FR2612725A1 - Procede et circuit electrique pour le fonctionnement d'une lampe a decharge avec interruption du courant - Google Patents

Abstract

UN SYSTEME D'ALIMENTATION 10 POUR LAMPE A DECHARGE 16 EMPLOIE UN CIRCUIT D'INTERRUPTION DU COURANT DE MANIERE A CONTROLER LA CIRCULATION DU COURANT DANS LA LAMPE. UN COMMUTATEUR DE PUISSANCE 46 EST MONTE EN SERIE AVEC LA LAMPE ET CONTROLE LA VALEUR DU COURANT LA TRAVERSANT EN CONTROLANT LE TEMPS DE MISE EN CIRCUIT DU COURANT. LE TEMPS DE MISE EN CIRCUIT DU COURANT EST MAINTENU PENDANT UN LAPS DE TEMPS RELATIVEMENT COURT, PERMETTANT LE CONTROLE DU COURANT DANS LA LAMPE PAR LA COMMANDE DE L'INTEGRALE DE CE COURANT OU PAR LE CONTROLE DE LA CHARGE FOURNIE A LA LAMPE LORS DE CHAQUE IMPULSION PLUTOT QUE PAR LE CONTROLE DE LA VALEUR DE POINTE DU COURANT. COMME LA TENSION APPLIQUEE A LA LAMPE DEPASSE GENERALEMENT LA VALEUR CLASSIQUE OBSERVEE LORSQU'ON UTILISE UN MOYEN PASSIF POUR LIMITER LE COURANT, PAR EXEMPLE UN REACTEUR EN SERIE, ON REDUIT LES PERTES NON RADIATIVES ASSOCIEES AU FONCTIONNEMENT DE LA LAMPE. APPLICATION AUX LAMPES A DECHARGE.

Description

* I - La présente invention concerne des circuits permettant

de faire fonctionner des lampes à décharge et, plus particu-

lièrement, un circuit et un procédé pour faire fonctionner une lampe à décharge en interrompant de façon contrôlée le courant de la lampe. Une lampe à mercure à faible pression, par exemple une lampe fluorescente, est un dispositif électrique qui présente

certaines caractéristiques électriques spéciales; en particu-

lier, elle a une impédance négative, ce qui signifie qu'après l'amorçage ou l'établissement de l'arc dans la lampe, l'augmentation du courant dans le milieu de décharge situé à l'intérieur de la lampe se traduit par une plus petite

tension entre ses électrodes. A cause de cette caractéris-

tique des lampes à décharge, il s'est avéré nécessaire de fournir un circuit destiné à limiter le courant des circuits

d'alimentation pour permettre le fonctionnement de la lampe.

Si l'on ne prévoit pas une limitation du courant, il en résulte généralement une défaillance de la lampe ou le grillage du circuit d'alimentation. Par conséquent, l'art antérieur prévoit généralement des éléments à impédance électrique qu'on monte en série avec la lampe fluorescente

pour le contrôle du courant.

Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 771 013 -2-

décrit un système d'éclairage employant un circuit d'alimen-

tation statique à courant continu pour faire fonctionner des

lampes fluorescentes. Ce brevet divulgue un circuit d'alimen-

tation de lampe fluorescente permettant de faire fonctionner une lampe conçue spécialement sur du courant continu dans la zone positive de sa caractéristique tension-courant. La tension de la source appliquée à la lampe est réduite dans le cas o cette dernière fonctionne à l'extérieur de la zone

positive de sa caractéristique tension-courant, cette situa-

tion étant détectée lorsqu'il y a atteinte d'un courant maximum prédéterminé, de sorte que le courant fourni à la lampe se trouve surveillé et maintenu au-dessous d'une valeur maximum prédéterminée pour laquelle il pourrait se produire un emballement ou un endommagement de la lampe. Une analyse de l'emballement des lampes fluorescentes est présentée dans un article intitulé "Current Runaway in Fluorescent Lamps", (emballement du courant dans les lampes fluorescentes), publié dans le Journal of IES, Octobre 1972, de John F. Waymouth. L'analyse faite dans cet article conclut qu'en réponse à l'application d'une tension V à courant continu (voir la figure 2a de la présente demande), le courant croît initialement de façon "instantanée" jusqu'à une valeur i1 en 2 microsecondes environ puis augmente exponentiellement dans le temps comme cela est illustré en figure 2b de la présente invention. Compte tenu de cette analyse, on a considéré qu'il était nécessaire de fixer le courant de la lampe à une certaine valeur prédéterminée dans le but d'éviter son emballement et la destruction de la lampe. L'analyse faite dans l'article de Waymouth indique, page 43, colonne de droite, lignes 13-16, que "le problème des circuits est que, pour tout courant supérieur à zéro et pour des tensions égales à VS, la tension de départ (Cela est souligné dans l'article) de la décharge, et tous les points V et i sont situés dans le domaine -d > O; par conséquent le courant augmente régulièrement dans le temps sans qu'il y ait - 3 -

