FR2939006A1

FR2939006A1 - BALLAST PULSE FOR FLAT LAMPS

Info

Publication number: FR2939006A1
Application number: FR0806639A
Authority: FR
Inventors: Laurent Joulaud; Jimmy Roure; Olivier Maulat; Jingwei Zhang; Aude Montgermont
Original assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Current assignee: Saint Gobain Glass France SAS; Compagnie de Saint Gobain SA
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2010-05-28
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: FR2939006B1; WO2010061131A2; WO2010061131A3

Abstract

L'invention concerne un circuit électrique pour alimenter une lampe à décharge pulsée, qui comporte deux branches de commutation, une branche de lampe, et deux branches d'alimentation, disposées de la manière suivante : (a) la première et la seconde branche de commutation comportent chacune un interrupteur (X1, X2), une auto-inductance (L1, L2) et une diode (D1, D2), de manière à ce que dans chaque branche de commutation l'interrupteur (X1, X2) soit en parallèle avec la diode (D1, D2), et en série avec l'auto-inductance (L1, L2) ; (b) la branche de lampe comprend deux bornes pouvant être reliées à une lampe à décharge (EL), l'une desdites bornes étant également reliée au point commun desdites première et seconde branches de commutation, l'autre étant également reliée aux deux branches d'alimentation ; (c) les branches d'alimentation comprennent chacune une alimentation de tension (V1, V2) chargeant un condensateur (C1, C2), lesdites alimentations de tension (V1, V2) étant mises en série, et leur point commun étant relié à la branche de lampe.The invention relates to an electric circuit for supplying a pulsed discharge lamp, which comprises two switching branches, a lamp branch, and two power supply branches, arranged in the following manner: (a) the first and the second branch of switching each comprise a switch (X1, X2), an auto-inductance (L1, L2) and a diode (D1, D2), so that in each switching branch the switch (X1, X2) is in parallel with the diode (D1, D2), and in series with the self-inductance (L1, L2); (b) the lamp branch comprises two terminals which can be connected to a discharge lamp (EL), one of said terminals being also connected to the common point of said first and second switching branches, the other being also connected to the two branches feeding; (c) the supply branches each comprise a voltage supply (V1, V2) charging a capacitor (C1, C2), said voltage supplies (V1, V2) being put in series, and their common point being connected to the lamp branch.

Description

390(56 Ballast pulsé pour lampes planes Domaine technique de l'invention 390 (56 Pulsed ballast for flat lamps Technical field of the invention

L'invention concerne un ballast pulsé qui peut être utilisé comme alimentation impulsionnelle à haute tension de lampes planes à décharge à barrière diélectrique. Ce ballast comporte deux branches de commutation et deux branches d'alimentation. État de la technique The present invention relates to a pulsed ballast that can be used as a high-voltage pulse power supply for flat dielectric barrier discharge lamps. This ballast has two switching branches and two power supply branches. State of the art

