FR2630614A1 - Circuit ballast pour lampe a halogene-metal - Google Patents

Abstract

On décrit un circuit ballast et un procédé pour faire fonctionner des lampes à décharge. Le circuit produit un courant à onde carrée régulé, de fréquence relativement faible, qui permet avantageusement le fonctionnement de la lampe à décharge pendant son mode de marche normale. Le courant à onde carrée fourni aux électrodes de la lampe à décharge réduit, voire élimine pratiquement, les effets de la cataphorèse qu'on rencontre généralement dans le fonctionnement à courant continu et à 60 Hz d'une lampe à décharge, tout en réduisant, voire en éliminant, les effets néfastes de la résonance acoustique qui sont généralement créés par le fonctionnement des lampes à décharge à des fréquences d'excitation relativement élevée. Applications aux lampes à halogène-métal et aux lampes à halogène-métal-xénon.

Description

-1' La présente invention concerne un circuit ballast et un procédé pour

faire fonctionner des lampes à halogène métal et à halogène métal-xénon afin de réduire, voire de pratiquement éliminer, les effets néfastes de la cataphorèse et de la résonance acoustique qu'on rencontre généralement

lors du fonctionnement de telles lampes à halogène-métal.

Comme on le décrit dans les demandes de brevet des Etats-Unis d'Amérique n 157 360, 157 359 et 157 436, on souhaite disposer de lampes à décharge pour automobile pour que les ingénieurs de l'automobile puissent abaisser le

capot des véhicules dans le but d'améliorer l'aspect et éga-

lement les performances aérodynamiques des voitures. Comme cela est décrit en outre dans la demande de brevet des Etats-Unis n 157 360, les lampes à halogène-métal, lorsqu'elles fonctionnent à partir d'une source de courant alternatif, par exemple de 60 Hz ou d'une source.à courant

continu, subissent les effets de la cataphorèse qui provo-

quent le déplacement de l'halogénure des lampes vers les zones. d'extrémité de la lampe et celui-ci ne contribue pas à l'éclairage. Cette demande de brevet des Etats-Unis d'Amérique décrit l'utilisation d'un élément de protection

2630'614

-2-

sous vide dans le but d'éliminer les effets de la catapho-

rèse associés aux lampes à halogène-métal et à halogène-

métal-xénon. Alors qu'un tel élément de protection sous vide remplit son rôle, on souhaite éliminer les effets de la cataphorèse sans devoir faire appel à un élément de protec- tion sous vide, d'o la réduction des coûts de fabrication

des lampes de ce type.

Les effets de la cataphorèse sur le fonctionnement des lampes à halogènemétal de faible puissance ne sont pas importants pour des fréquences de fonctionnement atteignant environ 1 KHz, mais peuvent être compensés en alimentant ces lampes à une fréquence relativement élevée. Cependant, le fonctionnement à fréquence élevée peut provoquer des effets de résonance acoustique qui dégradent le fonctionnement des lampes. De tels effets de résonance sont décrits dans le

brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 170 746, qu'on incor-

pore ici à titre de référence et auquel on peut se reporter pour trouver des détails supplémentaires sur les effets

néfastes de la résonance acoustique.

Comme cela est décrit dans le brevet des Etats-

Unis d'Amérique n 4 042 856, colonne 4, lignes 1 à 60, on peut éviter les effets de la résonance acoustique liés aux lampes à décharge auxquelles un courant alternatif est appliqué en ayant une fréquence de fonctionnement comprise

entre 10 et 40 KHz qui est associée aux ondulations du cou-

rant alternatif appliqué à la lampe.

Le transport cataphorétique des ions métal dans les lampes à décharge de faible puissance du type à halogène-métal peut également se produire lorsque les lampes

sont alimentées avec un courant continu. Le transport cata-

phorétique néfaste des lampes à halogène-métal se produisant pendant un fonctionnement en courant continu se remarque

plus particulièrement lorsque la lampe est orientée vertica-

lement pendant son fonctionnement. Le fonctionnement dans la position verticale provoque l'extraction, ou déplacement, - 3 -

par effet de gravitation des halogénures métalliques à par-

tir de la position centrale désirée de la lampe et leur introduction dans les zones d'extrémité, ce qui empêche l'halogénure métallique de contribuer à l'éclairage de la lampe. On souhaite disposer de moyens qui permettent d'obtenir n'importe quelle orientation des lampes à halogènemétal de façon que les ingénieurs de l'automobile et les concepteurs des dispositifs de fixation des lampes aient la liberté d'orienter la lampe à halogène-métal en

fonction de leurs besoins particuliers.

Par conséquent, la présente invention a pour objet un procédé pour faire fonctionner des lampes à décharge sans

qu'il soit nécessaire de faire appel à un élément de protec-

tion sous vide tout en réduisant simultanément, voire en éliminant pratiquement, les effets de la cataphorèse et de

la résonance acoustique sur les lampes à décharge et en per-

mettant que la lampe soit disposée dans n'importe quelle orientation.

La.présente invention a pour objet un circuit bal-

last qui permet d'utiliser le procédé de fonctionnement sou-

haité pour les lampes à décharge.

La présente invention a encore pour objet un pro-

cédé et un circuit ballast pour faire fonctionner diverses lampes à décharge telles qu'une lampe au xénon, une lampe à

halogène-métal et une lampe à halogène-métal-xénon.

La présente invention a pour objet un circuit bal-

last et un procédé pour faire fonctionner des lampes à

décharge dans le but de réduire, voire d'éliminer pratique-

ment, les effets néfastes de la cataphorèse et de la réson-

nance acoustique qu'on rencontre généralement pendant la

marche des lampes de ce type.

Le procédé de fonctionnement des lampes à décharge

comprend les étapes consistant à appliquer une tension rela-

tivement élevée aux deux électrodes de la lampe de manière à provoquer l'excitation 'des ingrédients qu'elle renferme et à -4- délivrer ensuite un courant régulé à onde carrée ayant une fréquence relativement basse aux deux -électrodes de la lampe de manière à maintenir son excitation. On désire en outre que le procédé permette de changer alternativement le sens dans lequel le courant à onde carrée est fourni aux élec-

trodes sur une base périodique.

Le circuit ballast comprend un régulateur de cou-

rant avec commutation courant continu en courant continu destiné à être connecté à une source d'excitation à courant continu et répondant 1) à un moyen pour générer un signal de commande et 2) à un moyen pour établir et détecter l'intensité du courant traversant la lampe à décharge. Le régulateur de courant continu/courant continu est rendu périodiquement conducteur en réponse au signal de commande de manière à produire périodiquement un courant continu régulé à onde carrée. Le régulateur de courant est rendu non conducteur en réponse à des valeurs prédéterminées de l'intensité du courant traversant la lampe à décharge. Le circuit ballast comprend en outre un moyen de pont monté entre le régulateur de courant et la lampe à décharge. Le

moyen de pont répond au moyen générant les signaux de com-

mande de manière à diriger le courant régulé dans des sens

alternés dans la lampe à décharge.

On préfère que le circuit ballast comporte égale-

ment un moyen de démarrage monté entre les bornes de la lampe à décharge et produisant une impulsion de tension relativement élevée, se produisant périodiquement, pour amorcer et établir les conditions de l'arc de la lampe à décharge.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées qui représentent respectivement: Figure 1, un mode de réalisation du fonctionnement

d'une lampe à décharge dans un phare qui convient particu-

lièrement aux applications automobiles; Figure 2, schéma sous forme de blocs des relations - 5 - avec le circuit ballast- de la présente invention; Figure 3, un schéma de l'agencement des circuits de redressement de l'alimentation à courant alternatif et de filtrage par condensateur; Figure 4, un schéma du modulateur à largeur d'impulsions, de l'oscillateur d'horloge et du diviseur de

fréquence de la présente invention.

Figure 5, un schéma du régulateur du courant de commutation courant continu/courant continu de la présente invention; Figure 6, un schéma du pont d'inversion du courant de la présente invention; Figure 7, un convertisseur surélévateur courant continu/courant continu lié à la présente invention; Figure 8, un schéma de l'agencement des circuits

de commande du courant pour lumière instantanée de la pré-

sente invention; Figure 9, un schéma de circuit de démarrage pour

diverses lampes à décharge liées à la présente invention.

