel-

lement jusqu'à sa valeur finale Dans la lampe, au cours de l'échauffement, les électrodes, l'enveloppe et le gaz

contenu atteignent leurs températures finales de fonction-

nement et la pression du gaz s'accroît jusqu'à sa valeur

finale L'échauffement dure typiquement de 30 à 45 secondes.

Pendant l'échauffement, le circuit de fonctionne-

ment varie graduellement électriquement en réponse au

courant dans la lampe principale On empêche une dissipa-

tion excessive dans la lampe principale et l'éclairage supplétif passe d'un flux lumineux maximum à un flux minimum au fur et à mesure que l'éclairage de la lampe principale s'accroît de sa faible valeur à sa valeur finale élevée.

Pendant le pré-amorçage, l'amorçage et le pas-

sage de la décharge luminescente à la décharge en arc, le transformateur 20, le transistor de commutation 19 et l'oscillateur de déclenchement ( 30 etc) du circuit de fonctionnement jouent un rôle actif dans la production d'un courant haute fréquence Ceci s'oppose au rôle passif

joué pendant l'échauffement et l'état final de fonctionne-

ment o l'excitation produite est principalement en courant continu Le changement brusque dans le courant électrique haute fréquence apparaissant entre le passage de la décharge luminescente à la décharge en arc et l'échauffement répond

aux conditions dans la lampe principale.

Comme mentionné précédemment, on impose un fai-

ble facteur d'utilisation (typiquement un rapport ACTIF/

INACTIF de 1 à 1000) aux impulsions de haute fréquence.

Pendant le pré-amorçage au cours de l'intervalle relative-

ment long précédant la première impulsion de haute fré-

quence, et au cours des intervalles également longs entre les impulsions de haute fréquence suivantes, le SCR 36 est

conducteur et sa conductivité fournit un trajet en courant-

continu de faible impédance pour l'excitation du filament.

Au même moment, il bloque la tension au noeud 26, empêchant le fonctionnement à haute fréquence de l'oscillateur de déclenchement ou du transistor de commutation Lorsque le SCR 36 devient non conducteur, il apparaît de l'énergie haute fréquence qui est appliquée à la fois à la lampe à

arc et au filament avec les conséquences indiquées figure 3.

Avant une description détaillée du fonctionnement avec fac-

teur d'utilisation de la période de pré-amorçage, on va

décrire le fonctionnement du circuit en supposant une non-

conductivité du SCR 36 et un fonctionnement continu a

haute fréquence.

A la fois pendant le fonctionnement avec facteur d'utilisation au cours du pré-amorçage et le fonctionne- ment continu au cours de l'amorçage du passage de la décharge luminescente à la décharge en arc, le circuit de fonctionnement produit une excitation électrique de haute fréquence par suite de la commutation à haute fréquence du commutateur monostable à transistor La commutation de ce commutateur à transistor produit une résonnance et une

composante alternative de courant dans l'enroulement pri-

maire principal 21 du transformateur survolteur 20, une

composante alternative survoltée à la sortie du transfor-

mateur et un courant pulsé dans le filament résistif 12 qui

est principalement unidirectionnel.

Le passage du courant alternatif dans l'enroule-

ment primaire principal a lieu de la manière suivante En supposant que le transistor 19 a été rendu conducteur par un signal de déclenchement convenable couplé à sa jonction d'entrée, un trajet de courant de déplacement se ferme entre les bornes positive et commune de la source c c Ce trajet se compose, dans l'ordre, du condensateur 25, de l'enroulement primaire principal 21, du transistor de

commutation NPN 19 (collecteur et émetteur, respective-

ment), de l'enroulement primaire de réaction 23 et de la résistance de détection de courant 33 Le transistor de commutation présente une faible impédance lorsqu'il est conducteur, et le condensateur 25, l'enroulement primaire

de réaction 23 et la résistance 33 ont également une fai-

ble impédance Lorsque le courant dans le circuit s'ac-

croit, l'enroulement primaire de réaction 23, qui est

inductivement couplé à l'enroulement secondaire de réac-

tion 24, produit une réaction positive dans le circuit d'entrée du transistor et le ferme plus fortement En conséquence, lorsque le transistor conduit, le courant

s'établit rapidement dans l'enroulement primaire du trans-

formateur, principalement limité par l'inductance du pri-

maire L'établissement se poursuit, cependant, jusqu'à ce que un niveau prescrit de flux soit atteint dans le noyau du transformateur A ce point, la réaction est inversée et devient négative, ouvrant le transistor 19 avant que la saturation complète du noyau soit atteinte L'arrêt de la conduction dans le transistor 19 ouvre le trajet précédent pour le passage de courant dans l'enroulement

primaire et le condensateur 25 résonnera avec l'induc-

tance de l'enroulement 21 Une partie de l'énergie emma-

gasinée dans le circuit se dissipe sous la forme d'un

courant inverse puis direct dans le filament résistif 12.