destruction", o --e représente le taux temporel du change-

ment de la densité des électrons. Waymouth contrôle la valeur du courant de la lampe en coupant son circuit d'alimentation avant qu'il n'atteigne une valeur prédéterminée (page 46, colonne de gauche, lignes 1-6).

La présente invention a pour objet un circuit d'ali-

mentation pour lampe à décharge qui fournit une charge

constante à la lampe. L'invention a pour objet plus spécifi-

que un circuit de commutation pour une alimentation de lampe

à décharge qui commande le temps en circuit de la lampe.

En bref, la présente invention concerne, dans un mode de réalisation préféré, un circuit pour le fonctionnement d'une lampe fluorescente comportant un pont de diodes dont l'entrée, côté courant alternatif, est connectée en série avec la lampe, un commutateur de puissance à semiconducteur monté à la sortie côté courant continu du pont, et un circuit de commande pour réguler le rapport cyclique du commutateur de manière à contrôler avantageusement le courant fourni à la lampe.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement:

Figure 1, un schéma illustrant le circuit d'alimenta-

tion de la présente invention; figures 2a et 2b, les diagrammes des formes d'onde de la tension et du courant, respectivement, représentant l'analyse de l'art antérieur concernant le fonctionnement des lampes fluorescentes; figure 3a, un diagramme de forme d'onde représentant la tension du secteur appliquée au circuit de commande de la présente invention; figure 3b, figure qui est liée à la figure 3a, un diagramme représentant la forme d'onde d'entrée de la tension de commande pour le circuit de commande de la présente invention; figure 3c, figure liée aux figures 3a et 3b, un -4diagramme illustrant la forme d'onde de la tension de sortie d'un oscillateur de commande pour attaquer le commutateur de puissance de la présente invention; figure 4, un diagramme de forme d'onde représentant le courant induit dans une lampe fluorescente par une impulsion de tension; figure 5, un diagramme de forme d'onde représentant la forme d'onde du courant de la figure 4 avec une échelle de temps dilatée, figure 6a, une forme d'onde représentant une tension d'entrée sinusoïdale; figure 6b, un diagramme de forme d'onde représentant les impulsions de tension appliquées à la lampe fluorescente par le circuit illustré en figure 1 à certains points de la forme d'onde de la figure 6a; figure 6c, un diagramme de forme d'onde, représentant les impulsions de courant induites dans la lampe par l'application des impulsions de tension illustrées en figure 6b, et figure 7, un diagramme représentant la régulation de

l'ionisation de la lampe selon la présente invention.

Un circuit 10 d'alimentation à courant constant selon la présente invention, tel qu'il est illustré schématiquement en figure 1, comprend des bornes 12 et 14 pour raccordement à une source standard de courant alternatif, telle qu'un secteur de 110 volts. Une lampe à arc à vapeur de mercure basse pression 16, par exemple une lampe fluorescente, est montée en série avec l'entrée, c'est-à-dire avec des bornes et 27 à courant alternatif d'un pont 18 à diodes, bornes qui sont à leur tour connectées aux bornes 12 et 14. Un commutateur d'amorçage 20, tel qu'un starter, est monté entre les bornes de la lampe 16 afin de commander la fourniture du courant de chauffage aux électrodes 22 et 24 de la lampe 16 avant son amorçage. Le pont 18 à diodes est constitué de diodes 26, 28, 30 et 32 montées comme le représente la -5- figure. Un circuit d'alimentation comprenant une diode 36, une résistance 38, un condensateur 40 et une diode Zener 42, monté entre la borne 12 et une borne 34 du pont 18,mise à la masse comme cela est illustré en 47, fournit une tension de

référence constante pour le circuit de commande d'un commuta-

teur de puissance 46 qu'on décrira ci-après. Un condensateur d'entrée 48 est branché aux bornes 12 et 14 de manière à protéger les composants du circuit contre les phénomènes

transitoires pouvant être présents sur le secteur. L'agence-

ment en pont 18, illustré en figure 1 comme ayant l'une de ses bornes de sortie, ou bornes à courant continu, connectée au commutateur de puissance 46 à courant alternatif, permet à ce commutateur, qui est un dispositif à courant continu, de commuter un courant alternatif de manière à contrôler l'intensité du courant appliqué à la lampe 16 et par

conséquent la charge d'ionisation à l'intérieur de la lampe.