Dans un mode de réalisation de la présente inven-

tion, on prévoit un circuit ballast et-un procédé pour faire fonctionner un phare d'automobile 10 représenté en figure 1 - comme comprenant un réflecteur 12, une lentille 14 et une source lumineuse 16. La source lumineuse 16 peut être de types divers, chacun comportant des ingrédients pouvant être excités tels que ceux décrits dans les demandes de brevets

des Etats-Unis d'Amérique mentionnées ci-dessus, et aux-

quelles on peut se reporter pour avoir des détails complé-

mentaires sur la lampe 10 et les diverses sources lumi-

neuses.

Comme on l'a discuté dans le présent contexte, une

lampe à décharge telle qu'une source lumineuse à halogène-

métal, lorsqu'elle ne bénéficie pas des avantages de la pré-

seinte invention, peut subir généralement les effets de la cataphorèse lorsqu'elle fonctionne à partir d'une source de - 6 - courant alternatif de fréquence relativement basse telle que Hz ou à partir d'une source d'alimentation à courant continu. D'une façon similaire, la source lumineuse à halogène-métal peut généralement subir les effets néfastes de la résonance acoustique lorsqu'elle fonctionne à une fré-

quence relativement élevée telle que 30 KHz.

Dans des tentatives pour trouver une solution à ces effets néfastes, on a procédé à certaines observations

et analyses du comportement des petites lampes à halogène-

métal orientées dans le sens horizontal dans le but de mieux

comprendre encore le rôle de la cataphorèse sur le fonction-

nement à courant alternatif et à courant continu des lampes à halogènemétal. Ces observations et analyses ont débouché sur la mise au point d'un moyen pour contrôler le contenu en métaux rayonnants de l'arc se trouvant à l'intérieur des

lampes à halogène-métal par rapport à la fréquence de fonc-

tionnement des lampes.

L'une des observations les plus importantes a concerné les petites lampes à halogène-métal telles que la

source lumineuse 16 mentionnée ci-dessus, et cette observa-

tion a révélé que ces lampes avaient un rendement notable-

ment plus élevé et une température de couleur plus basse lorsqu'elles fonctionnaient à une fréquence de plusieurs KHz

et plus que dans le cas d'un fonctionnement à une basse fré-

quence telle que 60 Hz. Cette observation a montré qu'il.y avait des densités sensiblement plus élevées des métaux

rayonnants dans l'arc pendant un tel fonctionnement à fré-

quence élevée. Cette indication a été confirmée par l'observation du fonctionnement des lampes à halogène-métal par l'intermédiaire de filtres qui permettaient d'examiner sélectivement la lumière transmise qui était produite par l'ingrédient sodium excité se trouvant à l'intérieur de la

lampe. On a en outre observé que la basse fréquence de fonc-

tionnement de la lampe pouvait être suivie par un enregis-

treur vidéo et que l'ingrédient sodium contribuant à l'arc -7 de la lampe avait l'aspect d'un nuage fixé au connecteur ou électrode de la lampe, lequel avait une limite assez nette au droit de l'anode et se déplaçait vers la cathode lors de chaque alternance du fonctionnement de la lampe en courant alternatif. On a également observé que les halogénures condensés avaient tendance à se déposer dans les zones

d'extrémité ou chambres de la source lumineuse à halogène-

métal aux basses fréquences de fonctionnement, alors qu'aux hautes fréquences, les produits condensés s'accumulaient principalement dans la zone centrale inférieure du tube de la source lumineuse. Ces deux mouvements avaient pour effet de faire sortir l'ingrédient halogénure de son emplacement central souhaité entre les électrodes et par conséquent retardaient la contribution de l'ingrédient halogénure à

l'éclairage souhaité pour la lampe à halogène-métal.

D'après les observations, les analyses, et les

-expérimentations ultérieures destinées à corriger le fonc-

tionnement néfaste de la lampe à halogène-métal, on a déter-

miné un procédé pour faire fonctionner la lampe qui permet de réduire, voire d'éliminer pratiquement, les effets néfastes de la cataphorèse et de la résonance acoustique sur le fonctionnement de la lampe à halogènemétal. Dans l'étude du procédé souhaité pour le fonctionnement de lampes à halogène-métal de ce type, on a déterminé les paramètres et

l'agencement opérationnels pour un circuit ballast qui per-

met le fonctionnement désiré pour une telle lampe.

La présente invention propose un circuit ballast et un procédé pour le fonctionnement de divers types de lampes à décharge telles que les lampes à halogène ainsi que les lampes au xénon. En général, le circuit ballast provoque l'établissement de la phase initiale ou de démarrage de l'ionisation des lampes à décharge concernées par l'application d'impulsions de tension relativement élevée, et le circuit est alors excité avec un courant régulé à onde carrée pendant son fonctionnement. Le circuit ballast assure - 8- *une telle excitation. Ce circuit produit un courant régulé à

onde carrée de fréquence relativement faible qui fait fonc-

tionner avantageusement la lampe pendant son mode de marche normal avec un tel courant fourni aux électrodes de manière à réduire, voire pratiquement éliminer, les effets de la - cataphorèse qu'on rencontre généralement non seulement lors

d'un fonctionnement à 60 Hz mais également lors d'un fonc-

tionnement en courant continu de la lampe. Cette excitation par courant à onde carrée réduit également, voire élimine sensiblement, les effets néfastes de la résonance acoustique qui sont généralement créés par le fonctionnement de la

lampe à une fréquence relativement élevée.

Le procédé de la présente invention concernant le fonctionnement de la source lumineuse 16 comprend les étapes consistant à appliquer une tension relativement élevée aux deux électrodes de manière à provoquer l'excitation initiale des ingrédients de la lampe à décharge. Après une telle excitation, la présente invention délivre un courant à onde carrée ayant une fréquence relativement faible aux deux électrodes dans le but de maintenir l'excitation de la lampe. En outre, on préfère que le présent procédé change alternativement, sur une base périodique, le sens dans lequel le courant d'excitation est fourni aux électrodes. Le courant à onde carrée est compris entre environ 0,2 ampère et environ 2,0 ampères et la fréquence de répétition est

d'environ 1 milliseconde à environ 0,1 milliseconde.-On pré-

fère que la tension relativement élevée établisse ou démarre l'excitation des ingrédients de la lampe à une tension alternative ayant une valeur de l'ordre de 20 000 volts et une fréquence d'environ 5 KHz., En général, le circuit ballast de la présente invention comprend, pour faire fonctionner la lampe à halogène-métal, un régulateur de courant à commutation courant continu/courant continu destiné à être monté entre une source d'excitation à courant continu et répondant (1) à -9- un moyen pour produire un signal de commande se produisant périodiquement, et (2) à un moyen pour établir et détecter l'intensité du courant traversant la lampe à décharge. Le régulateur du courant continu/courant continu est rendu périodiquement conducteur en réponse au signal de commande se produisant périodiquement de manière à générer un courant régulé à onde carrée ayant les paramètres qu'on a discutés

précédemment. Le régulateur de courant est rendu non conduc-

teur en réponse à une valeur prédéterminée du courant tra-

versant la lampe à décharge. Le circuit ballast comprend en outre un moyen de pont monté entre le courant régulé du régulateur et la lampe à décharge. Le moyen de pont répond

au moyen générant le signal de commande se produisant pério-

diquement de manière à diriger le courant régulé du régula-

teur dans des sens alternés dans la lampe à décharge. On souhaite de plus que le circuit ballast comprenne en outre un moyen de démarrage monté entre les bornes de la lampe à décharge et générant l'impulsion de tension relativement élevée se produisant périodiquement, ayant les paramètres

donnés précédemment pour provoquer l'excitation des ingré-

dients présents à l'intérieur de la lampe à décharge 16.