Ainsi, le passage du courant, qui se faisait initialement depuis la borne munie d'un point de l'enroulement primaire lorsque le transistor 19 était conducteur et brièvement ensuite, s'inverse et le courant circule maintenant depuis le condensateur 25 via le filament 12 dans la borne munie

d'un point.

La version transformée de la tension alternative à haute fréquence apparaissant aux bornes de l'enroulement

primaire du transformateur apparaît à la borne de l'enrou-

lement 22, éloignée de l'enroulement 21 La sortie est couplée depuis l'enroulement 22 au moyen du condensateur 27 à l'anode de la lampe à arc 11 La sortie prend la forme d'une énergie de type impulsion unidirectionnelle du fait de la présence de la diode 17 dont l'anode est couplée à la borne sans point de l'enroulement secondaire et dont la cathode est couplée à l'anode de la lampe à arc La diode 17 est branchée pour permettre l'application

à la lampe à arc d'une tension de sortie survoltée déve-

loppée lorsque le transistor de commutation s'ouvre et pour supprimer l'application de la tension de sortie

développée lorsque le transistor de commutation est conducteur.

Selon l'invention, l'application de la tension.

élevée de pré-amorçage que l'on vient de décrire est main-

tenue sur un court intervalle précédé et suivi par un

intervalle relativement long d'excitation c c du filament 12.

On va maintenant décrire en détail le fonctionne-

ment avec facteur d'utilisation.

Lors de l'excitation de l'unité d'éclairage, la

première réponse du circuit externe est d'exciter ce fila-

ment à une luminosité maximum ( 1100 lumens) pour une durée

initiale de 8 secondes Ceci est accompli par le sous-

circuit qui permet au SCR 36 de devenir conducteur avant l'établissement du fonctionnement à haute fréquence, la

conduction du SCR empêchant le fonctionnement à haute fré-

quence jusqu'à ce que le SCR s'ouvre 8 secondes plus tard.

La fermeture du SCR fournissant l'excitation initiale en courant continu du filament a lieu de la

manière suivante Lors de l'application de potentiels alter-

natifs au pont 15, le condensateur 16 se charge rapidement

à partir de la tension développée à la sortie du pont.

Cette tension continue est appliquée par le filament 12 à l'anode du SCR 36 et par la résistance 43 à la gâchette du SCR o elle oblige le condensateur 41 à commencer à se

charger positivement Comme la cathode du SCR est pratique-

ment au potentiel de masse, étant reliée à la masse par la résistance 42 et celui-ci jusqu'à présent non conducteur, il est seulement nécessaire que le condensateur 41 se charge à une faible tension (+ 0,7 volt) pour permettre la fermeture du SCR La fenmeture générale du SCR a lieu généralement

après un délai-de moins d'une milliseconde après l'excitation du circuit.

Une fois que le SCR conduit, un trajet de courant est fourni en série, depuis la borne positive de la source c.c, par le filament 12, le SCR 36 (anode et cathode), la diode 18 et la résistance de 2 Q 33 jusqu'à la borne de référence c c Le sous-circuit fournit un trajet de faible impédance pour le courant à travers le filament 12 et ce filament résistif est conçu pour fournir une dissipation de

watts et un éclairage de 1100 lumens.

Un SCR est d'un choix judicieux en ce qui concerne le co Qt dans cette application Comme le SCR conduit le premier courant dans le filement 12, il est soumis au fort courant initial qui amène le filament d'un état froid, o sa résistance est faible, à un état chaud substantiel, o sa résistance est élevée Lorsque l'excitation HF suit 8 secondes plus tard, le filament est chauffé de façon importante et sa résistance élevée En permettant à un SCR de conduire le premier courant dans le filament plutôt que le transistor de commutation, on permet l'utilisation d'un transistor de commutation de valeur nominale plus faible,

tout en ne nécessitant pas un SCR de valeur nominale par-

ticulièrement élevée.

La conception du circuit assure que le SCR 36 est passant avant que le fonctionnement à haute fréquence du commutateur à transistor puisse avoir lieu, et empêche encore un fonctionnement à haute fréquence jusqu'à ce qu'il soit ouvert Le moment de fermeture du SCR a lieu sur la commande principale de la constante de temps établie par

la résistance 43 et le condensateur 41 qui affecte la ten-

sion de gâchette La tension de marche de l'oscillateur de déclenchement dépend pareillement du potentiel de la base -25 du transistor 30, couplé au diviseur de tension 34, 35 La

constante de temps dans le circuit de base de l'oscilla-

teur est petite et le potentiel de la base s'accroît nor-

malement comme un rapport de la tension au noeud 26 Le rapport, en supposant une tension d'émetteur nulle, empêche

le transistor de devenir conducteur jusqu'à ce que sa jonc-

tion d'entrée soit polarisée en direct (par exemple, 0,6 volt), ce qui exige que la tension sur le noeud 26 soit proche de 100 volts La fermeture antérieure du SCR est normalement assurée par l'ajustement du condensateur 41

et de la résistance 43 Les valeurs indiquées sont pratiques.