Les lampes planes ultraviolet à décharge à barrière diélectrique comprennent 15 généralement deux éléments verriers plans et maintenus sensiblement parallèles entre eux, délimitant ainsi un espace interne rempli d'un gaz susceptible d'émettre un rayonnement ultra-violet lorsqu'il est excité par une haute tension alternative ou impulsionnelle appliquée à au moins une paire d'électrodes. Dans une première configuration, chaque électrode est disposée 20 sur une face d'un élément verrier distinct (configuration dite plan-plan ). Dans une deuxième configuration, les électrodes sont disposées sur une même face d'un élément verrier (configuration dite coplanaire ). Dans une troisième configuration, une paire d'électrodes est disposée en configuration coplanaire sur une face d'un élément verrier, et une ou plusieurs autres électrodes sont 25 disposées sur une face de l'autre élément verrier. Dans toutes ces configurations, la surface sur laquelle est déposée l'électrode peut être la face interne ou la face externe de l'élément verrier. On peut aussi disposer l'électrode dans l'élément verrier (par exemle du verre armé). Ce rayonnement ultraviolet peut exciter un matériau luminophore approprié disposé sur une face 30 d'au moins un des deux éléments verriers, ce qui permet d'obtenir un rayonnement lumineux présentant une distribution spectrale souhaitée, par exemple un rayonnement lumineux dans le spectre visible, utilisable pour io l'éclairage de pièces d'habitation, de bureaux ou de magasins. De telles systèmes d'éclairage sont connus ; ils sont décrits par exemple dans les demandes de brevet WO 2008/023124, WO 2004/015739 (première configuration), WO 2007/042689 (deuxième configuration) et WO 2007/023237 (troisième configuration). Dielectric barrier discharge ultraviolet flat lamps generally comprise two planar glass elements and held substantially parallel to each other, thus delimiting an internal space filled with a gas capable of emitting ultraviolet radiation when excited by a high alternating or pulsed voltage applied to at least one pair of electrodes. In a first configuration, each electrode is disposed on one side of a separate glass element (so-called plane-plane configuration). In a second configuration, the electrodes are arranged on the same face of a glass element (so-called coplanar configuration). In a third configuration, a pair of electrodes is disposed in coplanar configuration on one side of a glass element, and one or more other electrodes are disposed on one side of the other glass element. In all these configurations, the surface on which the electrode is deposited may be the inner face or the outer face of the glass element. It is also possible to arrange the electrode in the glass element (for example, reinforced glass). This ultraviolet radiation can excite an appropriate phosphor material disposed on one side of at least one of the two glass elements, which makes it possible to obtain light radiation having a desired spectral distribution, for example a light radiation in the visible spectrum that can be used. for the illumination of living rooms, offices or shops. Such lighting systems are known; they are described for example in patent applications WO 2008/023124, WO 2004/015739 (first configuration), WO 2007/042689 (second configuration) and WO 2007/023237 (third configuration).

Dans une telle lampe, la décharge est excitée par une tension alternative ou impulsionnelle fournie par une alimentation pourvue d'un ballast, qui doit, d'une part, être capable de fournir la haute tension nécessaire à l'allumage de la io décharge, et d'autre part, limiter le courant en régime stationnaire. On sait que l'utilisation d'un courant d'alimentation alternatif de forme sinusoïdale appliqué aux électrodes d'une lampe à décharge ne conduit pas à un bon rendement lumineux. L'article "Half-Bridge and Full-Bridge Choke Converter Concepts for the Pulsed Operation of Large Dielectric Barrier Discharge Lamps" par K. 15 Kyrberg et al., paru dans la revue IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, n° 3 (May 2007), pages 926 û 933) et la demande de brevet américaine US 2007/0018590 Al (Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen GmbH) décrivent des ballasts pour lampes planes ultraviolettes à décharge coplanaire ; ces ballasts, qui sont des perfectionnements des ballasts dits 20 Classe E , fournissent une haute tension de formes non-sinusoïdales voire impulsionnelles. In such a lamp, the discharge is excited by an alternating or pulsed voltage supplied by a power supply provided with a ballast, which must, on the one hand, be capable of supplying the high voltage necessary for lighting the discharge, and on the other hand, limit the current in steady state. It is known that the use of a sinusoidal alternating supply current applied to the electrodes of a discharge lamp does not lead to a good light output. The article "Half-Bridge and Full-Bridge Choke Converter Concepts for the Pulsed Operation of Large Dielectric Barrier Discharge Lamps" by K. Kyrberg et al., Published in IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 22, No. 3 (May 2007), pp. 926-933) and US Patent Application US 2007/0018590 A1 (Patent-Treuhand-Gesellschaft für elektrische Glühlampen GmbH) disclose ballasts for co-planar discharge ultraviolet flat lamps; these ballasts, which are improvements of so-called Class E ballasts, provide a high voltage non-sinusoidal shapes or pulses.

