FR2538666A1 - Unite d'eclairage avec un commutateur d'alimentation du courant perfectionne - Google Patents

Abstract

L'unité d'éclairage comprend une source de courant continu D1-D4, C1, C3 ayant deux bornes de sortie 14, 15 dont la seconde sert de borne de référence ; une lampe à arc 11 ; un réseau de fonctionnement comprenant un filament résistif à incandescence 12 pour fournir de la lumière d'appoint à la lampe à arc ; un transformateur 11 pour éviter une tension survoltée, ayant un premier et un deuxième enroulement ; un commutateur à semi-conducteurs comportant une combinaison de trois transistors Q1, Q2, Q3, chaque transistor Q3 étant relié à la base du deuxième transistor Q2, l'émetteur du deuxième transistor étant relié à la base du troisième transistor Q1 ; un condensateur C2. Application aux lampes à halogène. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

La présente invention concerne une unité d'éclai-

rage conçue pour un fonctionnement similaire à une source lumineuse à incandescence dans laquelle la source principale

de lumière est une lampe à arc complétée par une source lu-

mineuse filamentaire d'appoint, et qui comporte une unité d'alimentation en énergie haute fréquence compacte alimentée

par une source courant classique de 120 volts, 60 hertz.

Plus particulièrement, la présente invention con-

cerne le réseau de fonctionnement de l'unité d'alimentation

et l'optimisation du moyen de commutation inclus dans le ré-

seau de fonctionnement à la fois pour le fonctionnement du

filament et de la lampe à arc.

La présente invention résulte des efforts faits

pour produire une unité de remplacement énergétiquement ef-

ficace et de coût comparativement faible pour la lampe à in-

candescence électriquement inefficace Avec l'augmentation des coûts de l'énergie, il est apparu un besoin pour une unité d'éclairage qui convertisse l'énergie électrique en

lumière avec un meilleur rendement Récemment, comme le dé-

crit le brevet des Etats Unis n' 4 161 672, on a inventé des lampes à halogénure métallique de faible puissance, de petite taille, ayant des efficacités et des flux lumineux

élevés comparables aux lampes à incandescence domestiques.

Ces lampes constituent des substituts potentiels énergéti-

quement efficaces pour la lampe à incandescence de dimen-

2 - sions domestiques à condition que l'on puisse prévoir des

moyens commodes et de faibles coûts pour l'éclairage d'ap-

point lors de l'amorçage de ces lampes et pour satisfaire aux diverses exigences électriques des sources lumineuses d'appoint et principale.

La source d'énergie de la présente unité d?éclai-

rage représente un développement des sources d'énergie haute

fréquence antérieures dans lesquelles les éléments impor-

tants étaient un transformateur à ferrite, alors commandé

pour un fonctionnement à l'état non saturé, et un commuta-

teur à transistors Ces sources d'énergie sont décrites dans

le brevet des Etats Unis N O 4 350 930 et la demande de bre-

vet français N O 82 016 077.

Dans la demande de brevet français N O 82 016 077, la source d'énergie décrite fournit une période initiale

prolongée ( 8 sec) d'alimentation en courant continu du fi-

lament au moyen d'un premier commutateur commandé au sili-

cium (SCR) conduisant du courant de la source de courant continu, suivi par une période de courte durée ( 8 msec) de fonctionnement haute fréquence d'un second commutateur à transistors Le fonctionnement à haute fréquence du second commutateur à transistors, qui est entretenu ( 2 sec) après la détection du courant de la lampe à arc, a llume l'arc et fournit l'énergie nécessaire à la transition de l'arc au point o la source de courant continu l'entretiendra Dans

l'intervalle, le fonctionnement du commutateur à haute fré-

quence alimente également le filament d'appoint Lorsque

l'arc à effectue "sa transition", et que l'opération de com-

mutation s'est arrêtée, l'alimentation du filament se pour-

suit par son branchement série au moyen de la lampe à arc à la source de courant continu Lorsque la tension de l'arc s'accroît au fur et à mesure que la lampe à arc s'échauffe,

le filament soutire moins d'énergie, et à l'état de fonc-

tionnement final, le filament est beaucoup moins incandes-

cent et soutire relativement peu d'énergie Dans l'agence-

-3- ment précédent, les moyens de commutation nécessaires pour

assurer le fonctionnement initial en courant continu du fi-

lament étaient distincts des moyens de commutation à haute fréquence utilisé à la fois pour l'alimentation du filament et de la lampe à arc Bien que le circuit atteignait la per- formance voulue d'une interférence électromagnétique réduite

pendant l'amorçage, la temporisation de l'opération de com-

mutation et l'exigence de commutateurs -à semiconducteurs distincts tendaient à accroître le nombre de pièces et les

coûts du circuit.

L'invention a donc pour buts de fournir une source d'énergie perfectionnée pour une unité d'éclairage combinant une lampe à arc avec une source lumineuse filamentaire d'appoint un réseau de fonctionnement perfectionné destiné à être utilisé dans une source d'énergie pour cette unité d'éclairage une unité de fonctionnement ayant des moyens perfectionnés; et

un réseau de fonctionnement destiné à être uti-

lisé dans une source d'énergie ayant des moyens de commuta-

tion perfectionnés capable de commuter des courants élevés en courant continu ou à des cadences de commutation faibles et capable de commutation à des cadences élevées nécessaires

-à l'amorçage de la lampe à arc.

On atteint ces buts ainsi que d'autres de la pré-

sente invention dans une unité d'éclairage alimentée par une ligne principale de courant alternatif, 120 V, classique au moyen d'une unité d'alimentation auto-contenue incluant une source de courant continu basse tension (Vdd) L'unité d'éclairage comprend une lampe à arc à -vapeur métallique

comportant une anode et une cathode, et un réseau de fonc-

tionnement incluant un filament résistif à incandescence,

qui fournit à la fois de la lumière d'appoint et un ballas-

3 S tage pour la lampe à arc pendant le fonctionnement normale.

-4-

Le réseau de fonctionnement comprend en outre un transforma-

teur pour dériver une tension de sortie survoltée ayant un premier et un deuxième enroulements, un condensateur, un commutateur à semi-conducteurs comprenant une combinaison de trois transistors, chaque transistor comportant une base, un

émetteur et un connecteur, reliés en cascade suivant un mon-

tage Darlington, et des moyens de commande pour le fonction-

nement du commutateur selon une séquence d'amorçage de lampe

à arc à états multiples.

On relie la lampe à arc et le réseau de fonction-

nement en quatre branches divergeant à partir d'un noeud commun et conduisant aux bornes de l'alimentation en courant continu Le filament résistif est relié dans une première branche entre la première borne de sortie de la source et le

noeud L'enroulement secondaire et la lampe à arc sont re-

liés en série dans une deuxième branche entre le noeud et la deuxième borne de la source (Gnd) Le troisième transistor

est relié avec son collecteur et son émetteur dans une troi-

sième branche entre le noeud et la deuxième borne de la

source Le premier enroulement et le condensateur sont re-

liés en série dans une quatrième branche entre le noeud et

la deuxième borne de la source.

Les trois états de la séquence d'amorçage sont les suivants: le premier est un état de préalluruage dans lequel

on fait fonctionner le commutateur en mode de courant con-

tinu ou à une cadence de commutation faible pour conduire le courant dans les première et troisième branches reliées en série Cet état fournit un fonctionnement incandescent du filament résistif, avec le condensateur empêchant le courant continu de traverser le premier enroulement ou un transfert d'énergie alternative pour la faible vitesse de commutation vers le deuxième enroulement Le deuxième état est un état d'allumage dans lequel on fait fonctionner cycliquement le

commutateur à une cadence de commutation élevée pour alimen-

ter les première, deuxième et -quatrième branches pour assu-

rer le fonctionnement incandescent continu du filament ré-

sistif et l'allumage et la transition de la lampe à arc Le troisième est un état allumé dans lequel le commutateur

reste ouvert, avec le courant fourni par la source de cou-

rant continu s'écoulant dans les première et deuxième branches reliées en série pour maintenir l'arc Le filament

résistif agissant comme un ballast pour stabiliser le cou-

rant d'arc.

Selon un aspect de l'invention, le système de com-

mande comprend un premier moyen de commande de base relié à

la base du premier transistor dans le commutateur à semi-

conducteurs pour le fonctionnement à cadence de commutation faible, et un deuxième moyen de commande de base relié à la base du deuxième transistor pour le fonctionnement à cadence de commutation élevée Le premier moyen de commande de base

fournit deux signaux d'amorçage à la base du premier tran-

sistor Le premier signal d'amorçage est un signal courant continu de faible durée, adapté en longueur et en amplitude pour chauffer un filament froid jusqu'à incandescence Le niveau de puissance dans ce cas est de 85 watts Le deuxième

signal est un signal d'impulsion à faible cadence de commu-

tation (par exemple 120 Hz), ayant un rapport cyclique

choisi pour maintenir le filament à incandescence à un ni-

veau de puissance plus faible ( 60 watts) que pour le premier

signal d'amorçage.

Le condensateur relié en série avec le premier en-

roulement dans la quatrième branche a une valeur choisie par rapport aux paramètres du transformateur et à la cadence de commutation élevée pour fournir une tension de sortie du transformateur suffisamment élevée (par ex 2300 V) pour l'allumage, et une puissance optima ( 2-15 watts) pour avoir une transition d'arc jusqu'au moment o il fonctionnera de manière stable à une faible tension disponible à partir de

la source de courant continu.

Dans le mode de raccordement recommandé, les en-

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-6- roulements du transformateur sont mutuellement orientés de sorte que les tensions dans les deux enroulements s'ajoutent pour augmenter la tension d'allumage entre l'anode et la

cathode de la lampe à arc.

Le circuit fonctionnera de manière plus efficace si on réalise des moyens pour supprimer la charge stockée du troisième transistor ou transistor de sortie Les moyens recommandés sont constitués par une diode polarisée pour une conduction directe, insérée dans le trajet d'émetteur du troisième transistor et une résistance placée entre la base du troisième transistor et la deuxième borne de la source

(Gnd) de faible valeur (par ex 12 ohms) choisie pour suppri-

mer la charge stockée pour un fonctionnement efficace à la

cadence de commutation choisie.

Lorsqu'on incorpore les premier et deuxième moyens de commande de base à un circuit intégré, on réalise des moyens pour protéger le circuit intégré contre l'injection

de courants transitoires de polarité négative par les con-

nexions de commande de base, si on suppose que ce sont des transistors NPN Par exemple, les collecteurs des premier et deuxième transistors peuvent être reliés ensemble et à la cathode d'une diode dont l'anode est reliée au collecteur

d'un troisième transistor empêchant les courants transitoi-

res négatifs d'être reliés à partir de la sortie du circuit

de commutation aux collecteurs des premier et deuxième tran-

sistors Les moyens de protection contre les courants tran-

sitoires négatifs peuvent en outre comprendre une diode re-

liée de l'émetteur du deuxième transistor à la deuxième borne de la source pour empêcher les bases des premier et

deuxième transistor de devenir négatives.

La suite de la description se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: figure 1 un diagramme de circuit électrique d'une nouvelle unité d'éclairage convenable pour le branchement à une douille de lampe standard et incluant une lampe à arc 7- comme source lumineuse principale, une source de lumière

filamentaire d'appoint, et une unité d'alimentation en éner-

gie commandée par un circuit intégré compact

figure 2 une table des états de l'unité d'éclaira-

ge indiquant la durée et la nature de l'énergie fournie à la lampe à arc et à la source lumineuse d'appoint au cours des états de préallumage, allumage et allumé;

figure 3 un diagramme de séquence des états illus-

trant les séquences permises des états de l'unité d'éclaira-

ge selon les conditions figure 4 un schéma bloc du circuit intégré qui commande l'unité d'alimentation en énergie figure SA, 5 B, SC, SE et 5 F des diagrammes logi ques du circuit intégré de commande Plus particulièrement,

les figures SA, 5 B et 5 C se combinent pour illustrer la con-

ception logique du circuit intégré La figure 5 D montre la conception logique d'un verrou commandé au silicium à porte NON-OU; la figure 5 E montre la logique d'un verrou commandé

au silicium à porte NON-ET et la figure 5 F montre la concep-

tion logique d'un exemple de multiplexeur représenté aux fi-

gures SA, 5 B et 5 C;

Figure 6 A un ensemble d'ondes pour le fonctionne-

ment du circuit intégré de commande et représente la partie d'une séquence d'amorçage qui comprend deux applications d'énergie haute fréquence pour amorcer la lampe à arc, sans

accompagnement d'une rupture d'arc; et figure 6 B une illus-

tration de rupture avec la transition de l'arc; et

figures 7 A et 7 B d'autres configurations du com-

mutateur à trois transistors du réseau de fonctionnement de

l'unité d'alimentation en énergie; la figure 7 A étant ap-

propriée pour une fabrication discrète et la figure 7 B étant appropriée pour la fabrication en une unité intégrée uniques On a représenté sur la figure 1 le diagramme du circuit électrique d'une unité d'éclairage efficace pour le fonctionnement d'une lampe à arc à partir d'une source de -8- courant alternatif basse fréquence classique ( 50-60 Hz) La présente réalisation représente une amélioration par rapport aux unités d'éclairage décrites dans le brevet des Etats Unis 4 350 930 et dans la demande de brevet français 82 016 077 Les améliorations de la présente réalisation concernent

des modifications de la source d'énergie de l'unité d'éclai-

rage, y compris le moyen de commande Le moyen de commande comporte l'utilisation d'un circuit intégré de commande conçu pour fournir une unité qui, dans tous les états de la lampe, a une interférence électromagnétique minimum, et qui a une souplesse améliorée, une fiabilité améliorée et une

commodité améliorée pour l'utilisateur.

L'unité d'éclairage comprend une lampe qui produit de la lumière et une unité d'alimentation en énergie qui fournit du courant électrique à la lampe, avec certains des éléments de l'unité d'éclairage ayant la double fonction de production de lumière et de ballastage La lampe comporte à la fois une lampe à arc à rendement élevé 11 et un élément filamentaire résistif 12 contenus dans une enceinte en verre (non représentée) L'élément résistif 12 sert à la fois de

ballast pour la lampe à arc et de source lumineuse supplé-

mentaire L'unité d'alimentation en énergie comprend un bottier (également non représenté)reliant l'enceinte en

verre à un culot à vis Le culot assure la liaison électri-

que et la fixation mécanique de l'unité d'éclairage à une

prise de courant classique pour lampe à courant alternatif.