Après l'instant de démarrage mentionné précédem-

ment, la tension B+ grimpe (d'environ 1 volt par microseconde) pendant que le condensateur 16 se charge, et la tension sur le noeud 26, qui fournit le courant d'excitation au transistor 30 grimpe également Une fois que le SCR 36 s'est fermé, cependant, un trajet de faible impédance est fermé entre le noeud 26 et la tension de référence, le maintenant à une tension de quelques volts (<' + 3 V) et

empêchant le transistor 30 de devenir conducteur.

L'ouverture du SCR a lieu par suite de la ferme-

ture temporisée de la paire de transistors PNP-NPN ( 37, 38)

montés en circuit régénératif fonctionnant comme un oscilla-

teur en dents de scie La base du transistor d'entrée 37

est reliée dans un circuit qui, commençant à la borne posi-

tive du condensateur de filtrage 16, comprend la résistance , (la base de 37), le transistor 38, la résistance 29, les enroulements 24 et 23, et la résistance 33 reliée à la borne de référence c c L'émetteur du transistor 37 est couplé à une borne du condensateur 40, qui est branché dans un trajet de charge par une résistance 13 de 22

megohms à la borne commune de la ligne de courant alterna-

tif à l'entrée du pont 15, ce trajet de charge incluant

la résistance 44 et la diode 47 L'autre borne du conden-

sateur 40 est reliée à la masse par la résistance 44 et par la diode 39 à la gachette du SCR, cette dernière étant à une tension positive relativement faible ( 0,7 volt) lorsque

le SCR conduit.

Après l'instant de démarrage, le condensateur 40 se charge pendant les alternances de la source de courant alternatif Les incréments de charge sont faibles du fait de la grande valeur de la résistance 13 et sont d'un sens qui rend plus positif, par rapport à la base, le potentiel d'émetteur du transistor 37 Le transistor NPN 38 est branché en inverse avec une polarisation inverse appliquée à sa jonction d'entrée On utilise la tension Zener de la

jonction polarisée en inverse comme un potentiel de réfé-

rence pour déterminer le seuil de déclenchement du circuit régénératif La liaison de l'émetteur du transistor 38 par la résistance 45 à la borne B+ et celle de la base de 38 par la résistance 46 au noeud 26 maintenu proche du poten- tiel de référence par la conduction du SCR, provoquent

une rupture en inverse de la jonction d'entrée de 38.

Cette rupture produit une conduction 'Zener' inverse au niveau de courant (microampère) établi par les résistances 45 et 46 Ce courant de fuite inverse permet au potentiel

de rupture Zener d'établir un potentiel à la base du tran-

sistor 37 avec le noeud 26 et le potentiel c c de réfé-

rence Lorsque la tension sur le condensateur 40 à l'émet-

teur du transistor 37 devient plus positive par une chute

dans une diode que la tension établie à la base du transis-

tor 37 (environ 10 volts), le circuit régénératif devient

conducteur et commute brusquement à une faible impédance.

La faible impédance fournit un trajet de courant, en série, par les transistors 37 et 38, le transistor 38 fournissant du courant de base au transistor 37 et le transistor 37

fournissant du courant de base au transistor 38 La conduc-

tion par la paire de transistors montés en circuit régéné-

ratif provoque une rapide décharge du condensateur 40 par un trajet incluant en série les composants 37, 38, 29, 24,

23, 33 et 44.

La décharge du condensateur produit un transi-

toire abrupt, fermant les transistors 30 et 19, amorçant le fonctionnement du circuit à haute fréquence et arrêtant

la conduction par le SCR 36 L'établissement de la conduc-

tion par le transistor de commutation 19 est brutal, aidé par une récupération importante provoquant une réduction dans le courant disponible à l'anode du SCR à moins que son courant d'entretien Au même moment o le courant d'anode du SCR est réduit, la décharge du condensateur 40 à travers la résistance 44 rend négative la cathode de la diode 39 (typiquement -3 volts) par rapport à la tension c.c de référence, polarisant en direct la diode 39, déchargeant le condensateur 41 (en shunt avec la gâchette du SCR), polarisant en inverse la gâchette, et supprimant la charge emmagasinée Ceci se traduit par une ouverture

(blocage) du SCR.