Les ballasts décrits dans la demande US 2007/0018590 précitée sont des convertisseurs de type demi pont. Dans sa version la plus simple, ce 25 convertisseur comporte deux branches munies chacune d'un commutateur et d'une diode montés en série, lesdites branches étant reliées au circuit de la lampe à décharge, ledit circuit comprenant un inducteur et la lampe à décharge proprement dit, sachant que l'une desdites branches est en liaison parallèle avec ledit circuit de la lampe. Les bornes du circuit série comportant les deux 30 branches de commutateur sont reliées à une source de tension. Ce ballast est capable de fournir une tension impulsionnelle adaptée à l'alimentation d'une lampe plane à décharge. Son avantage est d'être de conception simple. Dans certains modes de fonctionnement, il peut cependant présenter des inconvénients. Ces inconvénients sont de deux natures différentes. D'une part, lorsque l'on utilise ces ballasts, il semble être plus difficile de relier la lampe à décharge à la terre, ce qui est pourtant souhaitable pour des raisons de sécurité. En effet, les deux bornes de la lampe à décharge sont reliées à des points de commutation du ballast ; or, dans un système à haute tension, la mise à la terre d'une borne reliée à un point de commutation peut générer des perturbations électromagnétiques. D'autre part, la tension io d'alimentation nécessaire pour alimenter une lampe à décharge, qui serait de l'ordre de 1,5 kV à l'état stationnaire, nécessite l'emploi de sources de haute tension relativement couteuses. La présente invention a pour but de présenter un ballast pulsé pour lampes planes à décharge qui ne présente pas ces inconvénients. 15 Objets de l'invention The ballasts described in the aforementioned application US 2007/0018590 are half-bridge type converters. In its simplest version, this converter comprises two branches each provided with a switch and a diode connected in series, said branches being connected to the circuit of the discharge lamp, said circuit comprising an inductor and the discharge lamp itself, knowing that one of said branches is in parallel connection with said circuit of the lamp. The terminals of the series circuit having both switch branches are connected to a voltage source. This ballast is capable of providing a pulse voltage suitable for feeding a flat discharge lamp. Its advantage is to be of simple design. In some operating modes, however, it may have disadvantages. These disadvantages are of two different natures. On the one hand, when using these ballasts, it seems to be more difficult to connect the discharge lamp to the ground, which is however desirable for security reasons. Indeed, the two terminals of the discharge lamp are connected to switching points of the ballast; however, in a high voltage system, grounding a terminal connected to a switching point can generate electromagnetic disturbances. On the other hand, the supply voltage necessary to power a discharge lamp, which would be of the order of 1.5 kV in the stationary state, requires the use of relatively expensive high voltage sources. The present invention aims to present a pulsed ballast for flat discharge lamps that does not have these disadvantages. Objects of the invention

Selon l'invention, ce problème est résolu par un circuit électrique qui emploie deux sources de haute tension mises en série. Plus précisément, ce circuit 20 électrique pour alimenter une lampe à décharge pulsée est caractérisé en ce qu'il comporte deux branches dites de commutation, une branche dite de lampe, et deux branches dites d'alimentation, disposées de la manière suivante : (a) la première et la seconde branche de commutation comportent 25 chacune un interrupteur (X1, X2), une auto-inductance (L1, L2) et une diode (D1, D2), de manière à ce que dans chaque branche de commutation l'interrupteur (X1, X2) soit en parallèle avec la diode (D1, D2), et en série avec l'auto-inductance (L1, L2) ; (b) la branche de lampe comprend deux bornes pouvant être reliées à 30 une lampe à décharge (EL), l'une desdites bornes étant également reliée au point commun desdites première et seconde branches de commutation, l'autre étant également reliée aux deux branches d'alimentation ; (c) les branches d'alimentation comprennent chacune une alimentation de tension (V1, V2) chargeant un condensateur (Cl, C2), lesdites alimentations de tension (V1, V2) étant mises en série, et leur point commun étant relié à la branche de lampe. According to the invention, this problem is solved by an electrical circuit which employs two high voltage sources placed in series. More precisely, this electrical circuit 20 for supplying a pulsed discharge lamp is characterized in that it comprises two so-called switching branches, a so-called lamp branch, and two so-called supply branches, arranged in the following manner: ) the first and second switching branches each comprise a switch (X1, X2), a self-inductance (L1, L2) and a diode (D1, D2), so that in each switching branch the switch (X1, X2) is in parallel with the diode (D1, D2), and in series with the self-inductance (L1, L2); (b) the lamp branch comprises two terminals which can be connected to a discharge lamp (EL), one of said terminals being also connected to the common point of said first and second switching branches, the other being also connected to both food branches; (c) the supply branches each comprise a voltage supply (V1, V2) charging a capacitor (C1, C2), said voltage supplies (V1, V2) being connected in series, and their common point being connected to the lamp branch.