Un schéma sous forme de blocs du circuit ballast de la présente invention est illustré en figure 2, laquelle représenté les connexions d'un circuit 100 de redressement de puissance alternative et de filtrage par condensateur (figure 3), d'un modulateur par largeur d'impulsion, d'un oscillateur d'horloge et diviseur de fréquence 200 (figure 4), d'un régulateur 300 de courant à commutation courant continu/courant continu (figure 5), d'un pont d'inversion de courant 400 (figure 6), d'un convertisseur surélévateur courant continu/courant continu 500 (figure 7), d'un circuit 600 de commande du courant d'éclairage instantané (figure 8)

et d'un starter 700 pour lampes au xénon, à halogène-métal-

xénon et halogène-métal. Les figures 3, 4, 5, 6, 7, 8 et 9

représentent, respectivement, les composants de leurs cir-

- 10 -

cuits ayant pour référence 100, 200, 300, 400, 500, 600 et 700. Les composants des circuits des figures 3 à 9 ont la désignation et/ou le type donnés dans le Tableau I ci dessous.

TABLEAU I

DESIGNATION DESCRIPTION

TRANSISTORS

Q201-Q202 IRFD1Z0, MOSFET, CANAL-N

Q301 MJE 13004, NPN

Q302 2N2222, NPN

Q303 2N2907, PNP

Q304 IRF 830, HEXFET, CANAL-N

Q401-Q404 RCP 10N40, COMFET

Q405-Q408 IRF DIZO, MOSFET, CANAL-N

Q501 IRF 830, HEXFET, CANAL-N

Q601 et Q602 2N3568

Q603 2N3638

Q701 MJE 13007

Q702 2N6517

RESISTANCES

R202-R102 47K, 1W

R203-R204,R205,R207 4,7K. 1/4 W,5 %

R202 Potentiomètre 50K, 5% R206 Potentiomètre 10K, 5%

R301 120K, 1/4W, 5%

R302 6,8K, 3W, 5%

R303 220, 1/2W, 5%

R304 2, 1/2W, 5%

R401-R404 22, 1/4W, 5%

R601 10K

R602 Potentiomètre 1K

R603 3,9K

R604 1K

R605 2K

R607 10K

R608 120K 0,5 WATT

- 11 -

R609.10K

R610 10K

R701 75 -Jl 10 WATTS

R702 4K 10 WATTS

R703 4K 10 WATTS

R704 390K

R705 1K

R706 2 n 2 WATTS

COMMUTATEURS

S201 S202

CONDENSATEURS

C101-C102 1000UF, 200VCC, ELECTROLYTIQUE

C202 5pF, 50VCC, DISQUE

C203, C205 0,1UF, 50VCC, DISQUE

C301 0,01 microfarad, 1KV DISQUE C302 1 microfarad, 35V ELECTROLYTIQUE C303 0,1 microfarad C304 0,033 microfarad, 630V, PELLICULE C305 0,01 microfarad, 1KV, DISQUE C401-C404 0,001 microfarad, 1KV, DISQUE 0,003 microfarad, 1KV, DISQUE C501 47 microfarads, 475V C601 2 microfarads C602 0,47 microfarad C603 0,47 microfarad C701 C702 C703 0,0056 microfarad C704 0,1 microfarad C705 0,001 microfarad C706 0,002 microfarad C707 0, 002 microfarad

DIODES

D101-D104 IN4004, lA, 400PIV

D202-D203 IN4148

D301 10V, 1/2W, ZENER

D302 IN4004, 1A, 400PIV

D303 UES 1106

D304-D305 UES 1106

- 12 -

D401-D404 UES 1106

D405-D412 15V, 1/2W. ZENER

D501 D601 et D602 1N4148

D701 IN4004, 1A, 400PIV

D702 IN4004, 1A, 400PIV

D703 1N4148

D704 Redresseur Foyer TV, HT.

FUSIBLES

F101 1A; 250V

TRANSFORMATEURS

T201-T202 17 SPIRES FIL 0,2 mm (6 enroulements) TOROID-266Ct 125-3B7, FERROXCUBE T301 Pièce GE N0 24A521737 AVEC 110 SPIRES, FIL 0,2 mm AJOUTE POUR

ENROULEMENT BT.

* REALISATION HAUTE PUISSANCE

2,2 mh N68 SPIRES, ENTREFER 0,84, FIL 0,7 mm

ENROULEMENT BT.

SPIRES, FIL 0,7 mm

VARISTOR

VR701 V130 LA 10 A

CIRCUITS INTEGRES

U201 COMPARATEUR TL 331

U202 4013B, BASCULE DOUBLE D

U203 MINUTERIE ICM 7555

U204 4001B, PORTE NON OU, 2 ENTREES

U205 4040B, COMPTEUR BINAIRE 12 ETAGES

COMPARATEUR

U601 Dans un mode de réalisation, la présente invention concernant l'utilisation de lampes à décharge pour des

applications commerciales ou industrielles comprend de pré-

férence le circuit 100 de redressement de puissance alterna-

tive et de filtrage par condensateur qui est destiné à être branché à une première et à une seconde source de courant alternatif ayant des tensions respectives typiques de 120 V

- 13 -

à 60 Hz et 220 V à 60 Hz. Le redresseur 100 comprend un pont biphasé qui est constitué-de diodes D101, D102, D103 et D104 et développe une première et une seconde tension à courant continu ayant respectivement comme valeurs 180 V et environ 360 V. On préfère que le circuit 100 fasse partie de la pré- sente invention, mais on peut employer d'autres moyens tels

qu'une source extérieure pour fournir les tensions dévelop-

pées de 180 V et 360 V. En outre, on préfère que le filtrage des première et seconde tensions a couPant continu soit effectué par un réseau de résistances et de condensateurs tel que celui formé par les condensateurs et résistances C101 et R101 et C102 et R102, respectivement, auxquelles sont appliquées les première et seconde tensions à courant continu. Dans un autre mode de réalisation concernant les applications automobiles, la tension à courant continu de

+360 V peut être développée par un convertisseur suréléva-

teur courant continu/courant 'continu classique 500 repré-

senté en figure 7 ayant comme entrée une excitation de 12 V

à courant continu provenant de la batterie d'une automobile.

Les éléments L501, D501, C501, Q501 de la figure 7 fonction-

nent de la manière décrite dans la section 9.5 de l'ouvrage - Switching and Linear Power Supply, Power Converter Design de Abraham/Pressman publié par Hayden Book Company, Inc.,

Rochelle Park, New Jersey (1977) (Commutation et alimenta-

tion linéaire, conception d'un convertisseur de puissance),

alors que l'amplificateur d'erreur et le modulateur par lar-

geur d'impulsion de la figure 7 qui peuvent un circuit inté-

gré dit SC1524 de la Société Silicon General fonctionnent de

la manière décrite dans la section 9.6 de cet ouvrage.

Pour tous ces modes de réalisation, il faut sim-

plement qu'une excitation à courant continu soit fournie au régulateur 300 de la figure 5. Pour le mode de réalisation représenté en figure 2, les première et seconde tensions à courant continu développées par le redresseur 100 sont

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appliquées au régulateur de courant 300 de la figure 5. Le régulateur 300 est monté en série avec le pont 400 d'inversion du courant et fournit un courant régulé à onde carrée, qu'on décrira, lequel est délivré à la lampe à décharge à la présente invention. Le régulateur de courant

constitue une source de courant constant et fournit ce cou-

rant à la lampe par l'intermédiaire du pont 400. Le pont

sert à diriger le courant constant développé par le régula-

teur dans des sens alternés dans la lampe à décharge. Pour

un mode de réalisation de la présente invention, la fré-

quence des inversions du courant constant fourni à la lampe par le pont 400 est de préférence 7,68 KHz et déterminé par

les formes d'onde de commande à onde carrée à cycle opéra-

toire maximal produites par l'oscillateur d'horloge et le

diviseur de fréquence de la figure 4. Le régulateur du cou-

rant de commutation de la figure 5 répond à un signal de

,72 KHz produit par l'oscillateur et le diviseur de fré-

quence de la figure 5 et est également commandé par la' logique du modulateur à largeur d'impulsion (PWM) de la figure 4 qui répond à la réaction du courant de la lampe produite par le régulateur de courant 300 et aux conditions désirées et réelles du courant de la lampe déterminées par

le circuit 600 de commande du courant pour lumière instanta-

* née (figure 8). L'agencement des circuits de la figure 4 qu'on décrira présente un degré élevé de filtrage de manière àréduire les ondulations associées au signal de 30,-72 KHz à moins de 3 % crête à crête de façon que le courant régulé fourni finalement à la lampe soit de préférence une onde

carrée de 7,68 KHz de haute qualité.