La source d'énergie de l'unité d'éclairage développe l'éner-

gie d'alimentation nécessaire pour la lampe à arc pendant l'amorçage et les conditions de fonctionnement, et produit l'éclairage instantané par l'utilisation de la source de

lumière filamentaire supplémentaire.

On peut allumer l'unité d'éclairage, la réamorçer,

ou la couper avec la même commodité qu'une lampe à incandes-

cence Les retards à la production de lumière normalement attendus lors de l'amorçage d'une lampe à arc ont été rendus moins sensibles par l'utilisation de le filament résistif à incandescence 12 fournissant de la lumière d'appoint La résistance filamentaire et la lampe à arc sont tous deux contenus dans la même enceinte qui est approximativement de la taille d'une ampoule lumineuse classique. La lampe à arc 11 est sous la forme d'un petit récipient de quartz qui est cylindrique excepté pour une faible région centrale de plus grande section droite, mais ne dépassant pas 1,27 cm de diamètre La lampe à arc possède deux électrodes, une scellée à chaque extrémité L'intérieur de la lampe à arc est formé d'une chambre centrale sphérique ou elliptique remplie d'un mélange ionisable, incluant de

l'argon, un gaz d'amorçage ionisable, du mercure qui est va-

porisé à chaud et des sels métalliques vaporisables tels que de l'iodure de sodium et de scandium En fonctionnement, un arc se forme entre les électrodes ce qui crée l'éclairage dans la chambre Les petites lampes de faible puissance de

ce type que l'on vient de décrire sont désignées comme lam-

pes à halogénure métallique ou à vapeur métallique Une lam-

pe appropriée est plus complètement décrite dans le brevet

des Etats Unis N O 4 161 672.

La production de lumière est partagée entre la

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

nissant également un ballastage résistif pour la lampe à arc En fonctionnement -final normal, le filament résistif 12 conduit le courant passant dans l'arc mais la production

principale de lumière provient de la lampe à arc A l'amor-

çage ou au réamorçage de la lampe à arc (c'est-à-dire l'al-

lumage), le filament résistif 12 produit un éclairage d'ap-

point.

La lampe à arc présente plusieurs états distincts en utilisation normale et chaque état actif nécessite une

alimentation distincte de la part de la source d'énergie.

D'un point de vue pratique, la lampe à arc à trois états

actifs essentiels dénommés phases Ià III et un état inac-

- tif L'unité d'alimentation peut être considérée comme ayant un total de sept modes de fonctionnement nécessités par des états particuliers de la lampe comprenant le préallumage (préchauffage du filament et lumière d'appoint), allumage (interrogation haute fréquence de la lampe à arc), allumé (fonctionnement en courant continu à faible tension de la lampe à arc) et défaillance (mode de fin de -vie lorsque

l'arc ne fonctionne plus) comme décrit-à la figure 2.

Dans l'état de préallumage, seul le filament est

alimenté selon l'un des deux modes: courant continu (puis-

sance d'entrée 85 watts) et courant continu pulsé à 120

hertz (puissance d'entrée 60 watts).

A l'état d'allumage, l'excitation de la lampe peut

prendre deux modes: l'un est un train d'impulsions (typi-

quement 2300 V crête, 100 k Hz) de courte durée, l'autre est également un train d'impulsions (typiquement 15-500 V crête,

k Hz) de durée plus longue une fois du courant d'arc dé-

tecté La durée des trains d'impulsions d'interrogation ini-

tiaux fournis par l'unité d'alimentation en courant avant

rupture est compris entre 10 microsecondes et 31 millisecon-

des Les impulsions d'interrogation haute fréquence sont à une tension élevée appropriée (typiquement 2300 V crête) pour provoquer la rupture électrique du gaz contenu dans la lampe à arc (Phase I) initiant une chute maximum de tension de la lampe Cette dernière condition est également désignée

comme l'établissement d'une "décharge luminescente".

Lorsque l'allumage de la lampe commence, par suite des impulsions d'interrogation haute fréquence initiales, il apparaît une chute soudaine de la tension d'allumage de

2 300 volts à une gamme comprise entre 15 et 500 volts Fré-

quemment, la lampe peut se réallumer une seconde fois, gé-

néralement à partir d'une tension maximum moindre lorsque le

niveau d'ionisation des gaz contenus s'accroît Pour la rup-

ture, des lampes du modèle envisagé ici nécessitent entre 1000 et 2000 volts en utilisant des impulsions d'une durée il - d'une microseconde pendant l'intervalle d'interrogation de

microsecondes à 31 millisecondes.

Si une conduction est détectée dans la lampe à

arc, l'unité d'alimentation en courant fournie une alimenta-

tion d'interrogation prolongée d'environ 2 secondes pour obtenir la transition de la luminescence à l'arc de la lampe à arc (phase II) L'état de transition se caractérise par un niveau d'ionisation plus soutenu et une tension maximale moindre Lorsqu'elle commence, la décharge est typiquement instable, oscillant entre une valeur maximum et une valeur

minimum, avec la tension de la décharge tombant continuelle-

ment à partir de niveaux maxima de plus en plus bas vers un

niveau minimum récurrent proche de 15 volts Au fur et à me-

sure que la conduction des gaz s'accroît, la tension maximum de la lampe tombe, la puissance consommée s'accroît, et la

température à l'intérieur de la lampe s'accroît également.

Lorsque la tension maximum d'arc tombe à des valeurs proches de 500-150 volts, une plus grande énergie (typiquement 2 à

watts) est nécessaire de l'unité d'alimentation en cou-

rant pour entretenir l'arc dans une lampe à vapeur métalli-

que telle que décrite ici.

La transition est terminée avec l'établissement d'un arc stable à basse tension, ce qui a lieu lorsqu'une partie de la cathode à atteint la température d'émission

thermoionique, également désignée comme phase III L'alimen-

tation d'interrogation prolongée est de longueur fixe, et est conçue pour que, dans des conditions normales, la lampe à arc atteigne habituellement l'émission thermoionique (phase III) A la transition (habituellement) marquée à la phase III, la tension de la décharge perd son instabilité et se maintient à une valeur initiale d'environ 15 volts, Dans ce mode, indiqué comme l'état allumé sur la figure 2, l'arc

est entretenu sans excitation haute fréquence supplémen-

taire Le moyen de commande (comme on l'expliquera) exige

que l'excitation haute fréquence se termine 2 ou 3 millise-

12 - condes avant la vérification de la présence du courant

d'arc, ce qui indiquerait que la lampe a effectué sa transi-

tion à la phase III En phase III, il apparaît une impédance de lampe faible et entretenue, nécessitant un ballast de limitation de courant pour empêcher un échauffement excessif

et une destruction.

La période initiale de l'état allumé est la pério-

de d'échauffement, qui normalement dure de 30 à 90 secondes.

Pendant les états d'échauffement et de fonctionnement final de la lampe à arc, l'unité d'alimentation en courant a arrêté l'application de l'énergie haute fréquence ( 100 k Hz) pour amorcer l'arc A l'échauffement, l'unité d'alimentation en courant a, en un sens, atteint son état final, le courant continu étant fourni au filament résistif 12 et à la lampe à arc 11 en série Cependant, comme la tension de la lampe à arc s'accroît, la dissipation de puissance dans le filament

diminue et la puissance totale fournie par l'unité d'alimen-

tatiôn en courant continu continue de diminuer jusqu'à ce

qu'elle se stabilise à la valeur de fonctionnement final.

Pendant la période d'échauffement, la lampe à arc atteint la température complète de fonctionnement et les gaz contenus atteignent leur pression élevée finale de-fonctionnement La

tension aux bornes de la lampe s'accroît à une valeur d'en-

viron 92 volts par suite de la réduction de la conductance de la lampe à arc Lorsque la condition de fonctionnement

final apparaît, la lampe à arc absorbe une puissance maxima-

le, (typiquement 32 watts) et le flux lumineux -maximum est produit.

Les périodes combinées de préallumage et d'alluma-

ge fournies par l'unité d'alimentation en courant ont une durée totale variable programmée dans la logique de commande

ayant une valeur minimum de 2,6 secondes aux conditions nor-

males ambiantes et une valeur maximale d'environ 13 minutes

-comptées en intervalles de 34,1 secondes Les durées d'amor-

çage les plus longues apparaissent lorsqu'il y a eu une in-

13 -

terruption de l'arc et qu'un redémarrage à chaud est néces-

saire Les constantes de temps thermiques de la lampe éta-

blissent le temps nécessaire à la lampe pour un redémarrage à chaud à habituellement moins de 2 minutes Si la lampe n'atteint pas l'état allumé dans la période maximum (appro- ximativement 16 minutes), la source d'énergie va à l'état inactif "Fin de Vie", o une puissance minimum est dissipée et o il n'y a pas d'autres essais faits d'amorçage de la lampe à arc La source d'énergie reste alors à l'état "Fin de Vie" à moins que l'utilisateur ne coupe le courant, et ne

le remette à nouveau.

L'éclairage d'appoint est particulièrement important pour

l'utilisateur pendant l'échauffement et pendant le réamor-

çage à chaud Il est prévu à la fois pour la procédure d'a-

morçage normal et le réamorçage à chaud Pendant l'échauf-

fement, l'éclairage d'appoint diminue graduellement en même temps que le flux lumineux de la lampe à arc s'accroît A l'état de fonctionnement final, peu d'éclairage d'appoint

est fourni.

La puissance de fonctionnement convenable pour la lampe à arc et la source lumineuse filamentaire d'appoint est fournie par l'unité d'alimentation en courant illustrée à la figure 1 Les formes et la durée - du courant fourni au filament et a la lampe à arc à différents états de l'unité d'éclairage sont indiqués dans le tableau de la figure 2 La séquence selon laquelle les diverses formes de courant sont

appliquées est indiquée à la figure 3 qui montre les séquen-

* ces permises des états de l'unité d'éclairage Les séquences

de commande sont sous la commande d'un circuit intégré 13.

Le schéma-bloc du circuit intégré de commande est représenté à la figure 4 et la conception logique est indiquée aux figures SA à 5 E.

L'unité d'éclairage dont on a représenté le dia-

gramme du circuit électrique à la figure 1 a comme compo-

sants principaux la lampe à arc 11, une source de courant 14 - continu (Dl-D 4, Ci, C 3) pour convertir le courant de 120 volts, 60 Hz en courant continu, un réseau de fonctionnement (Ql, Q 2, Q 3-, Tl, R 2, C 2, C 5 S, D 5, D 6, D 7) pour convertir

l'énergie électrique fournie par la source de courant con-

tinu dans les formes requises pour le fonctionnement de la lampe, un filament résistif 12 qui assure une fonction de ballastage dans le réseau de fonctionnement et fournit une lumière d'appoint, un circuit intégré de commande de ballast

13 pour commander la forme du courant fourni suivant une sé-

quence programmée, et une source de courant continu de

faible tension (Vdd) pour le circuit intégré (R 4, C 4, Zl).

Les composants restants Ri, R 3, RS, R 6 et C 6 sont des ad-

jonctions au circuit intégré 13.

le circuit d'alimentation en courant continu de l'unité d'éclairage est classique L'énergie est fournie à partir d'une source de courant alternatif 120 volts 60 hertz par les fusibles Fl (un fusible sensible à l'intensité) et F 2 (un fusible thermique) aux bornes d'entrée en courant

alternatif d'un pont redresseur double alternance (Dl-D 4).

La borne de sortie positive du pont est la borne positive de sortie 14 dela source de courant continu principale ( 145

volts) et la borne négative 15 du pont est la borne de sor-

tie -commune (masse) de la source Le condensateur de fil-

trage Cl est relié par R 6 aux bornes de sortie ( 14, 15) de la source de courant continu pour réduire l'ondulation alternative La tension de sortie de la source de courant continu pendant un fonctionnement normal de la lampe à arc

est de 145 volts à environ 0,35 ampère, produisant une puis-

sance de sortie d'environ 57 watts, dont 32 watts sont dépensés dans la lampe et 23 sont dépensés dans le filament

résistif ( 12) et le reste dans d'autres portions de l'unité.

La puissance requise de la source de courant continu par l'unité d'éclairage est momentanément plus élevée ( 40 watts) pendant 'le préallumage Un niveau de puissance similaire

(jusqu'à 75 watts) est nécessaire de la transition lumines-

-

cence-arc à l'échauffement.

Le réseau de fonctionnement, qui tire sa puissance de la source de courant continu, et fournit à son tour de l'énergie à la lampe, se compose des éléments (Q 1, Q 2, Q 3, Tl, R 2, C 2, C 5, D 5, D 6, D 7) comme indiqué précédemment Le filament iésistif 12 est relié entre la borne positive 14 de la source de courant continu et le noeud 1-6 L'anode de la

lampe à arc 11 est reliée au noeud 16,et la cathode est re-

liée à la borne sans point de l'enroulement secondaire du

transformateur Tl La borne à point de l'enroulement secon-

daire du transformateur Tl est reliée à la masse via la ré-

sistance Ri de 1 ohm et à la broche P 2 du circuit intégré 13 Le secondaire de Tl a une petite résistance en courant continu ( 2 ou 3 ohms) Les éléments que l'on vient de-citer terminent un trajet de courant continu pour le courant de charge de la borne positive à la borne négative de la source de courant continu à 145 volts En fonctionnement final, le filament résistif 12 fournit une résistance série pour le ballastage de la lampe à arc 11 Le courant de la lampe à

arc traverse également la résistance Rl fournissant au cir-

cuit intégré de commande une tension indicative du courant

d'arc de la lampe.

Les transistors Qi, Q 2 et Q 3 forment un commuta-

teur à trois transistors relié dans le trajet entre le noeud

16 et la borne négative 15 de la source de courant continu.

Ces transistors sont reliés dans une configuration de type Darlington dans laquelle le transistor d'entrée Q 3 a sa base reliée à la broche P 4 du circuit intégré ce qui fournit d es signaux de commande pour le fonctionnement du filament dans

l'un ou l'autre des modes à courant continu ou courant al-

ternatif de 120 hertz.

L'émetteur de Q 3 est relié à'la base de Q 2, le se-

cond transistor dans la combinaison, et l'émetteur de Q 2 est

relié à la base de Ql, le transistor de sortie Les collec-

teurs de Q 3 et Q 2 sont reliés via une diode D 7 (normalement 16 polarisée en direct) au collecteur de Ql qui est couplé au noeud 16 La base de Q 2 est reliée à la broche P 3 du circuit intégré qui fournit un signal haute fréquence ( 100 k Hz) pour

le fonctionnement du commutateur dans les modes d'interroga-

tion La résistance R 2 et la diode D 5 sont reliées en paral- lèle de la base de Q 1 à la masse La diode D 5 est polarisée

avec son anode à la masse L'émetteur du transistor de sor-

tie Ql est relié à la masse par une diode D 6 polarisée en direct. Le réseau de fonctionnement est terminé par un

transformateur Tl, dont les connexions de l'enroulement se-

condaire ont déjà été décrites La borne à point de l'enrou-

lement primaire est couplée au noeud 16 et la borne sans point est couplée par le condensateur C 2 à la borne de masse

de l'unité.