Ce circuit peut être utilisé pour alimenter une lampe à décharge, typiquement dans un système d'éclairage qui comprend une lampe à décharge (EL) dont les deux bornes sont reliées aux bornes de la branche de lampe dudit circuit. Pour lo l'utiliser, on actionne de manière alternée les interrupteurs (X1, X2) de manière à ce que l'un soit fermé lorsque l'autre est ouvert. This circuit can be used to power a discharge lamp, typically in a lighting system that includes a discharge lamp (EL) whose two terminals are connected to the terminals of the lamp branch of said circuit. To use it, it operates alternately switches (X1, X2) so that one is closed when the other is open.

Figures figures

15 Les figures 1 à 4 se réfèrent à l'invention. La figure 1 montre un mode de réalisation d'un circuit selon l'invention qui comprend un condensateur (C3) optionnel mais avantageux. La figure 2 montre un autre mode de réalisation d'un circuit selon l'invention, qui comporte dans chaque branche de commutation un dispositif de suppression 20 de bruit (P1, P2). La figure 3 montre des courbes de tension / courant en fonction du temps fourni par un dispositif selon l'invention aux bornes d'alimentation de la branche de lampe. La figure 4 montre un mode de réalisation similaire à celui de la figure 2, mais 25 dans lequel certains des composants ont été remplacés par une pluralité de composants de même type mis en série. Figures 1 to 4 refer to the invention. Figure 1 shows an embodiment of a circuit according to the invention which comprises an optional capacitor (C3) but advantageous. FIG. 2 shows another embodiment of a circuit according to the invention, which comprises in each switching branch a noise suppression device (P1, P2). FIG. 3 shows voltage / current versus time curves provided by a device according to the invention at the supply terminals of the lamp branch. Fig. 4 shows an embodiment similar to that of Fig. 2, but in which some of the components have been replaced by a plurality of like-assembled components in series.

Description détaillée detailed description

30 Selon l'invention, on utilise deux branches dites d'alimentation mises en série, chacune comprenant une source de tension (V1, V2), et deux branches dite de commutation, chacune comprenant un interrupteur (X1, X2) mis en parallèle avec une diode (Dl, D2). According to the invention, two power supply branches are used in series, each comprising a voltage source (V1, V2), and two so-called switching branches, each comprising a switch (X1, X2) connected in parallel with a diode (D1, D2).

Le terme diode comprend ici tout dispositif électronique unidirectionnel non-linéaire, qui ne laisse passer du courant que dans un seul sens. The term diode here comprises any unidirectional non-linear electronic device, which only allows current to flow in one direction.