La résistance 48, représentée figure 2 branchée entre la jonction des enroulements de commande-23 et 24 et

la borne c c commune, est un composant facultatif Sa fonc-

tion est d'allonger le temps initial à l'état BLOQUE du transistor de commutation 19 pour aider à l'ouverture du

SCR Lorsque le SCR conduit et avant que le circuit régéné-

ratif ne se déclenche pour débuter l'intervalle de fonc-

tionnement astable du transistor 19, on permet à une par-

tie du courant du SCR de passer en sens inverse dans l'en-

roulement 23 et la résistance 48 vers la borne c c commune.

Par suite, s'établit dans le noyau magnétique un flux rémanent qui pour une dimension donnée de noyau, prolonge le temps avant que le flux atteigne le niveau auquel débute la réaction négative pour ouvrir le transistor 19 Ceci effectivement prolonge la période de condution initiale

du transistor et aide à l'assurance d'une ouverture fia-

ble du SCR.

L'intervalle de temps pendant lequel le SCR

reste ouvert après son ouverture est d'environ 8 millise-

condes C'est approximativement le temps requis pour décharger le condensateur 40 et permettre à la gâchette du SCR d'atteindre à nouveau le seuil de fermeture par la charge du condensateur 41 Le temps d'ouverture du SCR est commandé à la fois par les éléments du trajet de décharge mentionné précédemment du condensateur 40 et par le courant traversant la résistance 43 et la diode 39

depuis la borne B+ du condensateur 16 Comme indiqué pré-

cédemment, la période d'ouverture (blocage) du SCR déter-

mine la durée du fonctionnement à haute fréquence de l'oscillateur de déclenchement 30 et du transistor de

commutation 19.

La période de conduction du SCR est établie à environ 8 secondes ce qui est le temps nécessaire pour déclencher la paire de transistors 37, 38 montés en cir- cuit régénératif Les valeurs du condensateur 40 et de la

résistance 13 établissent la constante de temps du cir-

cuit charge du condensateur relié à l'émetteur du circuit régénératif La vitesse de charge du condensateur est

également une fonction du potentiel de la source de charge.

On favorise l'obtention d'un temps de charge relativement

long ( 8 secondes) avec des valeurs pratiques du condensa-

teur 40 et de la résistance 13 si on dispose d'une source de charge depotentiel relativement faible Ceci s'obtient en reliant la résistance 13 à l'une des bornes de la source de courant alternatif du-pont 15 Ceci fournit une tension sinusoïdale redressée à une alternance à partir de la ligne à courant alternatif dont la valeur moyenne ( 54 volts) est considérablement inférieure à celles d'autres sources

telles que la sortie c c de la source de courant Egale-

ment important dans la temporisation de la conduction du SCR est la tension Zener du transistor 38 qui établit un

potentiel de référence pour déterminer le seuil de déclen-

chement du circuit régénératif La commande du temps de fermeture du SCR s'effectue par le choix approprié des

divers paramètres décrits ci-dessus.

Le fonctionnement du transistor NPN 38 en inverse permet d'utiliser sa jonction d'entrée polarisée en inverse

pour établir un potentiel de référence Un avantage supplé-

mentaire est la réduction importante du gain en courant

comparé au fonctionnement classique (A titre de comparai-

son, un transistor NPN utile dans ce fonctionnement a un gain en courant de 10 dans le mode inverse contre 100 dans le mode normal) Un gain excessif tendrait à prolonger la conduction du circuit régénératif aux faibles niveaux de courant et pourrait interférer avec la temporisation

recommandée pour l'ouverture du circuit régénératif.

La gâchette du SCR, maintenue initialement néga-

tive par la décharge du condensateur 40 dans la résistance 44, approche son niveau de repos près de la fin de l'in- tervalle de 8 millisecondes Si il n'y a pas de rupture de la lampe à arc, le potentiel de repos de la gâchette établi par le courant dans la résistance 43, la diode 39, et la résistance 44 est suffisant pour fermer le SCR et débuter

la période suivante de conduction de 8 secondes Si, cepen-

dant, il y a rupture de la lampe à arc par suite de l'in-

tervalle à haute fréquence de 8 millisecondes, le SCR, déjà ouvert, est maintenu ouvert par le courant d'arc passant

dans la diode 18 et la résistance 33 (typiquement 30-50 m A).

Ceci assure un potentiel positif sur la cathode du SCR 36, dans un sens convenable, pour polariser en inverse le SCR à l'état BLOQUE Ainsi, le courant de lampe circulant lors

de l'établissement d'une rupture d'arc assure une fin posi-

tive à la période de pré-amorçage.