Dans l'état de préallumage, l'alimentation en courant continu du filament est le mode initial de l'unité

d'éclairage comme représenté dans le tableau de la figurez 2.

Comme le montre la figure 1, losque Ql -est conducteur, un trajet de courant continu se ferme de la borne positive 14 de la source de courant continu 145 volts via le filament

résistif 12, le transistor Ql, la diode D 6 à la borne com-

mune 15 de la source de courant continu Le signal de com-

mande pour le fonctionnement en courant continu du filament (à 80 watts) pour les intervalles de 0,217 secondes requis pour préchauffer le filament à proximité de la température

de fonctionnement normal et à sa valeur de résistance nor-

male est disponible sur le circuit intégré à la broche P 4.

Ce signal de commande pilote donc le commutateur à trois transistors permettant au filament d'être alimenté avec le

niveau de puissance voulu pendant ce mode.

Dans un second mode de préallumage, exigé princi-

palement pour un réamorçage à chaud, on prévoit un fonction-

nement cyclique à 120 hertz du filament Le signal de com-

mande est également fourni au commutateur par la broche P 4 17 - du circuit intégré de commande Dans ce mode, le rapport cyclique est choisi pour fournir un niveau voulu ( 56 watts) de puissance au filament résistif 12 L'ajustement de la quantité de puissance fournie au filament est -obtenu en choisissant la constante de temps de la résistance R 5 et de

la capacité C 6 reliée au circuit imprimé à la broche P 8.

Pendant la période de préallumage, les deux modes

d'alimentation du filament sont conçus pour alimenter seule-

ment le filament résistif sans avoir d'effet sur la lampe à arc Comme l'inductance de l'enroulement primaire et la

petite capacité C 2 ( 0,033 microfarads) sont conçus pour ré-

sonner à approximativement 90 k Hz, il n'y a pas d'alimenta-

tion effective de la lampe à arc dans cet état.

Dans l'état d'allumage, qui suit le préallumage, l'unité d'éclairage fonctionne dans l'un ou l'autre de deux modes pour fournir des salves d'impulsions à 100 k Hz comme excitation haute fréquence, à la fois pour la lampe à arc Il et le filament résistif 12 Dans le mode d'Interrogation ces

salves sont d'une durée relativement plus courte ( 31 milli-

secondes ou moins) que dans le mode d'Interrogation Prolon-

gée ( 2,4 secondes ou moins) On peut voir dans le diagramme des états de la figure 3, qu'après l'alimentation momentanée en courant continu, le circuit intégré de commande engendre

un signal d'Interrogation d'une durée d'environ 31 millise-

condes Si Rl dans le circuit de la lampe arc détecte un courant d'arc, un signal d'entrée couplé à la broche P 2 du

circuit intégré 13 initie le mode d'Interrogation Prolongée.

Pour ce mode, l'excitation haute fréquence à 100 k Hz appa-

raît sans interruption pendant au moins 2,1 secondes ce qui

normalement permet la transition complète de l'arc à l'é-

chauffement (phase II) La source de courant continu pour

l'application de courant continu à la lampe à arc par l'in-

termédiaire du filament résistif est présente à tout les instants de sorte que dans le cas typique o la transition de la lampe est achevée pendant l'Interrogation prolongée, 18 - du courant continu adéquat est disponible pour entretenir

l'arc A la fin de l'Interrogation Prolongée, le circuit in-

tégré fournit une pose de 2 à 3 millisecondes dans l'excita-

tion haute fréquence Pendant cet intervalle la cessation de l'arc provoquer à une répétition de la procédure d'Interro- gation haute fréquence Cependant, si du courant continu d'arc est détecté par le circuit intégré à la broche P 2, le circuit intégré permettra la transition normale à l'état allumé (pas d'autre interrogation) Le diagramme d'états de la figure 3 comprend les séquences d'amorçage normales ainsi que d'autres éventualités dans la procédure d'amorçage, qui seront décrites après un traitement plus détaillé des états

d'Interrogation et d'Interrogation Prolongée.

L'énergie haute fréquence ( 100 k Hz) pour les états

d'Interrogation et d'Interrogation prolongée est fournie à-

la sortie du transformateur survolteur TI par la commutation à haute fréquence des transistors Ql et Q 2 sous la commande

du circuit intégré.

A la fin du temps alloué au préallumage, le signal du circuit intégré à la broche P 4 commute d'un niveau marche à un niveau arrêt pour piloter la base de Q 3 En même temps, un signal haute fréquence provenant de la broche de sortie P 3, se composant de salves de 100 k Hz est appliqué à la base

de Q 2 La fréquence de ce signal est établie par un oscilla-

teur contenu dans le circuit intégré, dont la fréquence est réglée par la valeur de la résistance R 3 reliée à la broche Pl Le circuit intégré contient également des moyens pour

acheminer le signal de l'oscillateur à un grand tampon capa-

ble de fournir du courant convenable pour la commutation de

Ql et Q 2 à la fréquence élevée voulue.

La commutation des transistors Ql et Q 2 en salves de fréquence élevée produit les impulsions de sortie de 2300 volts nécessaires à l'amorçage de l'arc et la puissance (jusqu'à environ 15 watts) pour la transition de l'arc des états de basse tension (inférieur à 500 volts) à la phase 19 -

III, tout en fournissant suffisamment de lumière d'appoint.

Le transistor Q 2 est piloté par le circuit intégré'à la ca-

dence de 100 k Hz et le transitor de sortie Qi est à son tour piloté par Q 2 Le collecteur de Ql est relié via le filament 12 à la borne positive de la source de courant continu 145

volts et son émetteur est relié via D 6 à la masse pour four-

nir un trajet alternativement conducteur et non conducteur pour la commutation du courant du filament à la cadence de k Hz En même temps, Qi commute également du courant dans

l'enroulement primaire du transformateur Tl et le condensa-

teur série C 2 La valeur du condensateur C 2 est choisie pour fournir la puissance maximum à la lampe à arc dans la région

de transition de la luminescence à l'arc La fréquence na-

turelle de résonance du condensateur C 2 et de l'inductance

du transformateur est typiquement d'environ 90 k Hz (la fré-

quence de résonance peut être quelque peu inférieure à la

fréquence de fonctionnement de 100 k Hz).

Pendant la commutation à haute fréquence, l'exci-

tation par impulsions de 2300 volts au total appliquée à la lampe à arc est la somme de deux impulsions: une impulsion de tension positive provenant de l'enroulement primaire, qui est appliquée à l'anode de la lampe à arc, et une impulsion de tension négative provenant de l'enroulement secondaire

qui est appliquée à la cathode de la lampe à arc Le trans-

formateur a un rapport de spires du secondaire au primaire d'environ 7 à 1 Les tensions de sortie disponibles aux deux enroulements s'ajoutent, du fait du sens des enroulements et l'onde résultante atteint sa tension de crête de 2 300 volts juste après que Ql soit devenu non conducteur Pendant son intervalle de conduction, Qi maintient la tension de l'anode

de la lampe à arc à un niveau d'environ + 15 volts Cepen-

dant, après que Ql soit devenu non conducteur, la tension d'anode s'élève rapidement à une crête de + 325 volts due à

l'effet de retour du circuit primaire du transformateur Si-

multanément, la tension induite dans l'enroulement secon-

- daire oblige la cathode de la lampe à arc à atteindre une tension de crête négative ( 1975 volts) Ainsi, environ

2300 volts d'excitation totale sont disponibles pour la rup-

ture de l'arc (amorçage de la lampe à arc) à la crête de re-

tour On choisit la durée de l'impulsion d'interrogation en fonction des exigences d'amorçage de la lampe à arc de sorte que lorsque la lampe à arc est à sa température ambiante normale, l'amorçage habituellement aura lieu au premier essai et presque toujours au second essai (Si un amorçage à

chaud est inclus, alors la procédure d'amorçage sera prolon-

gée).

Le transformateur Tl est d'une conception minia-

ture économique utilisant un lingot cylindrique de ferrite

de 0,32 cm de diamètre, 2,54 cm de long, utilisant un maté-

riau Stackpole 24 B (ou l'équivalent approprié pour le fonc-

tionnement à 100 k Hz) Les enroulements sont bobinés sur un tambour glissé sur le lingot, le primaire de 58 spires étant

enroulé en premier sous forme d'un enroulement monocouche.

L'enroulement secondaire de 406 spires est enroulé sur le

primaire avec les spires à haute tension les plus externes.

L'extrémité des spires les plus internes de l'enroulement secondaire est reliée par la résistance Rl à la masse comme représenté à la figure 1 Avec cette construction, les spires basse tension de l'enroulement secondaire qui sont les plus proches de l'enroulement primaire sont relativement

plus proches du potentiel de la masse que des couches exter-

nes du transformateur dans lesquelles apparait la haute ten-

sion Le résultat de ce mode d'enroulement est de fournir un effet de cage de Faraday pour protéger le circuit intégré

des pics de tension plus élevée apparaissant dans l'enroule-

ment qui autrement pourraient être capacitivement couplés dans l'enroulement primaire et en retour par les transistors

Ql, Q 2, Q 3 dans le circuit intégré.

Durant le préallumage et les deux modes d'Interro-

gation, le circuit de commutation à trois transistors Ql, 21 - Q 2, Q 3 doit conduire des courants d'intensité de l'ordre de

l'ampère L'excitation en courant continu du filament pen-

dant les instants initiaux ( 100 microsecondes) de préalluma-

ge peut être aussi élevé que 8 ampères, mais se stabilise à moins d'un ampère pour correspondre au 80 watts de puissance

du filament bien avantla fin de la période de 0,217 secon-

des Pendant le fonctionnement cyclique, on fait fonctionner le filament à une cadence de 120 hertz pour produire une

puissance moyenne de filament de 56 watts avec des intensi-

tés moyennes plus faibles dans le circuit de commutation.

Pendant l'interrogation, l'onde de 100 k Hz nécessite la com-

mutation de courants de crête d'environ 2,5 ampères pour ob-

tenir la tension de crête de sortie de 2 300 volts Pendant cet intervalle le filament dissipe une puissance notable ( 45 watts) Pendant l'Interrogation prolongée, la dissipation dans la lampe à arc est de 2 à 15 watts, conduisant à une

puissance d'entrée totale d'environ 85 watts Pendant l'In-

terrogation prolongée, les niveaux moyens d'intensité dans

Qlsont de l'ordre d'un ampère.

Pendant les deux modes de fonctionnement de préal-

lumage et les deux modes de fonctionnement d'Interrogation, on exige de Ql, Q 2 et Q 3 des gains en courant adéquats pour satisfaire les exigences de courant de charge Typiquement, le transistor de sortie Ql peut avoir un gain de courant en émetteur commun à 1 ampère de 30 et un gain de courant en

émetteur commun à trois ampères de 15 Un transitor appro-

prié est un transistor GE type D 44 Q 2 et Q 3 ont de moindres

possibilités de courant et de préférence des gains de cou-

rant en émetteur commun plus élevés (supérieurs à 50) Un

dispositif convenable est le dispositif Motorola MPS A 44.

Pendant l'interrogation, le courant de crête de sortie de Q 2 est environ 1/4 d'ampère donc environ 100 milliampères sont

nécessaires pour piloter la base de Ql, et environ 120 mil-

liampères de courant supplémentaires sont nécessaires pour le circuit d'entrée dé Ql, comme cela sera expliqué Pour la 22 -

commutation, le transistor Q 2 nécessite environ 10 riilliam-

pères (typiquement 5 à 13 milliampères) pour piloter la base

depuis la broche P 3 du circuit intégré, et au moins 13 mil-

liampères de capacité d'abaissement du courant pour rendre Q 2 non conducteur. Pour les états de préallumage, le transistor Q 3

fournit une étape supplémentaire d'amplification à gain éle-

vé et nécessite ainsi moins de pilotage de la part du cir-

cuit intégré que Q 2 dans les états d'Interrogation Pendant l'alimentation en courant continu du filament à 80 watts, le courant exigé à la broche P 4 du circuit intégré pour piloter Q 3 va de 1 à 2,6 milliampères, et la capacité d'abaissement

de courant doit dépasser 1 milliampère pour empêcher la con-

duction de Q 3 pendant l'état d'allumage Pendant le fonc-

tionnement cylique du filament ( 56 watts), le courant exigé

pour rendre passant Q 1, Q 2, Q 3 va de 1/3 à 2/3 de milliam-

père et la capacité d'abaissement de courant exigée va de.

1/3 à 1,5 milliampères.

Le circuit de commutation Q 1, Q 2, Q 3 est optimisé pour une efficacité de commutation et une fiabilité maximum

des transistors à la fréquence et à la tension de fonction-

nement Les transitors sont des dispositifs haute tension

ayant des valeurs nominales de 400 à 500 volts et nécessi-

tent tous d'avoir une aptitude à la coupure rapide, la ten-

sion de sortie étant proportionnelle à la tension induite di

dans le primaire du transformateur (LM-) Les transis-

tors de puissance de faible coût classiques sans mesure spé-

ciale pour la coupure, retiennent une charge stockée trop longtemps pour permettre d'atteindre le di requis pour développer une tension de crête de 2 300 volts lorsque le

passage du courant de 2,5 ampères est interrompu La dissi-

pation accrue dans id jonction due au passage important de

courant après l'inversion de la tension est également à con-

sidérer lorsque des courants de l'ordre de l'ampère sont

commutés à des fréquences de 100 k Hz Pour éviter ces pro-

23 - blèmes, on a ajouté la diode D 6 dans le trajet d'émetteur de Qi et la résistance R 2 ( 12 ohms) reliée entre la base de Ql et la masse Ceci aide à éliminer la charge stockée de Qi à la fin de chaque intervalle de commutation, rendant ainsi plus raide le transitoire de coupure et réduisant la dissi- pation dans le dispositif- On choisit la diode D 6 (îN 4001)

pour avoir une charge stockée -supérieure à celle de Qi.