Le rapport cyclique du commutateur 46, lequel est de

préférence du type MOSFET de puissance (transistor métal-

oxyde à effet de champ) est contrôlé de manière à maintenir

une charge de transfert presque constante dans la lampe 16.

Le commutateur 46 peut être également un transistor à grille isolée ou un dispositif de Darlington. Le circuit de commande est constitué d'un oscillateur 50 comportant une porte 51, une résistance 52 et un condensateur 54. La porte 51 est un inverseur ayant des entrées du type Schmidt, qui confère à l'inverseur une certaines hystérésis, c'est-à-dire que la sortie de la porte 51 passe du niveau haut au niveau bas lorsque la tension d'entrée atteint un certain niveau haut, mais la sortie ne reviendra pas au niveau haut tant que l'entrée sera réduite à une valeur de la tension inférieure à celle à laquelle s'est produite la première transition de sortie entre niveaux haut et bas. Cette différence entre les valeurs de la tension d'entrée auxquelles la commutation se produit constitue la condition d'hystérésis qui est utilisée - 6 - dans le circuit de l'oscillateur de la présente invention. Si le condensateur 54 est à l'état déchargé, la tension de sortie de la porte 51 sera alors au niveau haut et chargera le condensateur par l'intermédiaire du trajet fourni par la résistance 52. Le condensateur 54 se chargera jusqu'à ce que le seuil de commutation de sens positif de la porte 51 soit atteint. A ce moment-là, l'entrée de la porte 51 au point 56 passe au niveau haut et la tension de sortie de la porte passe au niveau bas, ce qui provoque le commencement de la décharge du condensateur 54. Le condensateur 54 continue à se décharger jusqu'à ce que le seuil de commutation négatif de la porte 51 soit atteint, d'o il résulte que la sortie de la porte 51 passe au niveau haut. La porte 51 répète alors le processus venant d'être exposé. Le circuit oscillateur 50 continuera à osciller, le condensateur 54 se chargeant et se déchargeant entre les deux seuils, et la sortie de la porte 51 passant de la valeur de la tension à la masse connectée à

l'élément de circuit 51.

L'entrée 56 de la porte 51 est reliée, via une résistance 58, à la sortie d'un comparateur 60 à circuit intégré. Le comparateur 60 comporte une première entrée 62, ou entrée positive, reliée à un diviseur de tension constitué de résistances 64 et 66 connectées à une tension de référence à un point 43, de manière à fournir une tension de référence à cette entrée. Le comparateur 60 comporte une seconde entrée 68, ou entrée négative, qui est reliée à un condensateur d'intégration 74 et à une jonction 70, via une résistance 72,

formée d'une résistance 44 et du MOSFET 46.

Le circuit permettant de contr6ler le transfert de charges dans la lampe 16 comporte en outre des inverseurs à circuits intégrés 76, 78 et 80, connectés en parallèle, qui sont reliés à leurs entrées respectives 82, 84 et 86 à la sortie 88 de l'oscillateur 50, et sont également connectés à leurs bornes repectives de sortie 90, 92 et 94 à la grille 96 du MOSFET 46. La borne source 98 du MOSFET de puissance 46 - 7 - est reliée à la jonction 70 et la borne drain 100 du MOSFET est connectée à une borne 102. Le MOSFET 46 est monté de façon à &tre branché entre les bornes 34 et 102 à courant

continu du pont 18 à diodes.

On peut décrire le concept de base du fonctionnement

de la présente invention en liaison avec le courant traver-

sant la lampe fluorescente 16. Le courant circulant dans la lampe 16 est interrompu avant qu'il ait eu la possibilité d'atteindre la condition d'emballement ou partie de la courbe tension/courant de la lampe qui permet un tel emballement, c'est-à-dire que le courant augmente à une valeur telle qu'elle provoque l'endommagement ou la destruction de la

lampe. Pour obtenir un tel contrôle, il faut un temps hors-

circuit approprié pour la lampe de manière à désioniser le milieu ionisé qu'elle renferme et équilibrer la production des porteurs de charges se produisant pendant le temps o la lampe 16 est en circuit. On a découvert que pour le circuit de commande de la commutation provoquant l'interruption du courant, représenté en figure 1, une entrée sinusoïdale étant appliquée entre les bornes 12 et 14 pour utilisation avec une lampe fluorescente à vapeur de mercure de faible pression renfermant de l'argon à une pression d'environ 262 Pa, il est souhaitable d'avoir un courant dans la lampe ayant les formes

d'onde 110 et 120 illustrées en figure 4.