Chaque branche de commutation comporte en série une auto-inductance (L1, L2), appelée communément une self , qui limite les impulsions de courant lorsque l'interrupteur (X1, X2) de ladite branche est actionné. L'auto-inductance (L1, L2) limite le courant qui traverse la lampe (EL), sachant que la lampe (EL) io se comporte comme un condensateur. L'auto-inductance (L1, L2) forme avec la lampe (EL) un circuit résonnant dont la fréquence est égale à 1/(2TrlLC) où C est la capacitance de la lampe et L l'inductance de l'auto-inductance (L1, L2). Par conséquent, l'inductance de l'auto-inductance (L1, L2) doit être adaptée à la capacitance de la lampe (EL) et à la largeur d'impulsion de commande, de 15 préférence inférieure ou égale à une microseconde pour obtenir une bonne efficacité lumineuse. La capacitance C est avantageusement comprise entre 0,5 nF et 5 nF, et notamment compris entre 1,5 nF et 3,5 nF pour la configuration plan-plan. Cette capacitance dépend notamment de la surface de l'électrode. Les fortes valeurs de capacitance impliquent un dimensionnement 20 adapté des composants. La valeur de l'auto-inductance L est avantageusement comprise entre 15 et 20 pH. A titre d'exemple, on obtient avec C = 3 nF et L = 15 pH une fréquence d'environ 800 kHz, c'est-à-dire une période de l'ordre de la microseconde (sachant qu'une fréquence de 1 MHz correspond à 1 psec). Each switching branch comprises in series a self-inductance (L1, L2), commonly called a choke, which limits the current pulses when the switch (X1, X2) of said branch is actuated. The self-inductance (L1, L2) limits the current flowing through the lamp (EL), knowing that the lamp (EL) io behaves like a capacitor. The self-inductance (L1, L2) forms with the lamp (EL) a resonant circuit whose frequency is equal to 1 / (2TrlLC) where C is the capacitance of the lamp and L the inductance of the self-inductance (L1, L2). Therefore, the inductance of the self-inductance (L1, L2) must be matched to the lamp capacitance (EL) and the control pulse width, preferably less than or equal to one microsecond to obtain good luminous efficiency. The capacitance C is advantageously between 0.5 nF and 5 nF, and in particular between 1.5 nF and 3.5 nF for the plane-plane configuration. This capacitance depends in particular on the surface of the electrode. The high capacitance values imply suitable dimensioning of the components. The value of the self-inductance L is advantageously between 15 and 20 pH. By way of example, with C = 3 nF and L = 15 pH a frequency of approximately 800 kHz is obtained, that is to say a period of the order of one microsecond (knowing that a frequency of 1 MHz corresponds to 1 psec).

25 Avantageusement, l'auto-inductance (L1, L2) est une bobine avec un noyau plan magnétique, de préférence à base d'un métal amorphe. Avantageusement, les auto-inductances (L1, L2) sont du même type et de la même inductance. Advantageously, the self-inductance (L1, L2) is a coil with a magnetic plane core, preferably based on an amorphous metal. Advantageously, the self-inductances (L1, L2) are of the same type and of the same inductance.