Lorsque la commande directe appliquée à la base du transis-

tor Ql est terminée pour le bloquer, la jonction dé D 6 po-

larisée en direct momentanément supportée par sa charge stockée, et la polarisation de la jonction d'entrée de Qi, également momentanément supportée par sa propre charge stockée, s'ajoutent pour former un générateur de 1,5 volt

shunté par une résistance de 12 ohms Pendant le fonctionne-

ment à haute fréquence,, la diode D 6 avec sa charge stockée agit donc comme une batterie pour supporter l'élimination de

la charge stockée par R 2 à un taux d'environ 120 milliam-

pères La combinaison enlève la charge stockée dans -QI suf-

fisamment rapidement pour permettre la commutation à la fré-

quence de 100 k Hz, et avec une caractéristique de coupure

raide nécessaire pour atteindre la tension de crête de sor-

tie de 2 300 volts.

Le circuit d'entrée de Ql (D 6, R 2) accroît la com-

mande de courant nécessité par Q 2 et à son tour celle néces-

sitée à la broche de sortie P 3 La diode D 6 d'émetteur élève le niveau de commande de tension à la base de Q 2 à environ 2,6 volts ( 3 chutes de diodes) et le courant supplémentaire (approximativement 120 milliampères) soutiré par R 2 ( 12 ohms) à la tension de 2 chutes de diode,, est reflété dans

les valeurs du courant de base de Q 2 noté ci-dessus L'amé-

lioration-de vitesse fournie par ce circuit est plus effica-

*ce au niveau coût que d'autres techni-ques.

L'enlèvement en temps voulu de la charge stockée sur la jonction d'entrée de Q 2 doit également être considéré pour la commutation efficace à la fréquence de commutation 25386 z 6 24 - de 100 k Hz Ceci s'obtient dans la présente configuration en

fournissant une aptitude d'abaissement de courant de 13 mil-

liampères à la broche P 3 sur le circuit intégré.

Finalement, on doit prévoir des moyens pour empê-

cher que des transitoires négatifs engendrés par la commuta-

tion à haute tension haute fréquence n'entrent dans le cir-

cuit intégré aux broches P 4 ou P 3 Outre le blindage fourni par la configuration des enroulements de Tl, on insère -la diode D 7 dans le trajet entre les collecteurs de QI et Q 2 pour bloquer l'application de transitoires négatifs vers les

collecteurs de QI et Q 3.

Un autre trajet potentiel par lequel des transi-

toires négatifs néfastes provenant du circuit de sortie

pourraient atteindre le circuit intégré est via les jonc-

tions émetteur-base de Q 2, Q 3, si l'une ou l'autre de ces jonctions devient polarisée en direct La diode DS minimise cette possibilité en empêchant effectivement l'émetteur de Q 2 d'être piloté plus que par une chute de tension de diode en dessous de la masse Même si la jonction d'entrée de Q 2 est polarisée en direct, la diode de verrouillage DS, sur l'émetteur de Q 2 empêche la base de Q 2 et la broche P 3 de devenir négatives En outre, si la jonction d'entrée de Q 3 devient polarisée en direct, la tension de la base de Q 3 est une chute-de tension de diode audessus de la masse, -ainsi le circuit intégré est également protégé à la broche P 4 Le

condensateur CS à la base de Q 3, qui réduit les interféren-

ces électromagnétiques en ralentissant le temps de monté

pendant le fonctionnement à 120 Hz du filament, fournit éga-

lement une immunité supplémentaire contre les transitoires à

la broche P 4.

La transition avec succès de la lampe à arc à la phase III initie les deux états "allumés" du tableau de la figure 2 Dans ces deux états, le commutateur à transistors Ql, Q 2, Q 3 est ouvert, et la source vdc 145 (Dl-D 4, Cl), maintient l'arc, fournissant du courant au filament résistif - et à la lampe à arc reliés en série aux bornes de la source

de courant continu Les niveaux de puissance pour l'échauf-

fement et le fonctionnement final sont indiqués dans les

deux dernières colonnes de la figure 2 La puissance consom-

mée dans la lampe à arc s'accroît depuis une valeur d'é-

chauffement précoce de 10 watts à une valeur de fonctionne-

ment final de 32 watts et la puissance consommée dans le fi-

lament résistif diminue d'une valeur d'échauffement précoce proche de 75 watts à une valeur de fonctionnement final de

23 watts.

La précédente revue des six états de l'unité

d'éclairage a pris une progression minimum ordonnée du pré-

allumage à l'état de fonctionnement final A cause des variations des conditions-ambiantes de la lampe à arc, de la condition de réamorçage à chaud, de l'éventuelle défaillance

de la lampe à arc due au vieillissement et d'un effort con-

tinu pour minimiser l'interférence à haute fréquence, lors-

qu'on essaie l'amorçage, on a prévu un circuit intégré de commande 13 Il est conçu pour commander l'unité d'éclairage

* dans l'hypothèse d'états de fonctionnement successifs.

Le diagramme de la figure 3 illustre les états de l'unité d'éclairage, leur durée et la base par laquelle les états successifs sont entrés Lorsque l'unité d'éclairage

est en premier excité, il est institué une condition de Ré-

initialisation de la Mise en Marche (RMM), qui prérégle la

logique de commande du circuit intégré à l'état initial vou-

lu ou "réinitialisation" avant l'initiation du "comptage" des impulsions d'horloge Les états dont l'existence et la

durée dépendent du comptage des impulsions d'horloge, procè-

dent donc selon ce comptage et le courant d'arc de la lampe détecté L'intervalle entre impulsions d'horloge est basé

sur la fréquence de ligne alternative couplée au circuit in-

tégré à la broche PS, par laquelle on détecte les impulsions de courant de charge traversant le circuit séries incluant

la résistance R 6 de 0,075 ohms et le condensateur de filtra-

26 - ge Cl L'intervalle des impulsions d'horloge est d'environ 8-1/3 millisecondes Le diagramme de séquence des états de la figure 3 montre la durée de chaque état en millisecondes

et en comptes d'impulsions d'horloge.

Le diagramme de la séquence des états de la figure 3 commence à l'état initial 31, intitulé "filament RMM-CC", qui est le premier état dans le tableau de la figure 2,

"sous préallumage" Lorsque la procédure d'amorçage est ter-

minée, avec la lampe à arc allumée, on aura obtenu l'état 34 intitulé "ARC ETABLI", correspondant au fonctionnement final de la figure 2 Si la lampe à arc ne s'allume pas au cours de la procédure, on aura obtenu un état de Fin de Vie 40, aucune autre énergie n'étant fournie à la lampe à arc ou au filament. Dans l'état initial 31, le compteur sur le circuit

imprimé est préréglé à un état initial voulu par l'appari-

tion d'une impulsion de préréglage de durée réglée Lorsque

l'impulsion de préréglage se termine, on autorise le comp-

teur à fonctionner et la procédure d'amorçage est initiée.

(On désignera ceci par Réinitialisation de la Mise en Mar-

che) Une fois autorisé à démarrer, le compteur continue pendant 26 impulsions d'horloge ( 217 millisecondes), au cours desquelles 80 watts d'énergie en courant continu sont appliqués au filament A la fin de cet intervalle, l'état d'Interrogation haute fréquence ( 32) est initié Pendant cet état, la-condition d'arc est détectée par la broche P 2 du circuit intégré reliée à la résistance RI de 1 ohm en série avec la lampe à arc Si du courant d'arc est détecté à un moment quelconque dans l'état 32, il apparaît l'entrée dans

l'état 33 (Interrogation H F Prolongée) L'état 33 se pour-

suit pendant 288 impulsions d'horloge ( 2,4 sec) Ce temps est choisi pour assurer la transition de la lampe à arc à l'état allumé dans le cas usuel A la fin de cette période

de plus de 2 secondes, il apparaît une pause de 2 millise-

condes dans l'Interrogation haute fréquence Si du courant 27 - d'arc continu -est détecté dénotant que la source de courant

continu-à 145 volts entretiendra maintenant l'arc, le commu-

tateur Q 1, Q 2, Q 3 est bloqué, et on entre dans l'état "Arc

Etabli" ( 34) de la figure 3 L'état 34 de la figure 3 cor-

respond aux états d'échauffement et de fonctionnement final de la figure 2 le trajet "arc = 1 " dénote que l'arc à l'état 34 est un état final, qui ne peut être terminé que

par intervention de l'opérateur Dans le cas d'un transi-

toire de ligne, cependant, provoquant l'extinction de la lampe à arc, la source d'énergie revient à l'état initial 31 (avec le compteur étant préréglé, et le filament à courant continu étant momentanément alimenté) La présence (ou l'absence) de l'arc est détectée à la broche P 2 du circuit intégré de commande et une défaillance de l'arc provoque le

retour à l'état 31.

Si, cependant, lorsque l'Interrogation haute fré-

quence 32 est terminée, il n'y a pas eu de courant d'arc dé-

tecté, alors l'alimentation en courant continu du filament est rétablie(état 35) pendant 28 impulsions d'horloge ( 233 millisecondes) A la fin de l'état 35 en courant continu du filament, un état d'Interrogation haute fréquence 36 est institué En supposant qu'un courant d'arc est détecté à la broche P 2 avant la fin de l'état 36, un état d'Interrogation

Prolongée ( 2,1 sec) 37 est initié à l'instant de la détec-

tion-du courant d'arc A la fin de l'état 37, la salve est terminée pendant 2 millisecondes, et si un courant d'arc se poursuit lors de la fin de l'Interrogation haute fréquence, on suppose que la lampe à arc est entrée dans l'état 34 "Arc Etabli". Si après la fin soit de l'état d'Interrogation

haute fréquence prolongée 33 ou 37, un courant d'arc entre-

tenu n'est pas détecté, mais a été détecté pendant l'état précédent ( 3-2 ou 36), la logique traite la condition comme

correspondant à un réamorçage à chaud pour lequel un inter-

valle d'amorçage plus long est nécessaire La séquence nor-

28 -

male de réamorçage à chaud va de 36 à 39, avec des répéti-

tions jusqu'à ce qu'un courant d'arc soit détecté Une dé-

faillance d'arc après 33 ou 37 mène à un état cyclique du

filament 38 d'une durée de 32 secondes dans lequel le commu-

tateur Qi, Q 2, Q 3 est rendu passant et bloqué à une cadence de 120 Hz avec un rapport cyclique d'environ 75 % réglé pour

fournir -environ une dissipation de 56 watts du filament.

Ceci se poursuit pour un compte d'horloge de 3838 ( 32 sec) suivi par un retour à l'état d'interrogation haute fréquence 36 L'état 36 se poursuit pendant 14 millisecondes et en supposant qu'un courant d'arc a été détecté, procède jusqu'à

l'état 35 et normalement jusqu'à l'état Arc Etabli ( 34).

(Dans le cas usuel, la séquence 36, 37, 38 n'est habituelle-

m;ent pas reprise).

La séquence normale de réamorçage à chaud est 31, 32, 35, 36, 39 suivie par des répétitions de 36, 39 jusqu'à

ce qu'un courant d'arc soit détecté et la séquence se ter-

mine avec 36, 37, 34 A la fin de l'état d'Interrogation 36, une double condition doit être satisfaite pour entrer dans l'état cyclique du filament 39 ou l'état d'interrogation haute fréquence Prolongée 37 La première condition est que

un courant d'arc ait été détecté ou non détecté et la se-

conde condition est que le compteur de Fin de Vie doit en-

core être à un état élevé, c'est-à-dire ne doit pas être alors à l'état FDV (Fin de Vie) Dans le cas o un courant d'arc n'a pas été détecté dans un quelconque état précédent

l'état d'Interrogation haute fréquence 36 et que le "comp-

teur de Fin de Vie" (non encore décrit) est encore à un état

élevé, alors on entre dans l'état cyclique 39 du filament.

L'état 39 a une durée de 34,1 sec ( 4 094 impulsions d'hor-

loge), et est habituellement l'état de durée la plus longue avec le filament en marche dans une séquence de réamorçage à chaud. L'entrée dans l'état 39, qui comporte la mise en marche pendant plus de 30 secondes du filament n'intervient 29 - pas dans un amorçage normal Dans un réamorçage à chaud il peut y avoir plusieurs entrées dans 39, avec le réamorçage à chaud apparaissant normalement en 2 ou 3 minutes Si l'arc ne s'allume pas en une période supérieure à 2 ou 3 minutes, alors il faut s'interroger pour savoir si la défaillance est

due aux conditions de réamorçage à chaud ou à une défail-

lance de la lampe elle-même On prévoit un compteur de Fin

de Vie sur le circuit intégré pour s'assurer que les tenta-

tives d'amorçage de la lampe sont terminées après une pério-

de raisonnable supérieure à celle nécessaire pour un réamor-

çage à chaud Dans le cas présent, la période de Fin de Vie est de 94266 comptes correspondant à 13,09 minutes A la fin de chaque état 39, et en supposant que l'arc ne s'allume pas

au cours de l'état d'interrogation 36, la séquence compre-

nant 39 36 est répétée jusqu'à ce que le compteur de Fin

de Vie atteigne un compte correspondant à 13,09 minutes.

Lorsque ceci à lieu on retourne à l'état 36, quel que soit l'état de l'arc, le compteur de Fin de Vie atteint un état

zéro et force l'unité d'éclairage à l'état de Fin de Vie 40.

Dans l'état de Fin de Vie 40, les deux sorties des

broches P 3 et P 4 sur le circuit intégré sont basses empê-

chant une activité ultérieure du commutateur Ql, Q 2, Q 3 et

le laissant à l'état bloqué Avec Ql, Q 2, Q 3 à l'état blo-

qué, le filament 12 n'est plus alimenté et comme un moment auparavant aucun courant d'arc n'a été détecté, le circuit de la lampe à arc est également coupé La source de -courant continu Dl-D 4, Cl, etc, reste alimentée mais aucune de ses

charges, les éléments de lampe 11 ou 12 ne soutirent d'éner-

gie Dans le cas o la puissance à l'unité d'éclairage est

coupée, comme indiqué par le trajet RMM-l, la Réinitialisa-

tion de Mise en Marche réétablit la condition initiale et si l'opérateur le désire, il peut rallumer l'unité d'éclairage pour voir si la Fin-de Vie signifie en fait une défaillance

de la lampe à arc -

Le circuit intégré de commande 13 convenable pour - effectuer les fonctions indiquées ci-dessus est représenté sous forme d'un schérma-bloc à la figure 4 et suivant une conception logique (convenable pour la fabrication par un

procédé CMOS) aux figures SA à SF.