Le courant circulant dans la lampe 16 augment rapide-

ment à l'origine jusqu'à une pointe élevée 112, puis décroît vite, comme cela est illustré à 116, jusqu'à une valeur

minimum 114 à partir de laquelle il augmente exponentiel-

lement comme cela est illustré en 118. S'il n'est pas interrompu, le courant sera porté à une valeur provoquant l'emballement de la lampe, comme cela est illustré par la ligne en tirets 118', jusqu'à ce qu'elle soit défaillante. La partie 116 de la forme d'onde correspondant à une résistance positive, a une durée courte mais finie, de l'ordre de 2-5 microsecondes. Cette partie 116 de la forme d'onde du courant

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n'a pas été perçue par l'art antérieur qu'on a discuté précédemment en liaison avec la figure 2b. Pendant cet intervalle de temps 116, il ne se produit aucune tendance à un emballement du courant. On a découvert qu'on peut exploiter cette caractéristique de fonctionnement à résis-

tance positive pour assurer le contrôle désiré du fonctionne-

ment de la lampe. On produit, grâce à un contrôle approprié de la commutation du courant de la lampe, une série d'impulsions de courant 120 comme cela est illustré en figure 4. Chaque impulsion 120 comprend la partie 116 de la forme d'onde de courant 110 présentant une caractéristique positive de la résistance et une partie 118 correspondant à une caractéristique négative pour la résistance, d'o l'obtention de l'impulsion 120 pendant une durée 122 correspondant

approximativement à 1/5-1/10 de la durée 124 du temps hors-

circuit. En limitant le temps en circuit à une valeur ne dépassant pas la durée 122 de l'impulsion, le circuit de commande maintient le niveau d'ionisation de la lampe dans une plage qui permet son réalluamge rapide sans provoquer

l'emballement du courant.

Une commande ayant la préférence consiste à limiter le temps d'application de l'impulsion 120, illustrée à une échelle agrandie en figure 5, à l'intervalle 126, produisant une forme d'onde 128 ayant une partie réduite 118 à résistance négative, de façon que la lampe puisse fonctionner

essentiellement en dispositif ayant une résistance positive.

Le circuit de la présente invention permet un contrôle précis de la mise en circuit de la lampe, illustré par l'impulsion , et si la commutation est effectuée de façon que cette

durée de mise en circuit se trouve dans une plage prédétermi-

née, par exemple soit inférieure à 5 microsecondes, on peut effectuer commodément la régulation de la lampe en contrôlant la largeur 122 de l'impulsion, par exemple avec le circuit oscillateur décrit précédemment. Pour une telle régulation, l'éclairage de la lampe de la présente invention dépend alors de la charge qui lui est fournie, contrairement aux procédés -9- de l'art antérieur qui dépendent du courant de pointe fourni

à la lampe.

Le circuit de commande pour l'attaque du MOSFET 46 dans le but de produire la forme d'onde désirée qui est illustrée en figure 5 fonctionne de façon que, lorsque la grille 96 reçoit un signal rendant conducteur le MOSFET 46, le courant traverse la lampe 16 et le redresseur en pont 18 et une tension soit appliquée aux bornes de la résistance 44, laquelle est mise à la masse à 47. La tension aux bornes de la résistance 44 est appliquée au condensateur d'intégration 74 via la résistance 72. Le condensateur 74 fournit une tension d'entrée Vc, représentée en figure 3b, à l'entrée

négative 68 du comparateur 60.

La figure 3b, en même temps que les figures 3a et 3c, illustrent une famille de formes d'onde liées les unes aux autres. La figure 3a illustre une forme d'onde d'une partie du premier demi-cycle de la tension de la source de courant alternatif. La figure 3b illustre la forme d'onde VC ayant diverses pentes 144A' 144B et 144C qui augmentent avec l'amplitude de la forme d'onde de la figure 3a. Inversement, la figure 3c illustre des formes d'onde VS ayant des durées diverses 145Ag 145B et 145C qui diminuent avec la réduction

de l'amplitude de la forme d'onde de la figure 3a.

A l'entrée 62 du comparateur 60, lié à la tension Vc de la figure 3b, est appliquée une tension de référence

contrôlable par l'intermédiaire de la résistance variable 66.