Dans un mode de réalisation avantageux, les interrupteurs (X1, X2) sont 30 chacun constitué d'une pluralité d'interrupteurs mis en série et synchronisés entre eux, et / ou les diodes (D1, D2) sont chacune constituées d'une pluralité de diodes mises en série, et / ou les sources de tensions (V1, V2) sont chacune 5 constituées d'une pluralité de sources de tension mises en série, et / ou les condensateurs (Cl, C2) sont chacun constitués d'une pluralité de condensateurs mis en série. Un tel mode de réalisation est illustré sur la figure 4. Sur cette figure, les interrupteurs X1 et X2 sont représentés chacun par quatre interrupteurs (respectivement X11, X12, X13, X14 et X21, X22, X23, X24) mis en série et synchronisés, et les diodes Dl et D2 sont représentées chacune par quatre diodes (respectivement Dl1, D12, D13, D14 et D21, D22, D23, D24) mises en série, et les sources de tension V1 et V2 sont représentées chacune par quatre sources de tension (respectivement V11, V12, V13, V14 et to V21, V22, V23, V24) mises en série, et les condensateurs Cl et C2 sont représentées chacun par quatre condensateurs (respectivement C11, C12, C13, C14 et C21, C22, C23, C24) mis en série, et les diodes D3 et D4 sont représentées chacune par cieux diodes (respectivement D31, D32 et D41, D42) mises en série. 15 Les interrupteurs (X1, X2) peuvent être des interrupteurs électriques statiques, typiquement à base de semi-conducteurs (par exemple de type MOSFET). Dans une variante, l'un des interrupteurs est statique, l'autre magnétique, ce qui simplifie le système de commande. A la place de chaque interrupteur (X1, X2), on peut utiliser une pluralité d'interrupteurs (tels que des MOSFET) mis en 20 série, dont la commutation, pour les interrupteurs statiques, est synchronisée à l'aide de coupleurs optiques ou, de préférence, magnétiques. Ainsi, on n'a pas besoin d'utiliser des interrupteurs de haute tension, qui sont coûteux. Pour commuter par exemple une tension de 3,2 kV à l'aide d'un groupe de quatre interrupteurs synchronisés, on peut utiliser des interrupteurs de type MOSFET 25 dont chacun ne commute qu'une tension de 0,8 kV. In an advantageous embodiment, the switches (X1, X2) each consist of a plurality of switches placed in series and synchronized with one another, and / or the diodes (D1, D2) each consist of a plurality diodes placed in series, and / or the voltage sources (V1, V2) each consist of a plurality of voltage sources placed in series, and / or the capacitors (C1, C2) each consist of a plurality of capacitors in series. Such an embodiment is illustrated in FIG. 4. In this figure, the switches X1 and X2 are each represented by four switches (respectively X11, X12, X13, X14 and X21, X22, X23, X24) placed in series and synchronized. , and the diodes D1 and D2 are each represented by four diodes (respectively D1, D12, D13, D14 and D21, D22, D23, D24) placed in series, and the voltage sources V1 and V2 are each represented by four sources of voltage (respectively V11, V12, V13, V14 and V21, V22, V23, V24) placed in series, and the capacitors C1 and C2 are each represented by four capacitors (respectively C11, C12, C13, C14 and C21, C22, C23, C24) placed in series, and the diodes D3 and D4 are each represented by two diodes (respectively D31, D32 and D41, D42) placed in series. The switches (X1, X2) may be static electrical switches, typically based on semiconductors (for example of the MOSFET type). In one variant, one of the switches is static and the other magnetic, which simplifies the control system. Instead of each switch (X1, X2), it is possible to use a plurality of switches (such as MOSFETs) in series, the switching of which, for the static switches, is synchronized by means of optical couplers or preferably magnetic. Thus, one does not need to use high voltage switches, which are expensive. To switch, for example, a voltage of 3.2 kV using a group of four synchronized switches, MOSFET switches 25 can be used, each switching only 0.8 kV.

Les deux sources de tension (V1, V2) peuvent délivrer chacune la même tension continue, ou une tension continue différente. On peut utiliser à la place d'une source de tension (V1, V2) une pluralité de sources de tension mises en 30 série. Ainsi, on n'a pas besoin d'utiliser des sources de haute tension qui sont coûteuses. On peut par exemple utiliser deux sources de tension pouvant délivrer une tension comprise entre 350 et 800 V. The two voltage sources (V1, V2) can each provide the same DC voltage, or a different DC voltage. Instead of a voltage source (V1, V2) a plurality of voltage sources in series can be used. Thus, there is no need to use high voltage sources that are expensive. For example, it is possible to use two voltage sources capable of delivering a voltage of between 350 and 800 V.

Dans un mode de réalisation particulier, qui peut être combiné avec tous les autres modes de réalisation de la présente invention, le circuit selon l'invention comporte en plus entre la lampe et le point commun des branches d'alimentation un condensateur (C3). Cela permet de minimiser la tension efficace de la lampe (EL). Avantageusement, la tension efficace appliquée à la lampe ne dépasse pas 1 kV. La capacitance du condensateur C3 doit être grande par rapport à la capacitance de la lampe (EL), par exemple 50 à 100 fois plus grande. Par exemple, pour une capacitance de la lampe (EL) de 3 nF, Io on peut utiliser une capacitance C3 comprise entre 100 nF à 200 nF. In a particular embodiment, which can be combined with all the other embodiments of the present invention, the circuit according to the invention further comprises a capacitor (C3) between the lamp and the common point of the supply branches. This makes it possible to minimize the effective lamp voltage (EL). Advantageously, the effective voltage applied to the lamp does not exceed 1 kV. The capacitance of the capacitor C3 must be large compared to the capacitance of the lamp (EL), for example 50 to 100 times larger. For example, for a lamp capacitance (EL) of 3 nF, a capacitance C3 of between 100 nF and 200 nF can be used.