Le circuit intégré de commande se trouve sous la

forme d'un dispositif à huit broches, reçoit son alimenta-

tion en courant continu (Vdd) à la broche P 7 d'une source régulée à diode Zener de 7,5 V comprenant les éléments R 4, C 4 et Zl La tension de la diode Zener établit la tension

fourni au circuit intégré (Vdd) Les valeurs de la résis-

tance R 4 ( 27 kohms) et du condensateur C 4 ( 0,022 microfarad) sont choisies en partie pour provoquer une vitesse de montée

voulue de Vdd pour le fonctionnement du circuit de Réinitia-

lisation de la Mise en Marche(Rh M) dans le circuit intégré.

En particulier, le circuit RMM fournit une initialisation commandée de la logique dans le circuit intégré lorsque l'unité d'éclairage est allumée pour la première fois ou dans le cas d'une interruption momentanée du courant Le circuit RMIM détecte une tension intermédiaire à la tension Vdd dans un trajet conducteur, non réactif, relié entre le

bus Vdd et la masse du circuit intégré, et engendre une im-

pulsion de préréglage L'impulsion de préréglage débute au moment o les mémoires du circuit intégré deviennent valides et se poursuit jusqu'à ce que l'initialisation appropriée

ait été assurée Avec les valeurs de R 4, C 4 choisies, l'im-

pulsion de préréglage se poursuit pendant au moins 50 micro-

secondes, correspondant au temps nécessaire à Vdd pour s'é-

lever à un premier seuil (plus élevé) typiquement 4,75 volts, moment auquel l'impulsion de préréglage se termine permettant au comptage de démarrer Le circuit RMI possède une hystérésis pour empêcher la réinitialisation au cours d'interruptions momentanées du courant, étant réglé pour se déclencher à 3,5 volts de façon typique Les seuils sont choisis pour assurer que la tension adéquate sera fournie au

circuit intégré Lorsque Vdd est en-dessous du seuil supé-

31 - rieur, et au-dessus du point-auquel la logique suppose des

états définis (supérieurs à 1,5 volts) la logique est préré-

glée à l'état initial voulu et est maintenue à cet état de préréglage jusqu'à ce que le seuil supérieur soit dépassé '

S Le circuit RMMI ne nécessite pas une broche séparée de l'en-

trée Vdd à la broche P 7.

Le circuit RMM est décrit dans la demande de bre-

vet français 83 016116.

Le circuit intégré 13 assure les fonctions de tem-

porisation et de commande nécessitées par l'unité d'éclaira-

ge comme illustré dans le tableau de la figure 2 et dans le

diagramme de séquence d'états de la figure 3.

Le minutage principal du circuit-intégré est déri-

vé de la ligne à courant alternatif et est un compte dégres-

sif dans une chaîne de comptage fourni sur le circuit inté-

gré -Le circuit intégré est également pourvu d'un amplifica-

teur d'entrée pour convertir des signaux analogiques de

faible niveau (au sens ligne et arc) à des niveaux compa-

tibles avec la logique numérique, En particulier, un ampli-

ficateur d'entrée dérive un signal de synchronisation de li-

gne utilisé pour synchroniser le compteur et un autre ampli-

ficateur d'entrée détecte du courant d'arc de lampe pour dé-

terminer l'état présent de l'arc En outre, un circuit RMM est prévu pour assurer que l'unité d'éclairage entre dans la séquence de commande à l'état initial correct lorsqu'on

l'allume pour la première fois ou dans le cas d'interrup-

tions du courant Finalement, on prévoit des moyens pour ra-

pidement tester les circuits de fonctionnement principaux du

circuit intégré.

Comme on le voit sur le schéma-bloc simplifié de la figure 4, le circuit intégré peut être subdivisé en blocs fonctionnels 41 à 63 Les détails de la conception logique de ces blocs sont fournis au figures SA à SF La chaîne de comptage est un compteur à 17 étages encore subdivisé en

bloc 41 constituant les bascules F Fl à 6; bloc 43 consti-

32 - tuant les bascules FF 7 à '11 et le bloc 45 constituant les bascules FF 12 à 17 (et la' logique associée, ND 21, NR 15 et I 10) Le signal de synchronisation du courant de ligne et

une impulsion de temporisationl de courte durée ( 2-3 milli-

secondes) sont dérivés de l'amplificateur de-synchronisation

ae ligne 47 et du verrou R 6 FF 21 (portant le numéro de ré-

férence 48) Un amplificateur de détection d'arc 60 est prévu pour détecter l'état de la lampe à arc La logique de commande pour le filament dans l'état à courant continu de 80 watts est représentée par le bloc 53 et comporte N Dll et

SR 3 La logique de commande pour l'Interrogation haute fré-

quence et l'Interrogation haute fréquence Prolongée est fournie par les blocs 51, 52, 55, 56, 61 et 62 Le bloc 51 fourni l'Interrogation haute fréquence de 31 millisecondes et comprend F F 19 et SR 2 Le bloc 52 fournit l'Interrogation

de 14 millisecondes et comprend FF 18 et NR 5 Le bloc 55 in-

titulé "temporisation de l'Interrogation haute fréquence" comprend ND 8, ND 9, ND 10 et ND 12 et dépend des blocs 51 et

52 Le bloc 56 commande l'Interrogation haute fréquence Pro-

longée de plus de 2 secondes et comprend FF 24 et SR 4 Le bloc 61 de validation de l'oscillateur comprend FF 20 et NR 8 et est sensible aux blocs 55 et 56 pour commander le bloc 62 désigné "oscillateur haute fréquence" Le bloc de sélection

de commande de sortie 57 couple les sorties "CC" et "cycli-

que" au dispositif pilote de sortie du filament 58 et les

sorties "Interrogation haute fréquence" au dispositif de pi-

lotage de sortie haute fréquence 59 Le bloc de sélection de commande de sortie comprend NR 10, N Rll, ND 20, ND 22, NR 12, NR 13, ND 23, et NR 14 La fonction de Réinitialisation de la Mise en Marche est divisée entre les blocs 40 et 50 Le bloc 49 constitue le circuit de Réinitialisation de la Mise en Marche en lui-même et comprend les composants SRI, NR 16 et NR 17 Le bloc de Réinitialisation du Système 50 comprend ND 7, ND 15 et FF 2 S Les tests du circuit imprimé sont assurés par le bloc 54 désigné par "Séquences de tests du Circuit 33 - Imprimé" comprenant FF 2, FF 23 et ND 4 et les blocs MUX 1 4

portant les numéros de référence 42, 63, 44 et 46 respecti-

vement Le bloc 63 comprend en outre l'élément NR 9.

La fonction de temporisation pour les états de l'unité d'éclairage est fournie par les blocs 47, 48 qui dé- rivent un signal de temporisation de ligne ou impulsion d'horloge O ayant une durée choisie de 2 millisecondes et une période de 8-1/3 millisecondes, et par la chaîne de compteurs se composant des blocs 41, 43 et 45, qui comptent

les impulsions d'horloge pour dériver des périodes de tem-

porisation de durées diverses le fonctionnement de ces blocs vont maintenant être décrits én référence aux figures 4, SA à SC et 6 A et 6 B. L'impulsion d'horloge 0, fournie par les blocs 47

et 48 de la figure 4, est représentée sous forme de la pre-

mière onde des figures 6 A et 6 B Elle est dérivée par les éléments de circuit suivants dans les figures 1 et SA Le bloc 47 de la figure 4 se compose d'un amplificateur de

synchronisation de ligne (Sync Ligne) dont l'entrée est re-

liée à la broche PS et dont la sortie est reliée à l'entrée

de la porte d'inversion à hystérésis 53, tous tels que re-

présentés à la figure SA La broche PS est reliée à l'inter-

connexion entre R 6 et Cl dans la source de courant continu

comme représentée à la figure 1 Le bloc 48 (figure 4) (bas-

cule FF 21, transistor à effet de champ Q 4 et porte à hysté-

résis 52) fournit une connexion à la broche P 8 comme repré-

senté à la figure SA L'entrée de synchronisation (C) de FF 21 est reliée à la sortie de la porte à hystérésis 53 et la sortie Q de FF 21 est reliée à la porte du transistor à effet de champ à canal-n Q 4 Le substrat et la source de Q 4 sont reliés à la masse interne du circuit intégré et le drain est couplé à la broche P 8 à laquelle sont reliés des composants de temporisation externes RS et C 6 L'entrée de la porte à hystérésis 52 est également reliée à la broche P 8 et la sortie de 52 est reliée à l'entrée de réinitialisation

(R) de FF 21 La borne D de FF 21 est reliée à Vdd et la sor-

tie Q de FF 21 (impulsion d'horloge O) est reliée à l'entrée

de synchronisation de FFI.

L'impulsion d'horloge O est dérivée de la manière suivante L'information de temporisation est fournie par l'amplificateur de synchronisation de ligne dont le signal

d'entrée est la tension aux bornes de R 6 utilisée pour dé-

tecter les impulsions de courant dans le condensateur Cl Le signal de sortie de l'amplificateur est à un niveau logique haut ou bas selon que la chute de tension produite par le courant dans la résistance R 6 est supérieure ou inférieure au seuil de l'amplificateur Un amplificateur convenable est

décrit dans la demande de brevet français n' 83 010 559.

La sortie de l'amplificateur qui est couplée à la porte à hystérésis 53, produit alors une impulsion ( SORTIE 53) qui a une période de 8 1/3 millisecondes et une durée variable qui est une fonction de -la durée de l'intervalle de

charge du condensateur Cl dans la source de courant continu.

La temporisation de l'onde O apparaît de la ma-

nière suivante L'impulsion de sortie de 53 lorsqu'elle est couplée à l'entrée de synchronisation (C) de FF 21 oblige Q à prendre une valeur basse bloquant Q 4 et permettant à la tension de la broche P 8 (le circuit de temporisation R 5, C 6), qui est alimentée par sa connexion à la source Zener de 7,5 volts, de commencer à s'élever Lorsque la tension sur

la broche PS dépasse le seuil supérieur de la porte à hysté-

résis 52, son signal de sortie réinitialise FF 21 inversant

les états de sortie de FF 21 et avec Q élevé, Q 4 devient pas-

sant, déchargeant le réseau R 5, C 6 l'onde O (à la sortie Q de FF 21) est couplée à l'entrée de synchronisation (C) de la première bascule FF 1 dans le compteur L'autre sortie de FF 21, Q est couplée à l'entrée B du bloc du multiplexeur 63 (MUX 2) et au bloc de sélection/commande de sortie 57 Le choix de R 5, C 6 règle le rapport cyclique de O à environ 75 % donnant une dissipation du filament de 56 watts dans le mode - cyclique. La chaîne de compteurs à 17 étages, qui comprend les blocs de compteurs 41, 43 et 45 séparés par des blocs de multiplexeurs 42 et 44, comme représentés sur la figure 4, est reliée comme représentée sur les figures SA, 5 B et 5 C.

Le bloc 41, détaillé sur la figure SA, se compose des bas-

cules FF 1 à 6, ayant chacune une connexion désignée C, D,

Q, Q et R ou S FF 1 a son entrée de synchronisation (C) re-

liée (comme déjà indiqué) à la sortie Q de FF 21 et sa sortie Q à l'entrée S (mise à un) du verrou SR 1 (pour des raisons qui seront développées) La sortie Q de chaque étage (FF 1, FF 2, FF 3, FF 4, FFS, FF 6) est couplée en retour à l'entrée de données (D) du même étage et à l'entrée de synchronisation (C) de l'étage ou composant suivant Les sortie Q des étages FF 1 à FF 6 sont représentées par les six ondes illustrées à

la figure 6 A immédiatement au-dessous de l'onde O La liai-

son de réinitialisation (R) de FF 1 est reliée à la sortie

NR 16 Les liaisons de mise à 1 (S) de FF 2, FF 3 et les liai-

sons de réinitialisation (R) de FF 4, FFS, FF 6 sont reliées à un bus de préréglage du système relié à la sortie de MD 7

(voir la figure 5 B).

La sortie Q de FF 6, qui est la dernière bascule dans le bloc de compteur 41, comme représentée à la figure

4, est reliée à l'entrée A de MUX 1 (bloc 42) pour le'trans-

fert au bloc de compteur 43 (FF 7-11) Chaque bloc de multi-

plexeur ( 42 et 44) se compose d'un multiplexeur à deux en-

trée (A, B) dont l'entrée A ou B peut être dirigée vers la sortie par la commande de sélection (S) la sortie choisie A ou B de MUX 1 est reliée à l'entrée C de FF 7, la première des cinq bascules constituant le bloc 43 Chacune de FF 7 à 11 a des connexions C, D, Q, Q et S Comme précédemment, la sortie Q de chaque étage du bloc de compteurs 43 est reliée en retour à l'entrée D du même étage et à l'entrée C de l'étage ou composant suivant La sortie Q de FF 9 est reliée à l'entrée C de FF 24 Toutes les connexions de mise à un 36 - (S) de FF 7 à 11 sont reliées au bus de préréglage du système

relié à la sortie de ND 7.

La sortie Q de F Fll, le dernier étage du bloc de compteur 43, représenté en détaii aux figures SB et 5 C, est reliée à l'entrée A de MUX 3 (bloc 44), dont la sortie est reliée à l'entrée C de FF 12, la première bascule dans le bloc de compteurs 45 Le bloc de compteurs 45 se compose des bascules FF 12 à FF 17, ND 21, NR 15 et 110 La sortie du bloc 44 est reliée à l'entrée C de FF 12 La sortie Q de FF 12 est reliée en retour à l'entrée D de FF 12, à l'entrée C de FF 13,

et à l'entrée 51 du verrou SR 3 La sortie Q de FF 12 est re-

liée à une entrée de NR 5 De même, la sortie Q de FP 13 est

reliée en retour à l'entrée D de FF 13 et directement à l'en-

trée C de FF 14 La sortie Q de FF 14 est reliée en retour à l'entrée D de FF 14 et directement à l'entrée C de FF 15 La sortie Q de FF 15 est reliée en retour à l'entrée D de F Fl S. La sortie Q de FF 15 est couplée à une entrée de la porte NON/ET ND 21 La sortie de la porte NON/ET ND 21 est reliée à l'entrée C de FF 16, continuant ainsi la chaîne La sortie Q

de FF 16 est reliée en retour à l'entrée D de FF 16 et direc-

tement à l'entrée C de FF 17 La sortie Q de FF 17 est reliée en retour à l'entrée D de FF 17 La porte NON/OU NR 15 a ses deux entrées reliées aux sorties Q de FF 16 et FF 17 et a sa sortie reliée par l'inverseur I 10 à la seconde entrée de la porte NON/ET ND 21, terminant la chaîne de compteurs Les

sorties Q de FF 13, FF 14, FF 16 et FF 17 ne sont pas utilisées.