Le régulateur du courant de commutation de la figure 5 répond, en partie, à un moyen pour générer un signal de commande se produisant périodiquement à la sortie du circuit intégré U202, représenté en figure 4 et illustré également comme entrée en figure 5, laquelle est appliquée, à son tour, à la base d'un moyen de commutation constitué

- 15 -

des transistors Q302 et Q303 représentés dans cette figure

5. Les transistors Q302 et Q303 produisent un signal de sor-

tie représentant le signal de commande, se produisant pério-

diquement, du circuit intégré U202 qui est appliqué à un transistor Q304. Le transistor Q304 est un commutateur de commande de l'alimentation principale qui est de préférence un transistor à effet de champ de puissance. Une multitude de résistances R304 (par exemple au nombre de quatre) sont disposées en série avec la source du transistor Q304 comme schunt de mesure du courant qui fournit une réaction pour le courant de la lampe, représentée à la sortie de la figure 5, qui est appliquée à la broche 3 d'un circuit intégré U201 de la commande de réaction de la figure 4. Les résistances R304 de la figure 5 fournissent un moyen pour détecter le courant traversant le transistor Q304 dans son état conducteur, ce qui est, à son tour, représentatif du courant traversant la

lampe à décharge.

Le transistor Q304 de la figure 5 est relié à une extrémité d'un filtre en série en T à deux inducteurs dont

l'autre extrémité est connectée à la tension de 360 V à cou-

rant continu au moyen d'un condensateur C301. Le transistor Q304 est rendu conducteur en réponse au signal de sortie du moyen de commutation Q302 et Q303 et forme une source de courant constant régulé ayant une forme d'onde carrée, représentée comme étant appliquée aux condensateurs C403 et C404 de la figure 6, le courant étant finalement fourni à la lampe à décharge au moyen du pont 400 de la figure 6. On préfère qu'un condensateur C304 soit monté en parallèle avec l'un des enroulements du transformateur T301, comme cela est représenté en figure 5, de manière à former une combinaison capacitive/inductive qui forme un circuit bouchon avec un

filtre coupe-bande à une fréquence fondamentale du régula-

teur de courant. La combinaison capacitive/inductive a une importance particulière pour la présente invention en ce sens qu'elle se traduit par la fourniture d'un courant à

- 16 -

très faible ondulation qui est appliqué à la lampe à décharge, ce qui aide avantageusement à ce que l'arc formé entre les électrodes ne subisse pas le cambrage provoqué généralement par la résonance acoustique (problème discuté dans le présent contexte) dans la chambre de la lampe à décharge. On choisit le circuit filtrant en T de la figure 5 de manière qu'il ait une réponse pointue, ce qui permet de fournir le courant à la lampe dans un temps suffisamment

rapide, par exemple inférieur à 0,1 milliseconde, pour assu- rer le démarrage uniforme de la lampe qu'on décrira ci-après en liaison

avec la figure 9. La réponse transitoire désirée du circuit filtrant en T est obtenue en choisissant les valeurs des composants indiquées dans le Tableau I, pour

T301, T302, C304 et C305.

Un circuit constitué d'une résistance R303, d'une

diode D303, d'un condensateur C302 est monté entre un enrou-

lement de commande compris dans le noyau de l'inducteur d'entrée T301 et en série avec une diode D302 qui est connectée à la base d'un transistor Q301 dont le collecteur est relié à la tension de 180 V à courant continu par l'intermédiaire d'une résistance R302. Ce circuit fournit la puissance de la logique basse tension de 12 V à courant continu qui est utilisée pour les éléments électroniques du

circuit ballast après échauffement de la lampe à décharge.

Ce circuit élimine ici une partie de l'excitation 180 V pro-

venant des transistors Q302 et Q303 en polarisant le tran-

sistor Q301 de manière à le rendre non conducteur. Avant l'échauffement de la lampe, la logique à courant continu est

alimentée par l'entrée à courant continu de 180 V à puis-

sance redressée (figure 5) par l'intermédiaire du transistor Q302. Le cas échéant, par un choix approprié des valeurs pour les résistances R301 et R303, on peut utiliser

l'excitation de 360 V au lieu de celle de 180 V pour déve-

lopper la puissance de la logique à courant continu de 12 V. En outre, cette variante d'excitation à 360 V peut être -17- obtenue soit à partir du redresseur 100 de la figure 1 soit

à partir du convertisseur 500 de la figure 8.

Le pont 400 d'inversion du courant (figure 6) est constitué de 4 transistors Q401-Q404 qui sont commandés, en partie, par des transformateurs T201 et T202 de l'agencement de la figure 4. Le pont 400 fonctionne dans l'un de deux états, chaque état correspondant au sens du courant régulé fourni à la lampe. Dans l'un des états, les transistors Q401 et Q404, qui fonctionnent comme une paire diagonalement opposée du pont-, sont rendus pleinement conducteurs alors que les autres transistors Q402 et Q403 du pont sont rendus - non conducteurs. Dans l'autre état du pont, les transistors antérieurement non conducteurs sont rendus conducteurs, alors que les transistors antérieurement conducteurs sont rendus non conducteurs. En liaison avec la figure 4, les transformateurs T201 et T202, ayant chacun 4 enroulements secondaires isolés, ne sont jamais soumis simultanément à des impulsions car chacun d'eux détermine un état du pont lorsqu'il est commandé par l'agencement logique de la figure 4. De manière à établir chacun des états du pont 400 de la figure 6, le transformateur d'impulsion T201 est soumis à

des'impulsions par l'agencement logique de la figure 4.

La première -paire Q401 et Q404 des transistors de la figure 6 ainsi que leurs circuits associés forment une paire de circuits de commutation, chaque circuit répondant à

l'impulsion de sortie développée par le réseau de transfor-

mateurs (figure 4) qu'on décrira. Les états conducteurs et non conducteurs des transistors Q401, Q402, Q403 et Q404 déterminent le sens dans lequel le courant régulé développé par le régulateur de courant courant continu/courant continu est acheminé dans la lampe à décharge. La première paire de

transistors de commutation Q401 et Q404 est rendue conduc-

trice en réponse à la sortie impulsionnelle de la figure 4 de manière à diriger le courant régulé développé par le régulateur de courant 300, relié au pont 400, représenté en

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figure 6 comme appliqué via le transformateur T301 de la

figure 5, dans la lampe à décharge suivant un premier sens.

La seconde paire de transistors de commutation liés aux transistors Q403 et Q402 est rendue conductrice en réponse à la sortie pulsée de l'agencement de circuit de la figure 4 de manière à diriger le courant régulé développé par le

régulateur 300 dans l'autre sens dans la lampe à décharge.