Les diodes (D1, D2) sont des diodes d'écrêtage, par exemple des diodes Zener de puissance. Leur fonction est de protéger les interrupteurs (X1, X2) contre les surtensions transitoires lors des commutations. On peut utiliser à la place d'une 1s diode (D1, D2) une pluralité de diodes mises en série. The diodes (D1, D2) are clipping diodes, for example power zener diodes. Their function is to protect the switches (X1, X2) against transient overvoltages during switching. Instead of a diode (D1, D2), a plurality of diodes placed in series can be used.

Les condensateurs (Cl, C2) sont avantageusement intégrés dans les sources de tension (V1, V2). Il s'agit de condensateurs de filtrage. Leur capacitance se situe avantageusement entre environ 1 et 100 pF, et préférentiellement entre 3 20 et 60 pF. The capacitors (C1, C2) are advantageously integrated in the voltage sources (V1, V2). These are filter capacitors. Their capacitance is advantageously between about 1 and 100 pF, and preferably between 3 and 60 pF.

Dans une mode de réalisation particulier, qui peut être combiné avec tous les autres modes de réalisation de la présente invention, chaque branche de commutation comprend en plus une diode (D3, D4), montée en série avec la 25 branche d'alimentation, qui empêche l'inversion de courant ; cela limite ou même supprime les oscillations post-commutation. Ces diodes (D3, D4) sont des diodes rapides de haute tension. On peut aussi utiliser pour chaque branche de commutation une pluralité de diodes mises en série, pour diminuer la tension vue par chaque diode (D3, D4). 30 Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du circuit selon l'invention, les interrupteurs (X1, X2) sont commandés par un circuit programmable, notamment pour contrôler la largeur de l'impulsion générée, sa fréquence (comprise avantageusement entre 10 et 100 kHz, et encore plus avantageusement entre 20 et 60 kHz (une valeur de 40 KHz convient bien), et l'éventuelle modulation de cette fréquence. Cette modulation de fréquence se fait avantageusement sous la forme de trains d'impulsions. A titre d'exemple, avec des impulsions d'environ 2 psec de largeur, on génère des trains d'impulsion comprenant environ 5 à 10 impulsions, deux de ces trains d'impulsions étant espacés d'environ 10 et 100 ps, ce qui correspond à une fréquence de répétition d'environ 10 à 100 kHz. Io Dans un autre mode de réalisation particulier, qui peut être combiné avec tous les autres modes de réalisation de la présente invention, chaque branche de commutation comporte un dispositif de suppression de bruit (P1, P2) en série avec l'auto-inductance (L1, L2), comme montré sur la figure 2. Ce dispositif de 15 suppression de bruit (P1, P2) est avantageusement une auto-inductance saturable, de préférence à noyau magnétique amorphe, typiquement en cobalt ou alliage à base de cobalt. Ce dispositif coupe les oscillations qui résultent de la commutation, c'est-à-dire de la surtension appliquée sur les diodes. In a particular embodiment, which can be combined with all the other embodiments of the present invention, each switching branch further comprises a diode (D3, D4), connected in series with the power supply branch, which prevents the reversal of current; this limits or even suppresses post-switching oscillations. These diodes (D3, D4) are high voltage fast diodes. It is also possible to use for each switching branch a plurality of diodes placed in series, to reduce the voltage seen by each diode (D3, D4). In a particularly advantageous embodiment of the circuit according to the invention, the switches (X1, X2) are controlled by a programmable circuit, in particular to control the width of the generated pulse, its frequency (advantageously between 10 and 100 kHz , and even more advantageously between 20 and 60 kHz (a value of 40 KHz is well suited), and the possible modulation of this frequency.This frequency modulation is advantageously in the form of pulse trains. with pulses of about 2 psec width pulse trains comprising about 5 to 10 pulses are generated, two of these pulse trains being spaced about 10 and 100 ps apart, corresponding to a frequency of repetition of about 10 to 100 kHz In another particular embodiment, which can be combined with all other embodiments of the present invention, each switch branch has a separate arrangement. noise suppressor (P1, P2) in series with the self-inductance (L1, L2), as shown in FIG. 2. This noise canceling device (P1, P2) is advantageously a saturable self-inductance preferably amorphous magnetic core, typically cobalt or cobalt-based alloy. This device cuts the oscillations that result from switching, that is to say the overvoltage applied to the diodes.