Avec le SCR maintenu BLOQUE, le circuit haute

fréquence fonctionne maintenant continuellement par l'équi-

libre de la phase I et de la phase II La répétition de la décharge du circuit régénératif qui initie l'intervalle à haute fréquence de 8 ms n'est pas souhaitable après la

période de pré-amorçage Une décharge du circuit régénéra-

tif pendant la phase I ou la phase II pourrait introduire un transitoire dans les oscillations à haute fréquence avec une interruption dans le transfert normal d'énergie requis pour le passage de la lampe à arc dans son état final de

fonctionnement Pour éviter ce risque, le circuit régéné-

ratif est polarisé dans un état PASSANT non-oscillant, stable par la tension au noeud 26 qui fournit du courant

de base au transistor 38 par la résistance 46.

Pendant la phase III, la lampe passe par une période de tension minimum et de courant maximum, ces deux conditions sont détectées et utilisées pour appliquer une

13842

polarisation inverse à l'entrée du transistor de déclen-

chement 30, empêchant ainsi d'autres oscillations à haute

fréquence Pendant les états d'échauffement et de fonc-

tionnement final, la lampe est excitée par le filament résistif, agissant comme un ballast, à partir de la source de courant c c seule Dans ces états, le redéclenchement

* de l'oscillateur haute fréquence par déclenchement intem-

pestif du circuit régénératif doit également être évité pour empêcher une interruption possible de l'arc Dans ce but, l'état PASSANT stable du circuit régénératif est

également assuré par la fermeture du transistor 38 à par-

tir de la tension du noeud 26 via la résistance 46.

Pendant la phase III, la tension au noeud 26 est supérieure à la tension de la lampe à arc d'une petite quantité, la chute dans la diode 17 polarisée en direct La réactivation du circuit régénératif à sa fonction d'oscillateur à dents de scie a lieu en cas d'interruption de l'arc lorsque la lampe revient à son état de pré-amorçage Le SCR est fermé pour fournir de la lumière de secours par le filament résistif et la tension du noeud 26 est aussi réduite à une faible valeur proche du niveau de référence c c Ceci supprime la polarisation de la base du transistor 38 et

ramène le circuit régénératif à son état BLOQUE pour ini-

tier la période d'oscillation en dents de scie du pré-

amorçage.

L'agencement avec facteur d'utilisation fournit

une séquence "fin de vie" effective pour l'unité d'éclai-

rage Comme indiqué précédemment, le fonctionnement avec facteur d'utilisation a lieu pendant le pré-amorçage et s'arrête cependant que le fonctionnement à haute fréquence

continue par la période de passage de la décharge lumines-

cente-à la décharge en arc En supposant que la lampe à arc

soit devenue défectueuse, normalement du fait du vieillis-

sement, la défaillance peut empêcher toute conduction par l'arc Cet état est reconnu par le circuit de commande comme une défaillance à l'amorçage et le fonctionnement à haute fréquence se poursuivra pendant les intervalles INACTIF de 8 secondes et ACTIF de 8 millisecondes Pendant cette période, le filament 12 est éclairé, soutirant la puissance indiquée de 70 watts Puisque le filament résistif est conçu seulement pour une utilisation supplétive, on peut

le choisir de sorte que sa vie dans ce mode soit courte.

La lampe à arc peut aussi avoir une défaillance dans le

mode o l'arc passera à l'échauffement parce que les élec-

trodes auront brûlé, le filament ne fournira pas une ten-

sion adéquate pour maintenir l'arc Dans cette condition, le facteur d'utilisation fonctionnera normalement pour amorcer la lampe et après peut-être 30-40 secondes, la lampe s'éteindra et un réamorçage à chaud commencera La période de réamorçage à chaud est normalement d'une minute environ et est une période pendant laquelle le filament est

continuellement excité par sa source c c au moyen du SCR 36.

La période précédant la défaillance de l'arc à s'auto-

entretenir est une période pendant laquelle le filament est actif pour un temps relativement plus court Si ce mode défaille, le facteur d'utilisation réel du filament peut être réduit de moitié environ par rapport à celui d'une défaillance complète de l'arc et par conséquent le temps

avant que le filament lui-même brûle, double Comme men-

tionné précédemment, l'interférence électromagnétique produite pendant l'amorçage de la lampe, ou pendant une quelconque condition de défaillance, est une succession de courts "blips" espacés de 8 secondes et par conséquent

relativement non gênant pour l'utilisateur.

En plus de l'avantage de la réduction de l'inter-

férence électromagnétique par utilisation d'un facteur d'utilisation de 8 secondes INACTIF et 8 millisecondes ACTIF pour les oscillationsd'anorçage de la lampe, une réduction concomitante des contraintes thermiques sur plusieurs composants assure une fiabilité accrue Les

composants particulièrement bénéficiaires sont ceux asso-

ciés avec l'oscillation à haute fréquence utilisér pour amorcer la lampe, c'est-à-dire le transformateur 20, les

transistors 19 et 30, la résistance 32, et la diode 28.