Pour exécuter cette fonction, deux des secondaires du transformateur T201 représenté en figure 6, en réponse à la pulsation de la figure 4, fournissent la commande de mise en conduction pour les transistors diagonalement opposés Q401 et Q404 du pont, de façon à établir le premier état de

fonctionnement du pont 400 alors que les deux autres enrou-

lements du transformateur T201 fournissent la commande de mise hors conduction pour les autres transistors Q402 et Q403 du pont. Le second état de fonctionnement du pont 400 est établi par l'agencement de courant de la figure 4 qui provoque la pulsation de l'autre transformateur T202 de la

figure 4. Deux des secondaires du transformateur T202 four-

nissent la commande de mise en conduction pour les transis-

tors diagonalement opposés Q402 et Q403, alors que les deux autres enroulements du transformateur T202 fournissent la commande de mise horsconduction pour les autres transistors Q401 et Q404. Pendant ces deux états de fonctionnement, il n'y a aucun moment pendant lequel les quatre transistors Q401 à Q404 sont rendus non conducteurs ou sont rendus

conducteurs. Pour rendre conducteur un transistor particu-

lier du pont, les impulsions du transformateur couplé four-

nies par l'agencement de circuit de la figure 4 fournissent

directement l'énergie de mise en conduction et les impul-

sions sont fournies continuellement aux transistors pendant la durée attendue de leur conduction. La capacité de la grille des transistors Q401-Q404 constitue le moyen sur lequel on table pour maintenir le transistor à l'état conducteur pendant les espacements de brève durée, par

- 19 -

exemple de 2 microsecondes, entre les impulsions produites par l'agencement de circuit de la figure 4. Pour rendre un

transistor particulier (Q401-Q404) non conducteur, le trans-

formateur T201 ou T202 délivre une impulsion à la source-

grille du transistor pilote tel que le transistor Q405, Q406, Q407 ou Q408 représenté en figure 6. Le transistor pilote concerné exécute la mise hors conduction réelle du transistor concerné du pont. Les impulsions de mise hors conduction produites par l'agencement de circuit de la figure 4 sont fournies continuellement pendant l'état hors conduction attendu des transistors particuliers Q401-Q404 du pont. Par conséquent, tous les transistors du pont ont continuellement leurs états régénérés à l'exception des espacements de 2 microsecondes entre les impulsions de 2 microsecondes produites par l'agencement de circuit de la figure 4. Les transformateurs T201 et T202 représentés dans les figures 4 et 6 doivent avoir une capacité d'absorption

de la tension de l'ordre de 20 V par microseconde. Ce para-

mètre permet d'avoir des noyaux magnétiques pour les trans-

formateurs T201 et T202 de dimensions relativement petites.

L'agencement de circuit de la figure 4 qui commande le fonctionnement du pont 400 fournit aussi le moyen pour synchroniser le fonctionnement du circuit ballast

de la présente invention grâce à l'agencement d'un oscilla-

teur d'horloge et d'un diviseur de fréquence. Les impulsions produites par l'agencement de circuit de la figure 4 qui

commandent le fonctionnement du pont 400 et qui synchroni-

sent celui du circuit ballast ont pour origine le circuit intégré U203 qui est une version CMOS d'une minuterie bien connue 555. La source de synchronisation produit un signal de sortie à une fréquence prédéterminée d'environ 245,76 KHz et a une largeur d'impulsion prédéterminée d'environ 2

microsecondes. La sortie du circuit intégré U203 est appli-

quée à un moyen d'acheminement U205 qui produit (divise par

8) et dirige un train d'impulsions de 30,72 KHz vers un dis-

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positif tel qu'une bascule U202. Comme on l'expliquera ci-

après, l'application de ce signal de 30,72 Hz génère, à son tour, le signal de commande de 30,72 KHz se produisant périodiquement, lequel est appliqué au régulateur de courant 300 en réponse à l'absence d'un signal de sortie fourni par

le moyen de comparateur U201 qui est représentatif du cou-

rant traversant la lampe à décharge de la présente inven-

tion. Le cas échéant, mais sans que cela ait la préférence, la sortie de la minuterie U203 peut développer le signal désiré de 30,72 KHz qui sera acheminé directement jusqu'au dispositif U202 pouvant être remis à l'état initial et aussi jusqu'à la seconde porte du moyen de déclenchement U204,

d'o l'élimination du moyen d'acheminement U205.

Le moyen d'acheminement U205 est un compteur per-

mettant de compter de façon régressive le signal de sortie de la source de synchronisation afin de fournir un premier signal d'une fréquence prédéterminée à une largeur

d'impulsion prédéterminée et un second signal d'une fré-

quence prédéterminée à une largeur d'impulsion prédétermi-

née. Le premier signal ayant la fréquence de 30,72 KHz est

appliqué à l'élément de commutation U202 du moyen de syn-

chronisation et le second signal développé par le moyen U205

l'est à la seconde entrée du moyen U204.

Le moyen de déclenchement U204 est constitué de trois circuits NON OU représentés en figure 4. Aux broches 1

et 5 du moyen U204 est appliqué, par l'intermédiaire. de com-

mutateurs S201 et S202, un signal pouvant être sélectionné,

par exemple de 7,68 KHz, qui a été compté de façon régres-

sive par U205 à partir du signal de source de 245,76 KHz de U203 suivant un facteur de 32. Aux broches 2 et 6 de U204 est appliquée la sortie du circuit NON OU U204 (broche 10) ayant sa première entrée (broche 9) connectée à une masse de référence et sa seconde entrée (broche 8) connectée au signal de synchronisation de 245,76 KHz. Le fonctionnement du moyen de déclenchement U204 comportant les broches

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d'entrée 5 et 6 fournit la fonction NON OU du signal de syn-

chronisation de 245,76 KHz à un signal de synchronisation plus bas tel que 7,68 KHz de manière à produire un train d'impulsions qui est périodiquement coupé à une certaine fréquence de répétition, lequel est appliqué à l'un des transformateurs d'impulsions T201. Le moyen de déclenchement

U204 comportant les broches d'entrée 1 et 2 fournit un com-

plément des impulsions de déclenchement de U204 (broches 5

et 6) pour attaquer l'autre transformateur T202.

Chacun des transformateurs d'impulsions T201 et

T202, comprenant le réseau de transformateurs discuté précé-

demment en liaison avec la figure 6 comporte un transistor respectif Q201 et Q202 qui est un transistor à effet de champ. Les transistors Q201 et Q202 répondent à leurs

signaux respectifs d'entrée provenant du moyen de déclenche-

ment et sont connectés à leurs transformateurs respectifs

d'impulsions pour produire les signaux pulsés de sortie com-

mandant le fonctionnement du pont 400 de la figure 6. La mise en service de l'un ou l'autre des transformateurs T201

ou T202 est effectuée par la coupure des impulsions qui ali-

mentent l'autre transformateur T202 ou T201. La fréquence du déclenchement détermine celle des inversions du courant de

la lampe produites par le pont 400.

L'oscillateur d'horloge et le diviseur de fré-

quence de la figure 4 peuvent également comprendre les deux commutateurs S202 et S201 qui peuvent être utilisés pour faire fonctionner les lampes à l'une ou deux polarités du

courant continu régulé ou à l'une ou l'autre de deux fré-

quences pouvant être sélectionnées. La position supérieure

du commutateur S202 qui est représenté en figure 4 sélec-

tionne un potentiel de masse qui se traduit par un courant continu régulé d'une première polarité devant être dirigé

vers la lampe à décharge via le pont 400. La position infé-

rieure du commutateur S202 choisit l'excitation 12 V et

donne un courant continu régulé d'une seconde polarité des-

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tiné à être dirigé vers la lampe à décharge via le pont 400.

L'application d'une première et d'une seconde polarité du courant régulé est importante pour le fonctionnement d'une lampe à décharge décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 157 436. La position médiane de S202 est connectée au neutre du commutateur S201. Le balai de ce second commutateur S201 peut être choisi pour obtenir soit un signal de 7,68 KHz soit une onde de déclenchement de 60

Hz provenant des deux sorties binaires de la chaîne de comp-

tage binaire U205. L'onde de 7,68 KHz est obtenue en divi-

sant par 32 la fréquence de 245,76 KHz de la minuterie,

alors que le signal de 60 Hz l'est en divisant cette fré-

quence par 4 096.

L'agencement de circuit de la figure 4 constitue

également un moyen pour détecter l'intensité du courant tra-

versant la lampe à décharge, qui détermine l'un des fonc-

tionnements du régulateur de courant. Le moyen fournissant une telle protection comprend un comparateur analogique U201 ayant à sa broche d'entrée 3 les résistances de détection R304 de la figure 5, fournissant un signal représentatif du courant traversant la lampe à décharge et à sa broche 2 un

réseau à résistance-condensateur (R607 et C602) de la com-

mande 600 du courant pour éclairage instantané (figure 8).