En ajustant la valeur de la résistance 66, on peut choisir la tension de l'entrée 62 du comparateur 60 de manière à obtenir la valeur correcte de la tension de commutation pour le comparateur et commander le niveau de la commutation et par

conséquent les durées en circuit et hors circuit de l'oscil-

lateur 50, lequel contrôle, à son tour, les durées en circut et hors circuit du MOSFET 46. La sortie 61 du comparateur est reliée à l'entrée 56 de l'oscillateur 50 et commande le rapport cyclique de l'oscillateur. L'oscillateur 50 fournit

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une sortie à onde généralement carrée aux inverseurs 76, 78 et 80 qui appliquent à leur tour une entrée à onde carrée Vs, illustrée en figure 3c, à la grille 96 du MOSFET 46. Alors que la tension appliquée à l'entrée 68 du comparateur 60 par le condensateur d'intégration 74 devient plus positive que la tension de référence appliquée à l'entrée 62, un côté de la résistance 58 est mis à la masse par l'intermédiaire du comparateur 60. Cela a pour conséquence que le condensateur 54 met davantage de temps à se charger jusqu'à une valeur donnée de la tension, car une partie du courant provenant de la résistance 52 de l'oscillateur est détournée vers la masse via la résistance 58. Par conséquent, le laps de temps pendant lequel la sortie à la borne 88 de l'oscillateur 50 est au niveau haut est plus long qu'il ne le serait en l'absence de la résistance 58. Inversement, la sortie à la borne 88 de l'oscillateur 50 se trouve à l'état bas pendant une durée plus courte car les deux résistances 52 et 58 déchargent le condensateur 54 lorsque la sortie à la borne 88 est à l'état bas. La sortie à la borne 61 du comparateur 60 est un collecteur ouvert, de sorte que lorsque l'entrée plus 62 (tension de référence) est supérieure à l'entrée moins 68, la sortie est flottante au point 61, et l'effet sur l'oscillateur est le même que si la résistance 58 n'était pas présente. La sortie de l'oscillateur 50 est connectée à la grille 96 du MOSFET 46 par l'intermédiaire des inverseurs 76, 78 et 80 montés en parallèle pour fournir de préférence une capacité d'attaque plus grande pour le MOSFET 46. En faisant

fonctionner le comparateur 60 et l'oscillateur 50 en conjonc-

tion avec le condensateur 54 comme on l'a décrit ci-dessus, on contrôle très précisément le rapport cyclique du MOSFET 46. Les sorties des trois inverseurs 76, 78 et 80 sont au niveau haut pendant une durée plus courte et au niveau bas pendant une durée plus longue, car la sortie de l'oscillateur est au niveau bas pendant une durée plus courte et au niveau haut pendant une durée plus longue par suite de la - l1 - 2612725 présence du circuit de commande d'entrée qu'on a décrit précédemment. Par conséquent, la durée de mise en circuit pour le MOSFET 46 est plus courte que sa durée de mise hors circuit, comme cela est représenté, en figure 3c, ce qui a pour effet de réduire le courant total traversant le MOSFET

46 et par conséquent la lampe 16.

Le condensateur d'intégration 74 et la résistance 72 établissent la moyenne du courant par l'intermédiaire de la résistance 44 avec une constante de temps qui est courte par rapport à la durée d'un demi-cycle du secteur à 60 hertz. La tension à l'entrée 68 du comparateur 60 est proportionnelle au courant traversant la résistance 44 et, par conséquent, au courant circulant dans le MOSFET 46 et la lampe 16. La commutation de la sortie 61 du comparateur 60 est déterminée par le taux de charge du condensateur 74, Vc illustrée en figure 3b, qui est fonction du courant traversant la résistance 44 et le MOSFET 46. Par conséquent, comme cela est représenté en figure 3c, le rapport cyclique du MOSFET 46 varie lors de chaque demi-cycle de la fréquence du secteur en

fonction inverse de la tension aux bornes de la lampe, c'est-

à-dire que l'entrée VS de la grille 96 du MOSFET est au niveau haut pendant une durée plus courte, comme cela est représenté en 144A' lorsque la tension est élevée et est au niveau haut pendant une durée plus longue, comme cela est illustré en 144B, lorsque la tension est basse, ce qui se traduit par le maintien à une valeur constante du courant moyen traversant la lampe. Si le courant traversant la résistance 44 est trop élevé, le condensateur 74 applique rapidement un signal à l'entrée négative 68 du comparateur 60, provoquant la mise à la masse de la sortie de ce comparateur, d'o la dérivation par la résistance 58 d'une partie du courant qui chargerait normalement le condensateur 54 par l'intermédiaire de la résistance 52. Cela allonge le temps de mise en circuit de l'oscillateur 50 et le temps de mise hors circuit du MOSFET 46 et par conséquent de passage

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du courant dans la lampe 16, réduisant ainsi le courant moyen traversant la lampe. De cette façon, le courant moyen traversant la lampe 16 est maintenu constant quelle que soit

la tension de celle-ci.