La liaison S de FF 12 et les liaisons R de FF 13 à FF 17 sont reliées au bus de préréglage du système relié à la sortie de ND 7. La chaîne de compteurs constituée des blocs 41 à

44 fonctionne en général comme un compteur à 17 étages clas-

sique'lorsque les blocs de multiplexeurs 42 et 45 sont dans

l'état normal (pas de tests) En drautres termes, les multi-

plexeurs relient FF 6 à FF 7 et F Fl 1 à FF 12 créant une chaîne de compteurs continue de FF 1 à FF 17 Durant la séquence de 37 - tests, comme on l'expliquera, la séquence de 17 étages est

rompue pour réduire le temps nécessaire aux tests Les sor-

ties des bascules choisies sont illustrées aux figures 6 A et 6 B Les sorties Q sont indiquées pour les bascules F Fl à FF 12 et FF 18.

Les états de l'unité d'éclairage décrits à la fi-

gure 3 peuvent s'étendre sur les gammes de temporisation as-

sociées avec le compteur Les périodes des signaux de sortie de F Fl à FF 7 sont disparates allant de millisecondes à des secondes et minutes En supposant une impulsion d'horloge ayant de 8 1/3 millisecondes au bloc 48 et la continuité dans le compteur à 17 étages, avec MUX 1 et MUX 3 (blocs 42 et 44) dans l'état normal (pas de tests) l'étage FF 6 à la

sortie du bloc 41, est associé avec une période approxima-

tive d'l/2 seconde, l'étage F Fll est associé avec la sortie du bloc 43 avec une période approximative de 1/4 de minute

et l'étage FF 17 à la sortie du bloc 45 avec une période ap-

proximative de 18 minutes.

Les intervalles de temps réels détaillés à la fi-

gure 3 sont des ordres de grandeur indiqués ci-dessus, et

sont faits de combinaisons logiques, d'informations de tem-

porisation dérivées de l'onde O (période de 8 1/3 millise-

condes, durée 2 millisecondes).

Comme indiqué au tableau de la figure 2 et dans le diagramme de -séquence des états de la figure 3, l'état de

fonctionnement initial de l'unité d'éclairage est le préal-

lumage (initialement avec l'alimentation du filament en

courant continu), suivie par une Interrogation haute fré-

quence, et (peut être) une Interrogation haute fréquence Prolongée On a déterminé que la tension de rupture d'un

tube à arc froid peut être abaissée en l'exposant à la cha-

leur et à la lumière d'un filament de 80 watts On a conçu la logique pour permettre deux périodes du filament en courant continu d'environ 1/4 de seconde précédant chacune un bref état d'Interrogation haute fréquence (inférieur à 31 38 - millisecondes) Ceci donne une très grande probabilité de rupture (ne comprenant pas la transition) à l'intérieur de la demi-seconde d'allumage Si du courant est détecté durant la salve haute fréquence, la transition de l'arc prend un peu plus de deux secondes, et on entre dans l'état d'échauf-

fement (Arc Etabli) en environ 3 secondes après l'allumage.

Les mises à un et la réinitialisation des douze premiers

étages du compteur on été choisis pour obtenir ces résul-

tats Les cinq derniers étages sont choisis afin de fournir environ 13 minutes pour tenter d'obtenir la rupture du tube

à arc pendant un réamorçage à chaud.

La logique qui commande le filament en courant continu et en fonctionnement cyclique et la temporisation d'interrogation est représentée aux figures SA à SF et les formes d'ondes applicables pour les 75 premières impulsions d'horloge d'un amorçage sans rupture sont représentées à la

figure 6 A La fonction du filament en courant contirnu com-

mandée par le circuit intégré comprend le bloc du filament en courant continu 53, qui comprend N Dll et SR 3 Il est interconnecté avec les blocs 45, 49, 51, 55 et le bloc 57, qui commande le dispositif pilote du filament 58 L'état de fonctionnement en courant continu du filament se poursuit pendant 26 impulsions d'horloge comme représenté par l'onde de sortie du filament de la figure 6 A, est interrompu par

une salve haute fréquence pendant quatre impulsions d'hor-

loge (onde de sortie haute fréquence de la figure 6 A) et se poursuit pendant 28 impulsions d'horloge dans le cas o un courant de lampe n'est pas détecté Le bloc de sortie du filament 58 détaillé sur la figure 5, comprend le transistor

à effet de champ à canal-p QS, dont les électrodes princi-

pales sont reliées, entre Vdd et la broche de sortie P 4 du filament et le transistor à effet de champ à canal-n Q 6, dont les électrodes principales sont reliées entre la broche

P 4 et la masse du circuit intégré La grille de QS est com-

mandée par la sortie de N Dll et la grille de Q 6 par la sor-

39 -

tie de I 9 Ainsi, la sortie de la logique de commande du fi-

lament en courant continu apparaît à la broche P 4 pour ap-

plication à la base du transistor Q 3 (en dehors de la puce).

La fonction d'Interrogation haute fréquence com-

mandée par le circuit intégré comprend le bloc d'Interroga- tion haute fréquence de 31 millisecondes 51, qui comprend F F 19 et SR 2; et le bloc d'Interrogation haute fréquence de

14 millisecondes 52, qui comprend FF 18 et NR 5 Sont égale-

* ment compris les blocs 55, 57, 61, 62 et 63.

La sortie de la fonction d'Interrogation haute fréquence sur le circuit intégré, commandée par les blocs énumérés, est une commande à haute fréquence ( 100 k Hz) via le dispositif de pilotage de sortie haute fréquence 59 sur la puce (via la broche P 3) à la base du transistor Q 2 (en

dehors de la puce) Comme le montre la figure 5 C, le dispo-

sitif pilote de sortie haute fréquence (bloc 59 de la figure 4) se compose d'un transistor à effet de champ à canal-p Q 7 -dont les électrodes principales sont couplées entre Vdd et la broche de sortie haute fréquence P 3 et le transistor à effet de champ à canal-n Q 8 ayant ses électrodes principales couplées entre la broche de sortie haute fréquence P 3 et la masse du circuit intégré La sortie de la porte NON/ET ND 23 dans le bloc 27 est couplée à la grille de Q 7 et la sortie de la porte NON/OU-NR 14 est couplée à la'grille de Q 8 Le dispositif pilote de sortie haute fréquence Q 7, Q 8 présente trois états Dans un premier état, un signal de sortie haut

est produit lorsque les grilles de Q 7 et Q 8 sont basses.

Dans un second état, un signal de sortie bas est produit

lorsque les grilles de Q 7 et Q 8 sont toutes deux hautes.

Dans un troisième état, appelé le mode tri-états, la grille de Q 7 est haute et la grille de Q 8 est basse, fournissant une impédance élevée de la broche de sortie P 3 à la fois à Vdd et à la masse Dans les modes à filament, ceci permet à

la base du transistor externe Q 2 d'être pilotée par l'émet-

teur du transistor externe Q 3 sans chargement depuis le cir-

-

cuit intégré.

Le premier mode avec filament en courant continu

(bloc 31, figure 3) comprend la séquence logique suivante.

Après allumage, le bloc RMM de la figure SA réinitialise FF 1 (Q basse) via NR 16 et également réinitialise SR 1 (Q

basse) S Ri est maintenu réinitialisé jusqu'à ce que la sor-

tie Q de FFI passe d'un niveau bas à un niveau haut, mettant SR 1 à 1 (Q haute) pendant que FIR 1 est réinitialisé, sa sortie Q prérégle l'équilibre du compteur principal ( 16 étages) via ND 7 et réinitialise SR 4 Au même moment, Q de SR 1 réinitialise FF 22 et FF 23 (bascule de séquence de tests) et SR 2 et SR 3 (via N R 17 et i 5) Avec FF 2, FF 23 tous deux réinitialisés, MUX 1 envoie le Q de FF 6 vers l'entrée C de FF 7, MUX 3 (bloc 44) envoie le signal de sortie Q de F Fll vers l'entrée C de FF 12, MUX 4 (bloc 46) envoie le signal de sortie Q de FF 2 à la borne de réinitialisation de FF 18 et MUX 2 (bloc 63) envoie le signal de sortie de l'oscillateur haute fréquence vers ND 23 et NR 14 Puisque FF 2 et FF 3sont mis à 1 (Q haute) et le signal de sortie Q de FF 3 est couplé à la borne de réinitialisation (R) de F F 19, à la fois FF 18 et F F 19 sont réinitialisés (Q basse) pendant l'allumage; Dû aux états du verrou FF 3 et de F F 19 (Q haute), le signal de sortie de N Dll devient bas rendant passant le transistor à effet de champ à canal-p supérieur Q 5 dans le bloc de sortie

du filament 58 Un signal de courant continu est ainsi pro-

duit à la broche P 4 pour piloter la base de Q 3 et ainsi rend

passant le commutateur à triple transistors.

Après le premier mode avec filament en courant continu ( 31), intervient le premier mode d'Interrogation haute fréquence ( 32), et si il n'y a pas de rupture d'arc,

un second mode avec filament ( 35) est produit Ceci est il-

lustré par les ondes de la figure 6 A (N Dll et sortie fila-

ment) Dans le mode avec filament en courant continu, le si-

gnal de sortie' de ND 11 reste bas et la sortie du filament

reste haute A la fin du premier mode avec filament en cou-

41 - rant continu le signal de sortie de Q de FF 6 devient bas ( la 27 ème impulsion d'horloge de la figure 6 A), le verrou SR 2 est mis à 1, pilotant l'entrée C de F F 19 à un niveau

élevé Ceci oblige le signal de sortie de Q de F F 19 à deve-

nir bas jusqu'à ce que le signal de sortie de Q de FF 3 de-

vient élevé, réinitialisant F F 19 Durant ce temps (impul-

sions d'horloge 27-30), une salve haute fréquence est engen-

drée à la broche P 3 En supposant qu'il n'y ait pas de rup-

ture d'arc, la sortie de Il est basse forçant S de SR 4 (via ND 12) à rester élevée et sa sortie Q à-rester basse Ainsi, la sortie de NR 8 devient élevée à l'impulsion d'horloge 31,

permettant à FF 20 d'être réinitialisé par les signaux d'hor-

loge de l'oscillateur, terminant la salve haute fréquence.

Puisque la sortie Q de F F 19 est élevée et la sortie Q de SR 3 est encore élevée, N Dll rend conducteur le dispositif pilote de sortie du filament en courant continu Q 5, fournissant 28

impulsions d'horloge supplémentaires d'alimentation du fila-

ment en courant continu Cette seconde période du filament en courant continu se termine lorsque Q de FF 12, couplée à l'entrée SI de SR 3, met à un SR 3 (Q basse), rendant N D 11 élevé, pour bloquer le dispositif pilote de sortie Q 5 et

ainsi le commutateur Darlington externe.

On a également représenté dans les ondes de la figure 6 A le mode d'Interrogation haute fréquence de courte durée ( 32, 36) qui apparaît lorsque la sortie du filament est maintenue basse Le premier mode d'Interrogation haute fréquence 32 apparaît comme suit La porte NON-ET ND 10 a trois entrées Une première est couplée à la sortie Q de FF 21, qui fournit l'impulsion d'horloge O; une autre à la

sortie Q de F Fl et une troisième à la sortie Q de FF 2 Lors-

que les trois entrées sont élevées, la sortie de ND 10 de-

vient basse, se maintenant pendant une durée de 2 millise-

condes de O comme indiqué, et ensuite ND 10 devient élevé.

Comme la sortie Q de FF 18 est élevée et la sortie Q de F F 19 est élevée, la sortie de ND 8 est basse Lorsque Q de FF 6 42 -

devient basse à l'impulsion d'horloge 27, F F 19 est synchro-

nisé (une transition basse à élevée à son entrée C) amenant

Q à une valeur basse Avec Q de F F 19 basse et Q de FF 18 éle-

vée, un niveau élevé est produit à la sortie de la porte NON-ET ND 18 Lorsque ND 10 devient élevé, 2 millisecondes

après l'impulsion d'horloge 27, la valeur élevée de NP 8 pro-

duit une valeur basse à la sortie de ND 9, et une valeur éle-

vée à la sortie de I 3, ce qui, entre autre chose, réinitia-

lise FF 24 (Q élevée) et réinitialise le verrou SR 4 (Q basse) La valeur élevée à la sortie de 13, couplée à une entrée de la porte NON/OU NR 8, avec une valeur basse de SR 4, produit une valeur basse à l'entrée S de FF 20, provoquant le passage à une valeur élevée de Q, ce qui valide (met en marche) l'oscillateur haute fréquence (bloc 62) La sortie de l'oscillateur est bouclée via NR 9 (maintenant pulsant à la cadence de l'oscillateur haute fréquence) à l'entrée A de MUX 2 (bloc 63) à une entrée de la porte NON/ET ND 23 et de

la porte NON/OU NR 14 A la première Interrogation haute fré-

quence (état 32) l'impulsion de sortie de l'oscillateur se termine lorsque F F 19 est réinitialisé (Q haute) par Q de FF 3 prenant une valeur élevée Ceci force S de FF 20 à prendre

une valeur élevée (via ND 8, ND 9, 13, et NR 8) et 8 à 10 mi-

crosecondes plus tard l'oscillateur adresse les signaux d'horloge à FF 20, obligeant Q de FF 20 à prendre une valeur

basse terminant l'Interrogation et rendant conducteur à nou-

veau le filament en courant continu.

Le second état d'Interrogation haute fréquence ( 36) apparaît de la manière suivante Après le second état de filament en courant continu ( 35) , FF 18 est synchronisé par Q de FFI 2, via NR 5, car Q de FF 23 est à une valeur basse (l'état de non-test) obligeant Q de FF 18 à être basse Avec Q de FF 18 basse et Q de F F 19 haute, une valeur élevée est produite à la sortie de la porte NON/ET ND 8 Lorsque NDIO prend une valeur élevée 2 millisecondes après l'impulsion d'horloge 59, la valeur élevée provenant de ND 8 produit une 43 - valeur basse à la sortie de ND 9, et une valeur élevée à la sortie 3, provoquant le même effet qu'indiqué précédemment,

incluant la validation de l'oscillateur Une fois FF 2 syn-

chronisé (Q devient haute), FF 18 est réinitialisé (Q haute).

Ceci force à nouveau S de FF 20 à prendre une valeur élevée (via ND 8, ND 9, I 3 et NR 8) et 8 à 10 microsecondes plus tard

I'oscillateur synchronise FF 20, obligeant Q de FF 20 à pren-

dre une valeur basse terminant l'Interrogation à la fin de

l'impulsion d'horloge 60.