En liaison avec la figure 5, le commutateur de puissance Q304 est rendu conducteur par une impulsion d'horloge produite par U202 et rendu non conducteur par le comparateur 201 de mesure du courant de la figure 4. Le cycle de commutation du régulateur de courant commence lorsque l'oscillateur d'horloge U205 délivre une impulsion

d'horloge à la bascule U202 pour rendre conducteur le commu-

tateur de puissance Q304, ce qui fournit, à son tour, une onde carrée de courant régulé au pont 400, d'o l'acheminement de ce courant régulé à onde carrée vers la

lampe à décharge.

Le but de la commande 600 du courant pour éclai-

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rage instantané (figure 8) est de provoquer un éclairage instantané, c'est-à-dire de donner un éclairage pendant l'échauffement de la lampe qui est presque égal à celui obtenu lorsque la lampe est chaude. Cette valeur de la lumière instantanée joue un rôle d'une importance particu- lière lorsque le circuit ballast de la présente invention est utilisé pour faire fonctionner des lampes à décharge telles que celles décrites dans les demandes de brevet des Etats-Unis.d'Amérique n 157 360 et 157 436 concernant des applications à l'automobile. La commande du courant pour un éclairage instantané est constituée d'un circuit permettant d'établir et de détecter l'intensité du courant traversant

la lampe à décharge. Ce circuit fournit une tension de réfé-

rence de courant (décroissante) au comparateur U201 (figure 4) pendant les 20 secondes initiales du fonctionnement de la lampe. Le comparateur U201 répond à ce signal et a pour

effet que le courant de la lampe, développé par le régula-

teur 300 et fourni à la lampe par le pont 400, poursuit la tension décroissante de référence. Le courant initial régulé traversant la lampe est de préférence de 4,5 ampères, lequel

tombe à 0,8 ampère pendant un laps de temps du fonctionne-

ment de la lampe d'environ 20 secondes.

La valeur initiale de la tension de référence du

courant (et par conséquent le courant de la lampe) est éta-

blie par un potentiomètre R604, alors que le courant de fonctionnement normal l'est par un potentiomètre R602. Le passage entre les valeurs de départ et de fonctionnement

normal est une valeur diminuant exponentiellement, détermi-

née par la constante de temps du circuit RC constitué du condensateur C601 et de la résistance R606 se trouvant dans

l'étage d'entrée (broche 3) d'un comparateur U601. Un enrou-

lement de commande ou inducteur T301 détecte la tension de la lampe pour amorcer le passage entre la valeur de départ et la valeur en fonctionnement normal par le transfert par

une diode D601 de la tension détectée afin de rendre conduc-

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teur un transistor Q602, ce qui à son-tour a pour effet de rendre non conducteur un transistor Q601. Un condensateur C603 et une résistance R610 forment un circuit permettant

d'éviter que le circuit de la figure 8 ne coupe prématuré-

ment le courant initial de la lampe pendant la phase d'amorçage de la lampe. Le transistor non conducteur Q601 a pour effet que la charge stockée dans le circuit RC commence à décroître. L'étage de sortie du comparateur U601 suit cette décroissance et la présente comme tension de référence à la broche 2 du circuit intégré U201 de la figure 4. Un circuit constitué d'un transistor Q603, d'une résistance R607 et d'une résistance R608 est de préférence relié à l'étage de sortie du comparateur U601 pour fixer la tension de référence appliquée à la borne 2 et du comparateur U201 à

une valeur ne dépassant pas 3,0 V environ.

Le comparateur U201 produit un signal de sortie

lorsque la différence entre les signaux appliqués à la pre-

mière entrée (broche 3) et à la seconde entrée (broche 2) dépassent une valeur prédéterminée. La première entrée est reliée à la résistance R304 qui détecte le courant circulant dans la lampe et la seconde entrée l'est à l'étage de sortie du comparateur U601 au moyen du circuit RC constitué de la résistance R607 et du condensateur C602. Lorsque la tension présente à la broche 2 du comparateur est égale ou dépasse la tension présente à la broche 3 de U201 variant d'environ 3,0 V à environ 0,5 V, la sortie du comparateur U201 change et applique un signal à la broche 4 d'un comparateur U202 ce qui., à son tour, inhibe le signal de sortie (30, 72 KHz) du comparateur U202 appliqué aux transistors Q302 et Q303 du moyen de commutation du régulateur 300 de la figure 5, ce qui rend ce dispositif non conducteur et empêche toute application ultérieure à la lampe à décharge via le pont 400 du courant régulé à onde carrée développé par le régulateur

de courant 400.

On doit maintenant remarquer que la pratique de la

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présente invention fournit un circuit ballast synchronisé qui est commandé par l'oscillateur d'horloge et le diviseur de fréquence de la figure 4. Le régulateur de courant est sous la commande des impulsions de synchronisation et le signal de réaction et de commande développé par les circuits

des figures 4, 5 et 8 fournit un courant régulé à onde car-

rée en courant continu.qui est acheminé vers le pont 400 d'inversion du courant de la figure 6. Le pont 400 ayant ses première et seconde paires de moyen de commutation sous la commande des signaux impulsionnels produits par le circuit de la figure 4 applique ce courant à onde carrée régulé à la lampe à décharge dans des directions alternées. La lampe à décharge, en particulier la lampe au xénon, la lampe à

halogène-métal et la lampe à halogène-métal-xénon, respecti-

vement des demandes de brevets des Etats-Unis d'Amérique 157

360, 157 359 et 157 436 liés à la présente invention néces-

site une impulsion de démarrage de haute tension fournie par

le circuit représenté en figure 9.

Les sorties du pont 400 d'inversion du courant (figure 6) fournissant le courant régulé du régulateur 300 dans des directions alternées à la lampe à décharge sont

reliées aux bornes désignées par A et B du circuit de démar-

rage de la figure 9. Le circuit de démarrage 700 est consti-

tué d'un circuit de charge d'entrée, d'un circuit à oscilla-

teur, de divers transformateurs et d'un dispositif à écla-

teur. L'entrée au circuit de démarrage de la figure 9 est une onde carrée ayant une tension nominale de 360 V crête à crête. Lors de l'alternance positive, le courant circule à partir de la borne A'en passant par une résistance R701, une diode D701, un condensateur C701 pour revenir à la borne B, chargeant le condensateur C701 à une tension de pointe de V. Lors de l'alternance négative, le courant circule à partir de la borne B, traverse un condensateur C702, une diode D702, la résistance R701 pour revenir à la borne A chargeant le condensateur C702 à une tension de pointe de

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V. Ainsi, la tension entre la partie supérieure du condensateur C701 et la partie inférieure du condensateur C702 est de 360 V à courant continu. Ce circuit de charge détermine le fonctionnement d'un oscillateur du circuit de démarrage qu'on décrira. Cette action de charge se produit dans une plage de fréquences que le pont 400 peut fournir pour permettre le fonctionnement du tube à décharge. Une telle fréquence est typiquement de 7,68 KHz comme on l'a

décrit précédemment.

Les condensateurs C706 et C707 dans l'étage d'entrée du démarreur 700 servent à protéger les diodes D701 et D702, respectivement, des transitoires de tension élevée

pouvant être produits dans les dernières parties du circuit.

La résistance R701 dans l'étage d'entrée du démarreur 700 a deux objets: (1) elle limite la pointe de charge traversant les diodes (D701 et D702) et appliquée aux condensateurs (C701 et C702); et (2) elle déconnecte l'alimentation du démarreur de sorte qu'un courant important n'est pas dévié du tube à arc pendant son fonctionnement dans le mode

normal.

La haute tension développée par le circuit de démarrage pour l'amorçage de l'état d'ionisation de la

décharge est obtenue, en partie, par un oscillateur consti-

tué des éléments Q701, Q702, R703, R704, R705, C703, T701 et D703 décrits dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 350 930, qu'on incorpore ici à titre de référence. Cet oscillateur décharge de manière répétitive l'énergie stockée dans le condensateur C704 par l'intermédiaire du primaire du transformateur d'impulsion T702. Les impulsions de haute tension apparaissant à la sortie du transformateur T702 sont redressées par une diode T704 et chargent un condensateur

C705. Plusieurs impulsions produites à partir du transforma-

teur T702 chargent le condensateur C705 jusqu'au potentiel

désiré pour amorcer le démarrage de la lampe à décharge.