Pendant une période de pré-amorçage prolongée, telle qu'un réamorçage à chaud, ces composants sont tous soumis à des grandeurs variables de contrainte thermique du fait de la

dissipation interne de puissance Avec un facteur d'utili-

sation de 8 secondes INACTIF et 8 millisecondes ACTIF pour l'oscillation à haute fréquence, la dissipation moyenne de puissancede ces composants est réduite d'un facteur de 1000:1 En outre, les tensions élevées requises

pour l'amorçage de la lampe à arc sont appliquées seule-

ment pendant les courts intervalles de 8 millisecondes.

La dégradation à long terme des composants due à une haute tension entretenue est par conséquent réduite par ces courts intervalles de contrainte à haute-tension Ceci bénéficie principalement du transformateur 20, à la diode 17 et au substrat du circuit interne sur lequel sont

montés ces composants.

Claims (15)

REVENDICATIONS

1 Unité d'éclairage caractérisée en ce qu'elle

comprend:-

A une source de courant continu ( 14,15,16) ayant deux bornes de sortie et une borne de référence;

B une lampe à vapeurs métalliques ( 11) néces-

sitant une excitation dépendant de son état électrique; et

C un circuit de fonctionnement ( 17-48) com-

prenant: ( 1) un filament résistif à incandescence ( 12) présentant une augmentation importante de résistance avec la tension appliquée pour fournir de la lumière de secours à la lampe; ( 2) un moyen de transformation de courant

électrique alternatif ( 20) pour coupler une tension de sor-

tie survoltée à la lampe; ( 3) un premier moyen de commutation ( 36); ( 4) un second moyen de commutation ( 19) ayant un premier état de nonconduction stable et un second état de conduction-non-conduction astable; ( 5) des moyens d'interconnexion pour coupler du courant depuis la source c c; (a) sous forme de courant continu au filament ( 12) et au premier moyen de commutation ( 36) en série pour produire de la lumière utile, alternativement avec du courant sous forme périodique à l'entrée du moyen de transformation ( 20) pour l'amorçage de la lampe; (b) sous forme de courant périodique entretenu au filament ( 12) pour produire de la lumière utile et sous forme de courant périodique entretenu à l'entrée au moyen de transformation ( 20) pour la transition de la lampe; et (c) sous forme de courant continu au

filament ( 12) et à la lampe en série pour exciter et stabi-

liser la lampe, la dissipation dans le filament étant trop

faible pour produire une lumière utile pendant le fonction-

nement normal de cette lampe; ( 6) des moyens de commande comprenant: (a) des moyens pour répétitivement fermer le premier moyen de commutation ( 36) pendant une période relativement longue et l'ouvrir pendant une période relativement courte d'amorçage ou de réamorçage de l'unité d'éclairage, l'état PASSANT du premier moyen de commutation empêchant l'état astable du second moyen de commutation ( 19) et son état BLOQUE l'autorisant; et

(b) des moyens sensibles à l'état élec-

trique de la lampe pour maintenir (i) le premier moyen de commutation

( 36) BLOQUE après que la lampe à arc soit devenue conduc-

trice; et (ii) le second moyen de commutation ( 19) dans un état astable pendant l'état BLOQUE du premier moyen de commutation lorsque la lampe est non-conductrice; dans un état astable entretenu après conduction de la lampe et jusqu'à l'échauffement; et dans un état stable pendant

l'échauffement et le fonctionnement normal de la lampe.

2 Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que la fréquence du fonctionnement astable du second moyen de commutation ( 19) est au-dessus des fréquences audibles, et le temps BLOQUE du premier moyen de commutation ( 36) est suffisamment long pour une

probabilité élevée d'amorçage de la lampe à arc.

3 Unité d'éclairage selon la revendication 2, caractérisée en ce que

le temps BLOQUE du premier moyen de commuta-

tion ( 36) est inférieur à 20 millisecondes et le temps PASSANT de ce premier moyen de commutation ( 36) est d'au

moins une seconde, pour réduire l'interférence électroma-

gnétique gênante due à un amorçage ou réamorçage prompt de

la lampe à arc.