Après le second état d'Interrogation haute fré-

quence ( 36), le filament est alimenté pendant une période plus longue (environ 1/2 minute) à une puissance plus faible ( 56 watts) dans un mode cyclique Au début de la seconde Interrogation, Q de FF 12 met également SRY à un (Q basse) terminant ainsi le mode de filament à courant continu (la sortie 'de N Dll restera-élevée, maintenant Q 5 bloqué) Sans détection de courant d'arc (sortie de Il basse) et la sortie Q de FF 20 basse, NR 120 produit une valeur élevée, obligeant la sortie de N Rll à prendre une valeur basse et la sortie 17 à être haute Comme la sortie de I 10 est haute (en supposant -qu'un état de Fin de Vie n'est pas encore apparu), la sortie de ND 20 devient basse, la sortie de 22 deviendra haute et la sortie de 19 sera basse, maintenant Q 6 bloqué La sortie de ND 20, étant basse, produit également une entrée basse dans NR 13, de sorte qu'une inversion de NR 12 -apparaîtra à la broche de sortie du filament P 4 Comme la sortie de N Dll est haute, la sortie I 6 (et par conséquent une entrée de N R 12) est basse L'autre entrée de NR 12, O 'est ainsi couplée à la broche de sortie du filament P 4, via NR 12 et NR 13 Ainsi, à la fin de chaque Interrogation, sans inclure la première, comme O est basse, le commutateur Darlingt-on est maintenu

ouvert pendant cette période de 2 millisecondes -En suppo-

sant qu'il n'y a pas d'arc à la fin de cette période de 2 millisecondes, lorsque O devient élevé, le filament sera allumé par QI, Q 2, Q 3 Le filament continuera à s'allumer et 44 - se couper avec O ( 120 Hz) pendant la durée du mode cyclique

du filament (bloc 39 de la figure 3) 254 impulsions d'hor-

loge après le début de ce mode, la sortie Q de FF 9 passe d'une valeur basse à une valeur élevée Ceci synchronise FF 24 amenant une fois encore sa sortie Q à un niveau bas

(état un).

Le mode cyclique du filament ( 39) se poursuit pen-

dant 4094 impulsions d'horloge ( 34,1-secondes) après quoi le mode d'Interrogation haute fréquence à deux impulsions

d'horloge 36 revient La séquence 36-39-36-39-36 se poursui-

vra jusqu'à l'état de Fin de Vie 40 entre ou jusqu'à rupture

de l'arc, suivie par l'Interrogation prolongée 37 et le pas-

sage de l'arc à l'état "Arc Etabli" ( 34) En supposant qu'il

y a rupture -d'arc pendant une Interrogation de deux impul-

sions d'horloge suivante, ( 36), la séquence représentée à la

figure 6 B apparaîtra La sortie -de Il débutera la commuta-

tion lorsque il y aura rupture d'arc, avec le premier bord

montant provoquant le changement d'état de l'état d'Interro-

*gation 36 à l'état d'Interrogation prolongée 37 Comme I 3 est haute pendant l'état d'Interrogation et les impulsions de Il élevées, ND 12 oblige l'entrée S de SR 4 à une impulsion

basse Comme la sortie Q de FF 24 est élevée (FF 24 a été ré-

initialisée comme décrit précédemment), et l'entrée R 2 de SR 4 est également haute (puisque la RMM est dépassée), SR 4 sera mis à un (Q deviendra haute) Ceci oblige la sortie de NR 8 à demeurer basse et FF 20 restera à un aussi longtemps

que FR 4 est à -un Lorsque la sortie -Q de FF 9 passe d'une va-

leur basse à une -valeur hautee, FF 24 est synchronisée et la sortie Q deviendra basse Ceci oblige Rl à devenir bas, rér initialisant SR 4 (Q basse) Comme l'impulsion de I 3 est =passée à une valeur basse deux impulsions d'horloge après le début de l'Interrogation, -et la sortie Q de SR 4 est basse, l'entrée S de FF 2 O devient haute Lorsque l'impulsion de l'oscillateur à la sortie de Q 4 devient élevée, FF 20 sera synchronisée à une valeur basse Ceci engendre une période - de 8 à 10 microsecondes de temps de coupure suivie par un temps de coupure de 2 millisecondes comme décrit pour la fin

de la seconde Interrogation.

A la fin de cette période de deux millisecondes, le circuit intégré sera entré soit dans l'état d'Arc Etabli ( 34) ou l'état cyclique du filament ( 38) Si l'arc demeure,

Il deviendra haute, comme le montre la figure 6 B, et la sor-

tie de NRIO sera maintenue basse Comme I 6 est basse, la

sortie de N Rll sera haute Ceci oblige la sortie 17 à deve-

nir basse et la sortie de ND 20 à devenir haute Comme la sortie de N Dll est haute, la sortie de ND 22 sera basse, et la sortie I 9 sera haute rendant conducteur Q 6, ce qui amène la broche de sortie P 4 du filament à une valeur basse ND 20 force également la sortie de NR 13 à devenir basse, aidant à

tirer P 4 vers une valeur basse L'état de ND 20 valide égale-

ment ND 23 et NR 14 Comme l'oscillateur est coupé, et la sor-

tie de NR 8 est haute, la sortie de NR 9 est basse, obligeant la sortie de MUX à être basse Ainsi, la broche de sortie haute fréquence P 3 est également maintenue à une valeur basse pendant que l'arc est établi De plus, la sortie Q de FF 20 est couplée avec la sortie de Il, (toutes deux à une valeur haute à ce moment) pour obliger le compteur à être maintenue préréglé via ND 15 et ND 7 Le système restera à

l'état Arc Etabli 34 jusqu'à ce que l'arc disparaisse.

Une fois l'état Arc Etabli 34 atteint, la logique

de commande provoque un retour à l'état 31 lors d'une dé-

faillance de l'arc ND 15 passera d'une valeur basse à une valeur élevée provoquant la production d'une impulsion à

l'entrée C de FF 25 Comme FF 2 était à un (Q basse), l'impu-

lsion à l'entrée C oblige la sortie Q de FF 25 à prendre une

valeur élevée Ceci engendre une impulsion de réinitialisa-

tion via NR 17 et I 5, qui réinitialise SR 2 et SR 3, ramenant le système dans l'état filament à courant continu RMM ( 31),

réinitiant la séquence d'amorçage.

Si à la fin de l'Interrogation prolongée ( 37) o 46 - l'arc n'a pas effectué sa transition (la sortie Il est basse), le système entrera dans un mode cyclique du filament

( 38) Ce mode durerait pendant une période de 3838 impul-

sions d'horloge ( 32 secondes) La seule différence entre les blocs 38 et 39 est la différence de 2,1 secondes en durée. Le bloc 38 est raccourci par la longueur de l'Interrogation Prolongée Ainsi, après les 3838 impulsions d'horloge, une

Interrogation de deux impulsions d'horloge est engendrée.

Si on suppose qu'il, y a eu rupture d'arc pendant le premier mode d'Interrogation haute fréquence, ( 32) (une

Interrogation à quatre impulsions d'horloge), le mode d'In-

terrogation haute fréquence Prolongée ( 33) est le suivant.

La logique causant l'entrée ou la sortie de 33 est la même que pour ( 37), mais la durée de ( 33) est légèrement plus longue car une transition sur FF 6 plutôt que FF 12 a initié

la séquence A la fin de ce mode d'Interrogation haute fré-

quence Prolongée ( 37), l'état suivant est soit l'état Arc

Etabli ( 34), soit le mode cyclique du filament ( 38).

Si on suppose que la lampe ne s'est pas amorcée,

il est souhaitable de terminer l'Interrogation haute fré-

quence après une durée fixe de temps FF 13 à FF 17 avec les portes ND 21, NR 15 et 110 assurent cette fonction Chaque

récurrence de 36 (c'est-à-dire chaque transition d'une va-

leur basse à une valeur élevée de la sortie Q de FF 12) syn-

chronise le compteur de Fin de Vie à cinq étages Lorsque à la fois Q de FF 16 et Q de FF 17 sont basses, N Rl S prendra une valeur élevée et I 10 une valeur basse Lorsque ceci a lieu,

l'inverseur I 10 oblige ND 21 à bloquer le compteur L'inven-

seur I 10 force également ND 20 à rendre conductrices les deux sorties aux broches P 3 et P 4 pour amortir du courant aux

bases de Q 3 et Q 2 (c'est-à-dire maintenir Ql, Q 2, Q 3 blo-

qués) Ceci a pour résultat de maintenir le filament coupé

et termine les impulsions d'horloge, car il n'y a plus au-

cune décharge ou charge significative du condensateur Cl que le circuit intégré puisse détecter Ceci est l'état de Fin 47 -

de Vie ( 40).

Si l'arc ne s'amorce jamais, le temps pour attein-

dre cet état est 94266 impulsions ( 13,09 minutes) Une fois à l'état de Fin de Vie, le seul moyen de sortir est par la production d'un signal de réinitialisation de la mise en marche Ceci s'effectue normalement en coupant le courant

(principale alternative) et en permettant à CI de se déchar-

ger. Egalement incluse dans le circuit intégré logique,

se trouve une logique pour engendrer des séquences de tests.

Due à la durée des intervalles de temps sur le circuit inté-

gré (par exemple 13 minutes jusqu'à la coupure de Fin de Vie, la logique nécessaire pour raccourcir les temps des tests est incorporée afin de rendre pratique une production de volume élevé La logique représentée aux figures SA à SF

permet de tester totalement dans des limites de temps prati-

ques à la fois le circuit intégré et le ballast assemblé.

Afin d'accomplir ceci, la logique de test accélère ce qui suit: le temps entre une Interrogation haute fréquence (blocs -38 et 39 de la figure 3), la durée de l'Interrogation haute fréquence (bloc 36) et l'Interrogation haute fréquence Prolongée, (bloc 40) Egalement comprise est une logique

pour tester les commandes de sortie haute fréquence.

L'accès à ces fonctions de tests est obtenu via la broche P 2 sur le circuit intégré Comme le montre la figure SA, la broche P 2 est une broche à double fonction Cette broche *est normalement utilisée pour détecter du courant

d'arc, mais elle est également utilisée pour accéder au gé-

nérateur de séquence de tests Comme la tension de RI (fi-

gure 1) ne dépasse pas 1 volt dans des conditions normales, on conçoit un seuil pour 54 (la porte à hystéresis sur la broche P 2 utilisée pour accéder à la bascule de test FF 22) qui est supérieure à 1 volt Une valeur typique de ce seuil est de 5 volts Ainsi, un signal de 5 volts serait appliqué pendant un temps suffisamment long pour qu'à la fois 54 et 48 l'amplificateur de détection d'arc réponse (typiquement 50 microsecondes). Lors de l'application de la première impulsion de volts (pas pendant le moment o SR 1 est réinitialisé ou pendant une Interrogation) le premier état de test est vali- dé Par suite de l'impulsion de sortie de 54, la sortie Q de FF 22 est synchronisée à un niveau élevé Ceci pilote les lignes de sélection des multiplexeurs 1 et 4 à un niveau élevé Ainsi MUX 1 envoie O (au lieu de Q de FF 6) à l'entrée de synchronisation de FF 7 et MUX 4 dirige Q de FF 2 (au lieu de Q de FF 2) à la borne de réinitialisation de FF 18 Comme l'impulsion de 5 volts a duré suffisamment longtemps pour que l'amplificateur de détection d'arc réponde, le compteur était préréglé (via Il, ND 15 et ND 7) Comme Q de FF 2 est à un niveau élevé, la ligne Rl du verrou FF 2 est maintenue à

un niveau élevé, ce qui empêche l'apparition de l'Interroga-

*tion haute fréquence de 3 l'millisecondes (bloc 33), en sup-

posant que la fréquence de test a été initiée avant la pre-

mière interrogation) Par conséquent, avec la synchronisa-

tion par O de FF 7, la première impulsion d'horloge après que le signal de sortie de 54 prend une valeur basse, engendre une Interrogation haute fréquence Cependant, la durée est

maintenant déterminée par Q de FF 2 Comme FF 1 était réini-

tialisée et FF 2 mise à un, il y a maintenant deux impulsions depuis le moment o la sortie de 54 a pris une valeur basse jusqu'à ce que Q de FF 2 devienne élevée Comme la première impulsion démarrait l'Interrogation, la durée de la salve est réduite de deux impulsions d'horloge à une impulsion

d'horloge (une salve de 6 millisecondes) Avec la synchroni-

sation de FF 7, le temps entre les interrogations est mainte-

nant réduit à 0,533 secondes, ( 64 impulsions d'horloge) Si une rupture d'arc est détectée pendant l'Interrogation haute

fréquence raccourcie, une Interrogation haute fréquence Pro-

longée raccourcie est engendrée Comme FF 9 commande la fin de l'Interrogation haute fréquence Prolongée (via FF 24), le 49 - temps total de salves sera seulement de 31 millisecondes ( 4 impulsions d'horloge) A la fin de ce temps, le système peut être forcé à l'état Arc Etabli (injection de courant, par

exemple 0,3 ampère, dans Rl) ou il retournera au mode cycli-

que du filament pendant 60 impulsions d'horloge Ce test pourra être poursuivi jusqu'à ce qu'on ait atteint la Fin de Vie ( 1472 impulsions d'horloge ou 12,3 secondes) Cependant,

on a prévu un test séparé pour tester la Fin de Vie.

Lors de l'application de la second impulsion de 5

volts, le compteur à deux étages (FF 22, FF 23) est synclhroni-

sé Ceci force Q de FF 22 à une valeur basse et Q de FF 23 à une valeur haute Ainsi, le verrou SR 2 est encore maintenu réinitialisé car R 3 est haute, empêchant l'Interrogation de fréquence de 31 millisecondes En fait, la seconde séquence

de test bloque toutes les interrogations en forçant une en-

trée de NR 5 à un niveau élevé Ceci empêche Q 12 d'aller à l'entrée de synchronisation de FF 18 Par conséquent, comme

l'entrée choisie de MUX 3 est élevée, O est maintenant diri-

gé à l'entrée de synchronisation de F F 12 Ainsi, le compteur de Fin de Vie peut être testé en 47 impulsions d'horloge

( 0,4 seconde).

L'état final de test dans lequel on pénètre au moyen d'une autre impulsion de 5 volts sur la broche P 2 est

conçu pour aider au test des courants de commande haute fré-

quence Pendant ce test, à la fois les sorties Q de FF 22, et

FF 23 sont à un niveau élevé Ainsi, les deux entrées de ni-

veau élevé dans ND 4 fournissent une valeur basse à la sortie

qui amène l'entrée de sélection de MUX 2 à une valeur basse.