Chaque fois que la charge du condensateur C705 provoque une

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tension d'environ 10 000 V, il y a claquage de l'éclateur SP701 et celuici achemine la charge du condensateur C705 au primaire d'un transformateur T703. Cela provoque l'apparition d'une tension d'environ 20 000 V au secondaire du transformateur T703 qui est appliquée pour l'amorçage de

la lampe à décharge.

Plus spécialement, le condensateur C704 se charge entre la borne A du circuit de démarrage 700 à la partie supérieure du condensateur C701 par l'intermédiaire des résistances R702 et R703, du primaire du transformateur T702, et d'une résistance R706 et la borne B du circuit 700 à la partie inférieure du condensateur C702. Le circuit du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 350 930 est monté de façon que, lorsque le transistor Q701 est conducteur, il

décharge le condensateur C704 dans le primaire du transfor-

mateur T702. Nominalemeht, la tension à la jonction des résistances R702 et R703 et du condensateur C704 atteint la

pleine alimentation de 360 V du pont 700 lorsque le conden-

sateur C704 se charge. La constante de temps de charge est typiquement obtenue à partir des 2 000 ohms de la résistance R702 multipliée par la capacité de 0,1 uF du condensateur

C704, ou 0,2 milliseconde.

Les résistances R704 et R705 forment un circuit de polarisation de manière à rendre conducteur le transistor

Q702 lorsque la tension à la partie supérieure de la résis-

tance R704 est proche de 360 V. Lorsque le transistor Q702 passe à l'état conducteur, un courant traverse le primaire

du transformateur T701, provoquant l'apparition d'une impul-

sion de courant dans le secondaire de T701, rendant conduc-

teur le transistor Q701 dont le courant d'émetteur renforce l'action précédente, maintenant le transistor Q701 à l'état de conduction. Cette action est maintenue jusqu'à saturation du noyau du transformateur T701, à la suite de quoi une telle action cesse, et la tension à la base du transistor Q701 devient négative. Ce passage à la polarité négative est

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lié à une tension négative d'environ 0,7 V par la diode D703. Dans l'entre-temps, l'impulsion négative est appliquée

par l'intermédiaire du condensateur C703 à la base du tran-

sistor Q702 pour assurer que celui-ci est rendu non conduc-

teur. Lorsque les transistors Q702 et Q701 sont non conduc-

teurs, le condensateur C704 peut de nouveau se charger.

Lorsque le condensateur C704 se charge suffisamment pour que la tension se rapproche de 360 V, le transistor Q702 peut de nouveau être rendu conducteur, provoquant le passage à l'état conducteur du transistor Q701 et de nouveau la décharge du condensateur C704. Le processus se répète à une fréquence égale en gros à la réciproque de la constante de

temps de charge du circuit R702-C704 qu'on a calculée précé-

demment comme étant de 5 KHz.

Lorsqu'il y a amorçage ou démarrage de la lampe à décharge et son passage à l'état de conduction, la tension à ses bornes est réduite car c'est maintenant un dispositif de faible impédance, et par conséquent réduit la tension aux bornes A et B du circuit de démarrage 700 à une valeur au dessous de laquelle l'oscillateur du brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 350 930 n'oscillera pas. Ainsi, le circuit 700 de démarrage se coupe automatiquement dès que la lampe à

décharge est amorcée. Cependant, il faut que la tension ter-

minale de la lampe à décharge ne se réduise pas immédiate-

ment, en particulier dans le cas d'un fonctionnement en cou-

rant alternatif o un ré-allumage doit se produire lors de chaque alternance. Pendant approximativement la première minute de fonctionnement, la lampe à décharge peut avoir tendance à perdre son arc, condition qui s'accompagne de l'augmentation du potentiel de ré-allumage pendant le front de montée de chaque alternance du courant alternatif. Dans le cas o cela se produit, les impulsions à court terme

apparaissant aux bornes A et B sont suffisantes pour mainte-

nir le démarreur à l'état "prêt", de sorte qu'il peut.pro-

duire immédiatement des impulsions de démarrage dans le cas

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o l'arc de la lampe à décharge 16 cesse d'exister.

Le transformateur T703 du démarreur 700 peut être configuré de plusieurs façons dont, mais sans que cela soit

limitatif: (1) un transformateur avec des enroulements pri-

maires et secondaires séparés ayant une connexion commune

comme cela est représenté en figure 9; (2) la même configu-

ration qu'en (1) mais sans connexion commune de sorte que le pont 400 d'inversion du courant peut être totalement isolé du circuit de démarrage 700, et (3) en auto-transformateur

semblable au transformateur T702. Cependant, il y a une dif-

férence importante entre la construction du transformateur T702 et celle du transformateur T703. Le transformateur T702 est du type à rapport du nombre de spires élevé, de l'ordre

de 200/1, enroulé avec de nombreux tours d'un fil fin, sem-

blable à un type qu'on appelle dans le commerce transforma- teur de déclenchement de lampe-éclair, par exemple, sans que cela soit

limitatif, la pièce n 42FM901 de -la Société Mouser Electronics, d'une tension nominale d'entrée de 300 V et d'une sortie de 10 000 V. Le transformateur T703 comporte un nombre de tours relativement petit de gros fil et présente une inductance minimum. Le fil doit être suffisamment gros pour supporter

le courant total de la lampe, et l'inductance être suffisam-

ment faible pour que le courant instantané de démarrage ne

soit pas inhibé. Dans cette application, un mode de réalisa-

tion préféré est constitué d'un auto-transformateur ayant un nombre total de 35 spires d'un fil isolé en polytermalèse d'un diamètre de 1 mm, étroitement enroulé sur un tube en

polyéthylène d'un diamètre intérieur de 8 mm et d'un dia-

mètre extérieur de 12,5 mm, avec des prises à 3,5 tours et

un élément rapporté en ferrite.

Le fonctionnement de la présente invention ayant le courant régulé à onde carrée à courant continu et dirigé vers la lampe à décharge permet de réduire sensiblement, voire d'éliminer, les phénomènes de résonance acoustique

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qu'on rencontre généralement avec une lampe à décharge telle qu'une lampe à halogène-métal. L'utilisation d'un courant régulé à onde carrée à courant continu élimine les ondes stationnaires dans la lampe à halogènemétal en fournissant une puissance sensiblement constante à la lampe sous forme d'un courant à onde carrée. Sans les avantages qu'offre la

présente invention, la quasi-totalité d'une inductance supé-

* rieure à 25 microhenrys montée en série avec la lampe peut

altérer l'onde carrée en augmentant son temps de montée.

L'augmentation fâcheuse du temps de montée se traduit par une pulsation périodique de la puissance qui peut conduire à la production d'ondes stationnaires dans la lampe à halogène-métal, ce qui est un mode de fonctionnement des moins souhaitables. Le courant régulé par le régulateur de courant 300 de la présente invention est développé dans

l'inducteur T1 qui reste en série avec la lampe a halogène-

métal à tout instant. On choisit l1inductance du transforma-

teur T301 pour qu'elle soit inférieure à 100 microhenrys pour une lampe à décharge de 30 watts et celle-ci' est une fonction inverse de la puissance de la lampe fonctionnant

avec le circuit ballast de la présente invention.

On constatera donc que la présente invention pré-

voit un circuit ballast et un procédé de fonctionnement de lampes à décharge telles que celles décrites dans les demandes de brevet des EtatsUnis d'Amérique n 157 359 et 157 436, qui permettent de réduire, voire de pratiquement éliminer, les effets néfastes de la cataphorèse et de la résonance acoustique que l'on rencontre généralement lors du

fonctionnement des lampes à décharge de ce type.

En outre, la présente invention, fournissant un procédé et un circuit ballast désirés, permet aux lampes à décharge ayant des dimensions relativement petites d'être

employées pour les phares d'automobile et donnent aux ingé-

nieurs de l'automobile la possibilité d'abaisser le capot

des véhicules.