4 Unité d'éclairage selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier moyen de commutation ( 36)

est fermé avant l'état astable du second moyen de commuta-

tion ( 19) pendant l'amorçage. Unité d'éclairage selon la revendication 2, caractérisée en ce que

le moyen de transformation est un transforma-

teur ( 20) ayant un enroulement primaire principal ( 21) et un enroulement secondaire principal ( 22) fournissant une tension survoltée à l'une de ses bornes, l'autre borne étant reliée à l'enroulement primaire principal; le circuit de fonctionnement comprenant en outre: un premier condensateur ( 25) relié en série avec l'enroulement primaire principal ( 21); le filament ( 12) étant relié en parallèle

avec le premier condensateur ( 25) relié en série et l'en-

roulement primaire principal ( 21), cette combinaison paral-

lèle étant reliée en série avec le premier moyen de commuta-

tion ( 36) à la source de courant continu ( 15);

le fonctionnement astable du second moyen de commuta-

tion ( 19) fournissant le courant périodique dans le fila-

ment ( 12) et à l'entrée du transformateur ( 20); un second condensateur ( 27) relié en série avec l'enroulement secondaire principal ( 22); une diode ( 17) reliée dans le chemin série entre le filament ( 12) et la lampe ( 11) et reliée en parallèle avec le second condensateur ( 27) relié en série et l'enroulement secondaire principal ( 22), cette diode ( 17) étant disposée pour permettre le passage du courant continu de la source de courant continu ( 14,15,16) à la lampe ( 11) lorsque le second moyen de commutation ( 19) est

dans son état stable, et pour redresser la tension de sor-

tie survoltée couplée à-la lampe ( 11) lorsque le second

moyen de commutation ( 19) est dans son état astable.

6 Unité d'éclairage selon la revendication 5, caractérisée en ce que la commande de l'état du second moyen de conduction ( 19) est sensible aux conditions de courant et de tension du circuit de fonctionnement selon

l'état de la lampe ( 11), l'état du premier moyen de commu-

*tation ( 36), ou du second moyen de commutation ( 19).

7 Unité d'éclairage selon la revendication 6, caractérisée en ce que une source du filament ( 12), du second moyen de commutation ( 19) et de la diode ( 17) est reliée à un

noeud commun ( 26)-

la tension à ce noeud dépendant de la tension de l'arc lorsque les premier ( 36) et second ( 19) moyens de commutation sont non-conducteurs et également si le premier ou le second moyen est conducteur, et en ce que l'état du second moyen de commutation ( 19) est sensible à la tension par conduction du premier moyen de commutation ( 36) empêchant l'état astable du second moyen

de commutation ( 19).

8 Unité d'éclairage selon la revendication 6,

caractérisée en ce que -

l'entrée sensible au courant du premier ( 36) et du second ( 19) moyen de commutation est reliée à une

impédance branchée entre la lampe ( 11) et la borne de réfé-

rence de sorte que le courant dans la lampe à arc circule dans un sens qui empêche la fermeture du premier moyen de

commutation ( 36) et/ou du second moyen de commutation ( 19).

9 Unité d'éclairage selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier moyen de commutation ( 36) est relié à un oscillateur en dents de scie comprenant: (a) un condensateur ( 40); et (b) un troisième moyen de commutation ( 37,38) relié au condensateur ( 40) pour en permettre la charge

lorsque ce troisième moyen de commutation ( 37,38) est non-

conducteur, et sa décharge lorsque ce troisième moyen de

commutation est conducteur, le temps de charge étant rela-

tivement long et le temps de décharge relativement court; et (c) des moyens couplant l'énergie de la décharge du condensateur ( 40) au premier ( 36) et au second ( 19) moyen de commutation pour ouvrir le premier moyen de commutation et initier l'état astable du second moyen de commutation. Unité d'éclairage selon la revendication 8, caractérisée en ce que le premier moyen de commutation '( 36) est un redresseur commandé au silicium, le second moyen de

commutation ( 19) est un transistor bipolaire, et le troi-

sième moyen de commutation ( 37,38) est une paire de transis-

tors montés en circuit régénératif.

11 Unité d'éclairage selon la revendication 10, caractérisée en ce que le troisième moyen de commutation ( 37,38) est une paire de transistors complémentaires montés en circuit régénératif ayant un second ( 37) et un troisième transistor ( 38), et en ce que (a) une première borne du condensateur ( 40) est reliée par une première résistance de faible valeur ( 44) à la borne de référence et la seconde borne du condensateur ( 40) est reliée par une seconde résistance de valeur élevée ( 13) à une source de potentiel de charge; (b) l'émetteur du second transistor ( 37) est couplé à la seconde borne du condensateur ( 40); (c) la base du second transistor ( 37) est couplée à l'émetteur du troisième transistor ( 38) et par une troisième résistance ( 45) à la borne qui n'est pas de référence de la source de courant continu ( 15); (d) la base du troisième transistor ( 38) et

le collecteur du second transistor ( 37) sont reliés ensem-

ble et au noeud ( 26) par une quatrième résistance ( 46); et (e) le collecteur du troisième transistor ( 38) est relié par un trajet de faible impédance ( 28,29)

à la borne de référence c c.