En figures 6b et 6c, respectivement, on a illustré les formes d'onde pour la tension et le courant de la lampe dans

le cas d'une tension sinusoïdale d'entrée, illustrée partiel-

lement en 130 de la figure 6a, comme l'entrée aux bornes 12 et 14. Le courant traversant la lampe est proportionnel à la tension présente à ses bornes lorsqu'elle fonctionne dans la

partie 116 à résistance positive de sa caractéristique.

L'oscillateur 50 commute le MOSFET 46 à l'état passant et non passant à une fréquence élevée, par exemple de l'ordre de 20 kHz, à moins que le comparateur 60 provoque une transition de commutation. Lorsque le MOSFET 46 est à l'état passant à une haute valeur de la tension, comme cela est illustré en 145c de la figure 3c, le courant de la lampe est élevé, d'o le passage d'un courant intense dans la résistance 44 pour charger le condensateur 74 à un seuil de tension positif dans un temps plus court, comme cela est illustré à 144C de la figure 3b, que la fréquence normale de l'oscillateur pour que le comparateur 60 fasse commuter l'oscillateur 50 et par conséquent rende non passant le MOSFET 46 afin qu'il y ait interruption du courant dans la lampe après une durée en

circuit plus courte.

Comme cela est illustré, lorsque la lampe est mise en service à une faible valeur 132 de la tension (figure 6a), l'impulsion de tension 134 de la figure 6b a une faible amplitude et une durée 136 plus longue que la durée 138 de l'impulsion de tension 140 ayant une amplitude élevée due à la valeur 142 de la tension de la forme d'onde d'entrée 130 au moment de la mise en service. D'une façon similaire, l'impulsion de courant 135 a une faible amplitude par rapport à celle de l'impulsion de courant 141, mais une durée beaucoup plus longue. Aux valeurs plus faibles de la tension, 13 - le courant traversant la résistance 44 est trop peu intense pour charger le condensateur 74 à une tension suffisante pour provoquer la commutation du comparateur 60. Par conséquent, le courant de la lampe est appliqué et coupé à la fréquence de l'oscillateur pour une faible amplitude, comme cela est

représenté par les impulsions de courant 135 de la figure 6c.

De cette manière, la charge d'ionisation de la lampe est

maintenue à une valeur essentiellement constante.

La régulation de l'ionisation suit la caractéristique 150 illustrée en figure 7 pour que le fonctionnement se fasse en conformité avec la présente invention. On remarquera qu'aucune zone importante à impédance négative, dans laquelle la tension diminue alors que le courant croît, n'existe en figure 7. Des éléments de limitation du courant de la lampe montés dans le circuit de commande sont inutiles et la régulation de la lampe est réduite à une opération de commutation contrôlée dans le temps, car le courant et la

tension sont toujours proportionnels l'un à l'autre.

On a découvert que si le temps de commutation du circuit d'interruption est suffisamment réduit, de façon que le temps de mise en circuit soit inférieur à environ 20 microsecondes et le temps de mise hors circuit soit inférieur à environ 100 microsecondes, il est possible d'atteindre une

amélioration de l'efficacité du système supérieure à 50%.

Cela est dû à trois facteurs: (1) Contrairement aux observations concernant le fonctionnement statique et le fonctionnement dans la zone d'emballement pour des systèmes contrôlés dynamiquement, aucune pénalité n'est encourue dans l'efficacité de la colonne positive lors du fonctionnement d'une lampe utilisant ces impulsions élevées de courant pendant de courtes durées. Apparemment, étant donné qu'il se produit de très faibles ionisation et désionisation pendant des durées de mise en circuit inférieures à 20 microsecondes, on évite les pertes associées à la production des ions. De fait, il y a une production si faible des porteurs de charges

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que l'emballement peut être maîtrisé en contrôlant la charge (l'intégrale du courant) plutôt que le courant de pointe pour chaque impulsion. (2) En appliquant la tension du secteur à la lampe, le rapport de la chute entre la colonne positive et la chute des électrodes est amélioré, ce qui se traduit par une réduction des pertes des électrodes; et (3) les améliorations de l'efficacité d'un ballast que confèrent les circuits électroniques apportent un accroissement important

du rendement de la lampe par rapport aux systèmes classiques.