- 31 -

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Procédé de fonctionnement d'une lampe à

décharge (16) comportant une paire d'électrodes et renfer-

mant une charge d'ingrédients pouvant être excités, caracté- risé en ce qu'il comprend les étapes consistant à: (A) appliquer une tension relativement élevée aux deux électrodes pour provoquer l'excitation des ingrédients; (B) fournir un courant à onde carrée aux deux

électrodes de manière à maintenir l'excitation des ingré-

dients, le courant ayant une intensité comprise entre envi-

ron 0,2 ampère et 2,0 ampères et une fréquence de répétition

d'environ 1,0 milliseconde à environ 0,1 milliseconde.

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé à ce qu'il comprend en outre l'étape consistant à: (A) changer alternativement le sens dans lequel le courant à onde carrée est fourni aux-électrodes sur une base périodique.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé à ce que la tension relativement élevée est (A) une tension ayant une valeur de l'ordre de 20

000 V et une fréquence d'environ 5 KHz.

4. Circuit ballast pour le fonctionnement d'une lampe à décharge, caractérisé en ce qu'il comprend: (A) un régulateur (300) de courant de commutation -courant continu/courant continu destiné à être connecté- à une source d'excitation à courant continu et répondant à (1) un moyen pour générer un signal de commande se produisant périodiquement, et (2) à un moyen pour établir et détecter l'intensité du courant traversant la lampe à décharge, le régulateur de courant étant rendu périodiquement conducteur

en réponse au signal de commande se produisant périodique-

ment de manière à produire un courant à onde carrée à cou-

rant continu, et le régulateur. de courant étant rendu non conducteur en réponse à une valeur prédéterminée de

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l'intensité du courant traversant la lampe à décharge,

(B) un moyen de pont (400) monté entre le régula-

teur de courant et la lampe à décharge, le moyen de pont répondant au dit moyen générant des signaux de commande se produisant périodiquement pour diriger le courant du régula-

teur suivant des sens alternés dans la lampe à décharge.

5. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre: (A) un moyen de démarrage monté entre les bornes

de la lampe à décharge et produisant une impulsion se pro-

duisant périodiquement de tension relativement élevée pour

amorcer et établir l'excitation de la lampe à décharge.

6. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'excitation en courant continu est développée par un moyen de redressement destiné à être relié à une première et à une seconde source de courant alternatif ayant des

valeurs respectives de 120 V à 60Hz et de 220 V à 60 Hz.

7. Circuit selon la revendication 6, caractérisé

en ce que le moyen de redressement comporte en outre un cir-

cuit à résistance-condensateur monté entre ses bornes et filtrant chacune des tensions à courant continu de 180 V et

360 V.

8. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'excitation en courant continu est développée par un convertisseur surélévateur courant continu/courant continu (500) relié à une source typique de courantcontinu telle qu'une alimentation à courant continu de 12 V.

9. Circuit selon la revendication 4, caractérisé en ce que le régulateur de courant (300) comprend:

(A) des moyens de commutation (Q302, Q303) connec-

tés et répondant au dit moyen générant les signaux de com-

mande se produisant périodiquement de manière à développer un signal correspondant de sortie; et (B) un moyen de transistor (Q304) connecté à une extrémité d'un filtre en T à deux inducteurs ayant son autre 33 -

extrémité reliée à l'excitation en courant continu, le tran-

sistor étant rendu conducteur en réponse au signal de sortie du moyen de commutation et produisant le dit courant régulé

à onde carrée.

10. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que le filtre en T à deux inducteurs comprend en outre un condensateur (C304) connecté aux bornes du filtre pour fournir en combinaison avec lui un circuit bouchon avec une fonction transférée de filtre coupe-bande à une fréquence fondamentale du régulateur de courant, la combinaison du condensateur et du filtre en T ayant des valeurs choisies de façon à fournir une réponse qui permet au courant régulé

fourni à la lampe à décharge de croître dans un temps infé-

rieur à 1,0 milliseconde.

11. Circuit selon la revendication 9, caractérisé en ce que le moyen de transistor est en outre connecté à un

moyen (R304) pour détecter le courant traversant le transis-

tor, ce qui est représentatif, à son tour, du courant tra-

versant la lampe à décharge.

12. Circuit selon la revendication 11, caractérisé à ce qu'il comprend en outre: un moyen de comparateur ayant une première et une seconde entrée, ce moyen produisant un signal de sortie

lorsque la différence entre les signaux appliqués aux pre-

mier et second moyens d'entrée dépasse une valeur prédéter-

minée, la première entrée étant connectée au moyen pour détecter le courant traversant le transistor; un circuit pour établir et détecter des valeurs prédéterminées représentatives du courant traversant la lampe à décharge et qui est acheminé vers la seconde entrée du moyen de comparateur; et un moyen de synchronisation (figure 4) comportant un élément de commutation répondant au signal de sortie du moyen de comparateur et inhibant le signal de commande se produisant périodiquement appliqué au régulateur de courant;

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13. Circuit selon la revendication 12, caractérisé en ce que le moyen de synchronisation comprend:

(A) un moyen de source de synchronisation fonc-

tionnant librement (U203) produisant un signal de sortie et une fréquence prédéterminée et ayant une largeur d'impulsion prédéterminée; (B) un moyen (U205) pour acheminer le signal de sortie de la source de synchronisation vers l'élément de commutation du moyen de synchronisation pour générer le signal de commande se produisant périodiquement en réponse à l'absence du signal de sortie du moyen de comparateur; (C) un moyen de déclenchement (U204) ayant une première et une seconde entrée, la première entrée recevant le signal de sortie de la source de synchronisation générant un signal de sortie représentatif du signal de sortie de la source de synchronisation; et (D) un moyen de transistor répondant au signal de sortie du moyen de déclenchement et connecté à un réseau de transformateurs d'impulsions (T201 et T202) pour produire une sortie pulsée appliquée au moyen de pont représentative

de signal de sortie de la source de synchronisation.

14. Circuit selon la revendication 13, caractérisé

en ce que le moyen permettant d'acheminer le signal de sor-

tie de la source de synchronisation comprend: un moyen de compteur (U205) pour le comptage

régressif du signal de sortie de la source de synchronisa-

tion afin de fournir un premier signal d'une fréquence pré-

déterminée à une largeur d'impulsion prédéterminée et un second signal d'une fréquence prédéterminée à une largeur d'impulsion prédéterminée, le premier signal étant appliqué au moyen de commutation du moyen de synchronisation et le second signal l'étant à la seconde entrée du moyen de déclenchement.

15. Circuit selon la revendication 13, caractérisé en ce que le moyen de transistor comprend:

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(A) une première et une seconde paire de circuits de commutation, chacun comportant -une partie du réseau de transformateurs d'impulsions répondant à la sortie pulsée de ce réseau, la première paire de moyens de commutation étant -rendue conductrice et répondant à la sortie pulsée pour diriger le courant du régulateur dans un sens dans la lampe à décharge, et la seconde paire de circuits de commutation étant rendue conductrice et répondant à la- sortie pulsée pour diriger le courant du régulateur suivant l'autre sens

dans la lampe à décharge.

16. Circuit selon la revendication 5, caractérisé en ce que le moyen de démarrage (700) comprend: (A) un circuit d'entrée relié à la sortie du moyen de pont pour charger un réseau à une tension prédéterminée; (B) un circuit à oscillateur (Q701, Q702, R703, R704, R705, C703, T701 et D703) connecté au circuit de charge et rendu conducteur de manière à osciller lorsque la tension prédéterminée de ce circuit est obtenue; (C) un. transformateur (T702) ayant une extrémité connectée au circuit à oscillateur et son autre extrémité à

un dispositif à éclateur (ST701) ayant une tension de rup-

ture prédéterminée; et (D) le dispositif à éclateur ayant son autre extrémité reliée à un transformateur (T703) monté en série avec une extrémité du tube à décharge dont l'autre extrémité

est connectée à une sortie du moyen de pont.