12 Unité d'éclairage selon la revendication 11, caractérisée en ce que la conduction par le SCR ( 36) verrouille le

potentiel au noeud ( 26) et à la base du troisième transis-

tor ( 38) près du potentiel de référence, ce qui conjointe-

ment avec la liaison de l'émetteur de ce troisième transis-

tor ( 38) par la troisième résistance ( 45) à la borne de sortie qui n'est pas de référence applique une tension inverse à la jonction d'entrée du troisième transistor ( 38) adéquate pour provoquer une rupture Zener de la jonction à une tension prédéterminée;

la tension de l'autre condensateur ( 40) aug-

mentant la charge accumulée et diminuant la polarisation inverse de la jonction d'entrée du second transistor ( 37)

jusqu'à ce que cette jonction soit polarisée en direct pro-

voquant une augmentation rapide de conduction par la paire de transistors montés en circuit régénératif produisant

l'ouverture du premier moyen de commutation ( 36) et l'ini-

tiation de l'état astable du second moyen de commutation ( 19).

13 Unité d'éclairage selon la revendication 12, caractérisée en ce que (a) la source de courant continu ( 14,15,16)

comprend un pont ( 15) de diodes ( 47) ayant des bornes d'en-

trée à courant alternatif et des bornes de sortie à courant continu; et (b) la source de potentiel de charge est une

borne d'entrée du pont.

14 Unité d'éclairage, caractérisée en ce qu'elle comprend: A une source de courant continu ( 14,15,16) ayant deux bornes de sortie; B une lampe à arc à vapeurs métalliques ( 11) exigeant une excitation dépendant de son état électrique; et C un circuit de fonctionnement sensible à l'état de la lampe comprenant: ( 1) un filament résistif à incandescence ( 12) présentant une grande augmentation de résistance avec la tension appliquée pour fournir un éclairage de secours à la lampe ( 11); ( 2) un moyen de transformation de courant électrique alternatif ( 20) pour coupler une tension de sortie survoltée à la lampe ( 11); ( 3) des moyens de commutation; et

( 4) des moyens d'interconnexion pour cou-

pler du courant depuis la source c c, (a) sous forme de courant continu au filament ( 12) et au premier moyen de commutation ( 36) en série pour produire de la lumière utile, alternativement avec du courant sous forme périodique à l'entrée du moyen de transformation ( 20) pour l'amorçage de la lampe; (b) sous forme de courant périodique entretenu au filament ( 12) pour produire de la lumière

utile et sous forme de courant périodique entretenu à l'en-

trée du moyen de transformation ( 20) pour la transition de la lampe; et (c) sous forme de courant continu au

filament ( 12) et à la lampe en série pour exciter et sta-

biliser la lampe, la dissipation dans le filament étant trop faible pour produire une lumière utile pendant le

fonctionnement normal de cette lampe.

Unité d'éclairage selon la revendication 14, caractérisée en ce que le courant continu est fourni au filament ( 11) pendant une période relativement longue et,

alternativement, le courant périodique est fourni à l'en-

trée du moyen de transformation ( 20) pendant une période

relativement courte lorsque la lampe est non-conductrice.

16 Unité d'éclairage selon la revendication 15,

caractérisée en ce que les moyens de commutation compren-

nent: A un premier moyen de commutation comprenant un redresseur commandé au silicium ( 36) relié en série avec le filament ( 12) entre les bornes de sortie; et B un second moyen de commutation comprenant

un transistor ( 19) ayant un premier état stable de non-

conduction et un second état astable de conduction-non- conduction et en ce que l'unité comprend

C des moyens de commande qui lorsque le pre-

mier moyen de commutation est fermé empêchent l'état asta-

ble du second moyen de conduction, et qui lorsque le premier

moyen de conduction est ouvert, permettent cet état asta-

ble du second moyen de conduction.

17 Unité d'éclairage selon la revendication 16, caractérisée en ce que ces moyens de commande obligent le premier moyen de commutation à être conducteur avant l'état astable du second moyen de commutation à l'amorçage ou au réamorçage. 18 Unité d'éclairage selon la revendication 17, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent de plus des moyens sensibles à la conduction de la lampe pour ouvrir le premier moyen de commutation après le début

de la conduction de la lampe.

19 Unité d'éclairage selon la revendication 18, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent de plus: des moyens sensibles à l'état électrique de la lampe ( 11) pour maintenir le second moyen de commutation dans un état astable pendant l'ouverture du

premier moyen de commutation lorsque la lampe est non-

conductrice;

dans un état astable entretenu après conduc-

tion de la lampe jusqu'à l'échauffement; et dans un état stable pendant l'échauffement

et le fonctionnement normal de la lampe.