Par conséquent, la présente invention fournit un mécanisme pour réguler la puissance fournie aux lampes électriques à décharge sans nécessiter des dispositifs limiteurs de courant

emmagasinant de l'énergie tels qu'un ballast électromagnéti-

que classique.

Bien que la discussion précédente ait porté sur une lampe 16 constituée d'une lampe à arc à vapeur de mercure à basse pression, telle qu'une lampe fluorescente, la présente invention s'applique également à d'autres lampes telles que les lampes à mercure à haute pression, les lampes au sodium à haute et basse pression, les lampes au zénon à haute et basse pression et les lampes aux halogénures métalliques. Pour toutes les applications envisagées, le fonctionnement des lampes comportant une enveloppe capable de renfermer des atomes du gaz de décharge ne nécessite que l'application de la tension d'une source connectée électriquement en série avec la lampe concernée et un commutateur d'interruption du courant. Dans les applications envisagées, il ne faut alors

que contrôler le rapport cyclique du commutateur d'interrup-

tion du courant de manière à maintenir une valeur prédétermi-

née de la puissance dans l'enveloppe de la lampe en suivant

la manière décrite précédemment. En outre, bien que la discussion précédente ait décrit une excitation sous

forme de source à courant alternatif, la pratique de la présente invention envisage l'emploi d'une excitation à partir d'une source à courant continu. D'une

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façon similaire, l'excitation à courant alternatif n'a pas à être limitée à une forme d'onde sinusoïdale en ce sens qu'elle peut avoir d'autres formes, par exemple une forme

rectangulaire et une forme en dent de scie.

On remarquera maintenant que la présente invention prévoit un agencement de circuit et un procédé pour faire fonctionner une lampe à décharge qui permettent de contrôler sélectivement les durées de mise en circuit et hors circuit de la lampe de manière à maintenir avantageusement une

ionisation prédéterminée de celle-ci.

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Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour faire fonctionner des lampes à décharge, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: appliquer une entrée en tension connectée électrique- ment en série avec une lampe à décharge (16) comportant une enveloppe renfermant des atomes du gaz de décharge et un commutateur (46) d'interruption du courant; et

contrôler le rapport cyclique du commutateur d'inter-

ruption du courant de manière à maintenir une valeur

prédéterminée de la puissance dans l'enveloppe de la lampe.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la lampe à décharge (16) est choisie dans le groupe constitué des lampes au sodium à haute pression, des lampes au sodium à basse pression, des lampes à arc à vapeur de mercure à haute pression, des lampes à arc à vapeur de mercure à basse pression, des lampes au xénon à basse pression, des lampes au xénon à haute pression et des lampes

à halogénure métallique.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que l'entrée en tension est une source de courant continu.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce

que l'entrée en tension est une source de courant alternatif.

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension a une forme d'onde choisie dans le groupe comprenant une onde sinusoïdale, une onde rectangulaire et

une onde en dents de scie.

6. Procédé pour faire fonctionner des lampes à décharge à basse pression, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: appliquer une forme d'onde sinusoïdale d'entrée à une première paire de bornes à courant alternatif (12, 14)d'un circuit redresseur (18) connecté électriquement en série à une lampe à décharge à basse pression (16); imposer une tension aux électrodes (22, 24) de la

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lampe à décharge à basse pression de manière à amorcer la lampe; imposer une forme d'onde à haute fréquence à la lampe avec un rapport cyclique variable, et contrôler le rapport cyclique de manière à maintenir une valeur prédéterminée de l'ionisation des atomes du gaz de

décharge à l'intérieur de l'enveloppe de la lampe.

7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tension imposée a une valeur relativement élevée et

une forme ressemblant à une impulsion.

8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape consistant à imposer une haute fréquence comprend l'étape consistant à imposer une suite d'impulsions

(120) de courant électrique aux électrodes de la lampe.

9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à: faire fonctionner la lampe à décharge dans la partie

(116) à résistance positive de la caractéristique de fonc-

tionnement du courant de la lampe.

10. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'étape consistant à contrôler le rapport cyclique comprend: l'application de la sortie d'un oscillateur piloté (50) à la grille (96) d'un commutateur à courant alternatif (46) monté en série avec la lampe pour commander la mise en circuit du courant dans la lampe de façon que la durée de cette mise en circuit soit inférieure ou égale au cinquième

du temps de mise hors circuit du courant de la lampe.

11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le commutateur à courant alternatif (46) est choisi dans le groupe constitué d'un MOSFET de puissance, d'un

transistor à grille isolée, et d'un dispositif de Darlington.

12. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le temps de mise en circuit est inférieur à 20

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microsecondes; et le temps de mise hors circuit est inférieur à 100 microsecondes.

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape consistant à contrôler le rapport cyclique comprend en outre: la fourniture d'un signal d'entrée de commutation à l'entrée de l'oscillateur (50) en fonction de l'intégrale du

courant de la lampe.

14. Circuit électrique pour faire fonctionner des lampes à arc à vapeur de mercure de basse pression, caractérisé en ce qu'il comprend: un circuit redresseur (18) présentant une première paire de bornes à courant alternatif (25, 27) et une seconde paire de bornes à courant continu (34, 102); l'une des bornes à courant alternatif fournissant un moyen d'entrée pour branchement à une source d'énergie électrique à courant alternatif et l'autre des bornes à courant alternatif fournissant un moyen pour une connexion en série à au moins une électrode de la lampe à arc à vapeur de mercure de basse presion; et un moyen de circuit de commande (50, 51, 52, 54) connecté à la seconde paire de bornes à courant continu comportant: un moyen (51) pour interrompre périodiquement le courant alternatif fourni à la lampe à une fréquence

prédéterminée supérieure à la fréquence de l'énergie élec-

trique à courant alternatif; et un moyen (74, 72) pour contrôler la valeur moyenne du courant alternatif traversant la lampe en commandant le temps de mise en circuit du courant alternatif par l'intermédiaire

du circuit redresseur.

15. Circuit électrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que le moyen de circuit de commande comprend en outre:

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un dispositif de commutation à semi-conducteur (46) connecté aux bornes à courant continu du circuit redresseur (18); un circuit oscillateur (50) connecté au dispositif de commutation pour fournir des impulsions (120) de mise en circuit/mise hors circuit à la fréquence prédéterminée; et un moyen de commande connecté au circuit oscillateur (50), commutant pour contrôler la commutation de ce circuit en réponse au passage du courant dans le dispositif de

commutation à semi-conducteur.

16. Circuit électrique selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un moyen pour fournir un signal d'entrée de commande de la commutation qui est appliqué au dispositif de commande de la commutation en fonction de l'intégrale du courant

continu traversant le dispositif de commutation à semi-

conducteur.

17. Circuit électrique selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un moyen de régulateur relié à l'entrée du circuit oscillateur (50) pour contrôler le rapport cyclique de ce circuit.

18. Circuit électrique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le dispositif de commande de la commutation comprend: un moyen de comparateur (60) ayant une première entrée (68) pour recevoir un premier signal d'entrée proportionnel à l'intégrale du courant traversant la lampe et une seconde entrée (62) pour recevoir un signal de référence afin de comparer le premier signal d'entrée et le second signal d'entrée et fournir un signal de sortie en réponse à la comparaison au circuit oscillateur (50) et commander l'état

du circuit oscillateur.

19. Circuit électrique selon la revendication 17, caractérisé en ce que le moyen de régulateur comprend en

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outre: un condensateur (74) de stockage de charges pour contrôler la tension à l'entrée du circuit oscillateur; et un moyen de décharge (44) pour contrôler le taux de la charge et de la décharge du condensateur de stockage de charges. 20. Circuit électrique selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: un moyen de résistance variable (64, 66) ayant une prise connectée à la seconde entrée du moyen de comparateur (60) afin de fournir le signal de référence; et un moyen d'alimentation (43) connecté au moyen de résistance variable pour lui fournir un signal à courant

continu ayant une tension prédéterminée.

21. Circuit électrique selon la revendication 15,

caractérisé en ce que le dispositif de commutation à semi-

conducteur comprend: un MOSFET de puissance (46) ayant une borne grille (96) connectée à la sortie du circuit oscillateur (50), une borne-drain (100) reliée à l'une des bornes à courant continu du circuit redresseur et une borne-source (98) connectée au moyen fournissant un signal d'entrée pour la commande de la commutation.

22. Circuit électrique selon la revendication 14, caractérisé en ce que: le temps de mise hors-circuit est inférieur à 100 microsecondes et le temps de mise en circuit est inférieur à 20 microsecondes.