Comme la sortie Q de FF 23 est élevée, cet état est semblable à celui de la seconde séquence de test Cependant, lorsqu'on a atteint la Fin de Vie (après 47 impulsions d'horloge) O est dirigé vers la sortie haute, fréquence via MUX 2 et ND 23, NR 14 Il y a donc une méthode commandée pour fournir des courants de source et d'amortissement à la broche P 3 (sortie RF) pour une mesure externe En variante, si l'impulsion sur - la broche P 2 est maintenue au dessus de 100 m V après avoir été pulsée à 5 volts, la sortie haute fréquence portera un

signal O sans avoir à fournir les 47 impulsions d'horloge.

Ainsi, la procédure de test détaillée ci-dessus permet un test rapide de l'unité d'éclairage qui ne nécessite pas des

broches supplémentaires du circuit intégré.

Le circuit intégré que l'on a décrit fournit des

ondes de sortie aux broches P 3 et P 4 pour piloter le commu-

tateur à transistors Darlington, Q 3, Q 2, Ql comme représenté à la figure 1 Des diodes D 5 et D 7 sont utilisées avec la

commutateur Darlington, comme décrit précédemment, pour pro-

téger le circuit intégré à ses broches de sortie des transi-

toires de commutation négatifs Le commutateur Darlington illustré à la figure 1 peut prendre deux formes différentes

qui fourniront également toutes deux les propriétés de com-

mutation requises et la protection requise du circuit inté-

gré contre les transitoires négatifs Ces variantes, qui

sont illustrées aux figures 7 A et 7 B, ont les mêmes con-

nexions externes que sur la réalisation de la figure 1 Ces connexions se font à la borne de référence de la source de courant, au noeud 16 dans le circuit en dehors de la puce, à

l'entrée de commande du filament de la broche P 4 sur le cir-

cuit intégré et à l'entrée de commande d'Interrogation haute

fréquence de la broche P 3 sur le circuit intégré.

La variante de l-a figure 7 A est conçue pour une

fabrication en utilisant des composants discrets disponi-

bles et comporte trois transistors Q 13, Q 12 et Qll, ayant tous les mêmes propriétés que les transistors représentés dans la réalisation de la figure 1 et la même interconnexion Darlington Egalement, comme sur la figure 1, on prévoit un diode D 16 dans le trajet d'émetteur de Qll et une résistance R 12 ( 12 ohms) en tant que shunt de la base de Qll à la masse Cependant, dans la réalisation de la figure 7 A, la protection contre les transitoires négatifs est assurée par une diode à haute tension D 17 reliée entre la masse et le 51 -

noeud 16 qui es-t commun aux collecteurs des trois transis-

tors Qll, Q 12, Q 13 La diode 17 est polarisée pour empêcher que le noeud ne devienne négatif d'un excès d'une chute de diode par rapport à la masse La diode shuntée D 17 dans la figure 7 A remplace les diodes D 5 et D 7 de la figure 1 pour

la protection du circuit intégré contre les transitoires né-

gatifs. La variante de la figure 7 B est conçue pour un agencement Darlington courant dans lequel trois dispositifs

à transistor conçus pour ce but sont fabriqués sur un subs-

trat commun Les transistors Q 23, Q 22, Q 21 sont tous des

dispositifs haute tension conçus pour les courants et fré-

quences qui doivent être supportés et pour les gains en cou-

rant importants nécessaires pour l'application Le transis-

tor Q 21 est conçu à la fois pour un fonctionnement à courant élevé et haute fréquence afin de minimiser la charge stockée La conception classique assure l'enlèvement de la

charge stockée en utilisant une résistance interne R 22 seu-

lement La protection contre les transitoires négatifs est

fournie comme sur la figure 7 A par une diode shuntée D 27 re-

liée du noeud 16 à la masse On peut fabriquer cette diode

sur un substrat commun'avec les transistors Darlington clas-

siques, ou ce peut être un dispositif externe tel que celui utilisé dans la réalisation de la figure 7 A. L'utilisation d'un commutateur à trois transistors (soit dans la réalisation de la figure 1 ou les variantes des figures 7 A et 7 B) o une connexion d'entrée est utilisée pour le courant continu et le pilotage du filament à 120 Hz et une autre connexion pour la commande d'interrogation haute fréquence de 1000 k Hz a plusieurs avantages pratiques

Le gain supplémentaire de Q 3 permet de supporter des cou-

rants forts entrant brutalement dans le filament froid à Ql

et en même temps permet l'utilisation d'un condensateur ré-

duisant le temps de montée C 5 à la base de Q 3 pour réduire

l'interférence électromagnétique en fonctionnement à 120 Hz.

52 -

L'entrée à haute fréquence pour Q 2 est ainsi isolée du cir-

cuit d'entrée de Q 3 et peut facilement fonctionner à la fré-

quence de 100 k Hz nécessaire pour la fonction d'Interroga-

tion haute fréquence, Le gain de Q 2 est adéquat pour la com-

-mutation de Qi au niveau de courant requis pour l'Interroga- tion haute fréquence; la condition de sortie à tri-états disponibles à la broche P 3 représente un état d'impédance de source élevée pendant la commandé du filament, permettant au signal de l'émetteur de Q 3 de commander la base de Q 2 sans

chargement de la connexion du circuit intégré à la broche P 3.

Le présent agencement de commutation à trois tran-

sistors, combinant trois transistors branchés en Darlington et commandés par un circuit intégré, a fourni une solution plus économique que celle fourni e auparavant pour satisfaire les exigences de commutation de l'unité d'éclairage décrite ici -La même configuration de commutation à transistors a

une capacité de support de courant adéquat pour un échauffe-

ment rapide et efficace d'un filament froid à un niveau de

puissance initiale élevée ( 80 watts) On peut également l'u-

tiliser pour un fonctionnement cyclique efficace du filament à une puissance plus faible choisie ( 56 watts) sur de plus longues périodes du cycle d'amorçage Il peut également être commuté à la fréquence élevée ( 100 k Hz) nécessaire pour l'allumage efficace et la transition de la lampe à arc à un

fonctionnement à basse tension.

L'utilisation du circuit intégré pour commander le commutateur à transistors permet une procédure d'amorçage complexe et très adaptée avec un minimum d'interférence électromagnétique, des coûts raisonnables, et une fiabilité élevée L'agencement provoque des contraintes de tension et thermiques minimum sur les composants électroniques, rendant maximale la fiabilité; Dans la procédure d'amorçage, les salves d'énergie d'allumage sont courtes (inférieures à 31 millisecondes) et sont fournies à une cadence raisonnable en

relation avec ce qui est nécessaire Les salves sont four-

53 -

nies à des intervalles d'un quart de seconde pendant l'amor-

çage pour une lampe à arc froide et à des intervalles d'une demi minutes pour un réamorçage à chaud, ce qui peut prendre plusieurs minutes Lorsque la rupture a lieu, la période d'allumage prolongée pour assurer la transition de l 'arc au fonctionnement à basse tension est réduite à moins de trois secondes Dans le cas o la lampe à arc ne s'amorcerait pas, comme par exemple en cas de défaillance de la lampe à arc, la durée de la salve et l'écart sont les mêmes que pour un réamorçage à chaud, mais se terminent avec la logique "Fin de Vie" après une période comparable à un quart d'heure, ( 13 minutes). 54 -

Claims (8)

REVENDICATIONS

1 Unité d'éclairage caractérisée en ce qu'elle comprend A Une source de courant continu (Dl-D 4, Cl, C 3) ayant deux bornes de sortie, ( 14,15) la seconde ( 15) étant une borne de référence, B Une lampe à arc ( 11) à vapeur métallique ayant une anode et une cathode; et C Un réseau de fonctionnement comprenant 1) un filament résistif à incandescence ( 12) pour fournir de la lumière d'appoint à la lampe à arc, 2) un transformateur (TI) pour dériver une tension survoltée, ayant un premier et un

deuxième enroulement,-

3) un commutateur à semi-conducteurs comprenant une combinaison de trois transistors (QI, Q 2, Q 3), chaque transistor ayant une base, un émetteur et un collecteur, l'émetteur du premier transistor (Q 3) étant relié à la base du deuxième transistor (Q 2), l'émetteur du deuxième transistor étant relié à la base du troisième transistor (Ql), 4 Un condensateur (C 2);

la lampe à arc et le réseau de fonctionnement étant con-

nectés en un montage en branches divergeant à partir d'un noeud commun ( 16); le filament résistif étant relié dans une première branche à la première borne de sortie ( 14) de la source et au noeud (-16); le deuxième enroulement et la lampe à arc étant reliés en série dans une deuxième branche entre le noeud ( 16) et la deuxième borne de la source ( 15); le troisième transistor (Ql) étant relié par son collecteur et son émetteur dans une troisième branche au noeud ( 16) et

à la deuxième borne de la source ( 15); et le premier enrou-

lement et le condensateur (C 2) étant reliés en série dans - une quatrième branche entre le noeud ( 16) et la deuxième borne de la source ( 15) le réseau de fonctionnement comprenant en outre ) un moyen de commande ( 13) pour faire fonction- ner le commutateur en une séquence d'amorçage à états multi- ples, ces états comprenant: a) un état de préallumage dans lequel le

commutateur fonctionne à une cadence de com-

mutation faible appropriée, n'excluant pas

1 o zéro, pour conduire le courant dans les pre-

mière et troisième branches reliées en série

pour assurer l'incandescence du filament ré-

sistif, le condensateur empêchant le courant continu de traverser la quatrième branche b) un état d'allumage dans lequel le commutateur fonctionne cycliquement à une cadence de commutation élevée appropriée

pour alimenter les première, seconde et qua-

trième branches pour assurer l'incandescence du filament résistif et l'allumage et la transition de l'arc dans la lampe à arc; et c) un état allumé dans lequel le commutateur reste ouvert avec le courant fourni par la source de courant continu s'écoulant dans les première et deuxième branche reliées en

série pour maintenir l'arc, le filament ré-

sistif servant de ballast pour la lampe à arc. 2 Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de commande comprennent: 1) un premier moyen (P 4) de commande de base

reliée à la base du premier transistor (Q 3) pour le fonc-

tionnement à cadence de commutation faible; et 2) un deuxième moyen de commande (P 3) de base

relié à la base du deuxième transistor (Q 2) pour le fonc-

56 -

tionnerment à cadence de commutation élevée.

3 Unité d'éclairage selon la revendication 2, caractérisée en ce que le premier moyen de commande de base

(P 4) applique un premier signal d'amorçage en courant conti-

S nu, de courte durée, de longueur et d'amplitude appropriées

pour chauffer un filament froid jusqu'à incandescence.

4 Unité d'éclairage selon la revendication 3, caractérisée en ce que le premier moyen de commande de base (P 4) applique un signal d'impulsions d'amorçage à la cadence de commutation faible, en ayant un rapport cyclique choisi pour maintenir le filament à incandescence à un niveau de

puissance inférieur à celui du premier signal d'amorçage.

Unité d'éclairage selon la revendication 1, caractérisée en ce que le condensateur (C 2) a une valeur choisie par rapport aux paramètres du transformateur et à la cadence de commutation élevée pour fournir une tension de

sortie du transformateur suffisamment élevée pour l'allu-

mage, et une puissance optima poour la transition d'arc.

6 Unité d'éclairage selon la revendication 1,

caractérisée en ce que chacun des enroulements a une pre-

mière et une deuxième bornes, la première borne de chaque enroulement étant de même sens, le première enroulement étant orienté dans la quatrième branche avec la première borne dirigée vers le noeud ( 16), et le second enroulement étant orienté dans la deuxième branche -avec la première borne dirigée vers la deuxième borne de la source ( 15),

grâce à quoi les tensions dans ces deux enroulements s'ajou-

tent pour augmenter la tension d'allumage entre l'anode et

la cathode de la lampe à-arc ( 11).

7 Unité d'éclairage selon la revendication 2,

caractérisée en ce que des moyens sont réalisés pour suppri-

mer la cnarge stockéee du troisième transistor, ces moyens comprenant 1) une diode polarisée (D 6) pour *une conduction

directe, insérée dans ladite troisième branche entre l'émet-

57 - teur du troisième transistor et la deuxième borne de la source, et ayant une charge stockée supérieure à celle du troisième transistor (Qi), et 2) une résistance (R 2) reliée entre la base du troisième transistor et la deuxième borne de la source ayant une valeur choisie pour supprimer la charge stockée pour obtenir un fonctionnement eficace à cadence de commutation élevée. 8 Unité d'éclairage selon la revendication 6,, caractérisée en ce que

les premier et deuxième moyens (P 4, P 3) de com-

mande sont incorporés à un circuit intégré les trois transistors (Qi, Q 2, Q 3) sont du type à conductivité NPN, et la première borne ( 14) de la source a une polarité positive par rapport à la deuxième borne de la source; et en ce que,

des moyens sont réalisés pour protéger le cir-

cuit intégré contre l'injection de tensions de polarité né-

gative par les connexions des commande de base, les collec-

teurs des premier et deuxième transistors étant reliés en-

semble, ces moyens comportant une diode (D 7) reliée entre le collecteur du troisième transistor (QI) et les collecteurs

des premier et second transistors, et polarisée pour empê-

-cher l'application de tensions de polarité négative aux col-

lecteurs des premier et deuxième transistors.

9 Unité d'éclairage selon la revendication 8, caractérisée en ce que les moyens de protection comportent en outre une diode (DS) ayant sa cathode reliée à l'émetteur

du deuxième transistor (Q 2) et son anode reliée à la deu-

xième borne de la source, pour empêcher les bases despremier

et deuxième trnsistor de devenir fortement négatives.

Unité d'éclarage selon la revendication 6, caractérisée en ce que

les premier et deuxième moyens (P 4, P 3) de com-

mande sont incorporés à un circuit intégré 8- - les trois transistors (Ql, Q 2, Q 3) sont du type à conductivité NPN, et la première borne ( 14) de la source a une polarité positive par rapport à la deuxième borne de la source; et en ce que, des moyens sont réalisés pour protéger le cir-

cuit intégré contre l'injection de tensions de polarité né-

gative par les connexions des commande de base, les collec-

teurs des premier, deuxième et troisième transistors étant reliés ensemble, ces moyens comportant une diode (D 17, D 27) ayant sa cathode reliés aux collecteurs et son anode reliée

à la deuxième borne de la source.

11 Unité d'éclairage selon la revendication 6, caractérisée en ce que le deuxième enroulement est disposé autour du premier enroulement, avec les spires de faible tension de ce deuxième enroulement plus proches du premier enroulement pour diminuer le couplage capacitif des hautes

tensions présentes dans le deuxième enroulement avec le pre-

mier enroulement.