20 Le circuit selon l'invention peut être utilisé dans un ballast pour alimenter une lampe à décharge. Pour cela, on branche une lampe plane aux bornes de la branche de lampe, on met les sources de tension (V1, V2) en marche et on actionne de manière alternée les interrupteurs (Xl, X2) de manière à ce que l'un soit fermé lorsque l'autre est ouvert. Avantageusement, les interrupteurs 25 (Xl, X2) sont commandés de manière à ce que la commutation dans les branches de commutation soit effectuée à courant sensiblement nul. A titre d'exemple, une telle lampe peut travailler à une tension crête comprise entre 1,4 et 4,0 kV à l'état stationnaire, avec une fréquence impulsionnelle d'environ 10 et 100 kHz (avantageusement entre 20 à 40 kHz), modulée par 30 une fréquence comprise entre 100 et 400 Hz (une valeur inférieure à 100 Hz conduit à un clignotement perceptible par l'oeil humain). Elle peut typiquement avoir une puissance nominale comprise entre 20 et 100 W. Elle peut être conçue pour émettre de la lumière visible et / ou ultra-violette. Ses électrodes peuvent être déposées de manière coplanaire sur la même paroi d'une plaque transparente en verre (ou en matériau transparent aux UV, tel que le quartz), ou chaque électrode peut être déposée sur une paroi différente. Le circuit selon l'invention peut aussi être utilisé pour alimenter un système de rétro-éclairage d'un écran d'affichage, par exemple d'un écran d'affichage à cristaux liquides. The circuit according to the invention can be used in a ballast to power a discharge lamp. For this purpose, a plane lamp is connected to the terminals of the lamp branch, the voltage sources (V1, V2) are turned on and the switches (X1, X2) are alternately actuated so that one be closed when the other is open. Advantageously, the switches 25 (X1, X2) are controlled so that switching in the switching branches is performed at a substantially zero current. By way of example, such a lamp can work at a peak voltage of between 1.4 and 4.0 kV in the stationary state, with a pulse frequency of approximately 10 and 100 kHz (advantageously between 20 and 40 kHz). , modulated by a frequency between 100 and 400 Hz (a value less than 100 Hz leads to a blinking perceptible by the human eye). It can typically have a nominal power of between 20 and 100 W. It can be designed to emit visible and / or ultraviolet light. Its electrodes can be coplanarly deposited on the same wall of a transparent glass plate (or UV-transparent material, such as quartz), or each electrode can be deposited on a different wall. The circuit according to the invention can also be used to power a backlight system of a display screen, for example a liquid crystal display screen.

io Le circuit selon l'invention présente plusieurs avantages et caractéristiques. Tout d'abord, son rendement est élevé : avec une lampe à décharge, jusqu'à 80% de l'énergie électrique peuvent être transformés en énergie lumineuse. Le ballast selon l'invention permet à l'utilisateur de diminuer l'intensité du courant de la lampe (effet de dimming ), jusqu'à environ 10% de la puissance 15 maximale, voire moins. Pour obtenir cet effet, on réduit le nombre d'impulsions par train d'impulsions, et / ou on augmente l'intervalle de temps entre deux trains successifs d'impulsions. The circuit according to the invention has several advantages and characteristics. First of all, its efficiency is high: with a discharge lamp, up to 80% of the electrical energy can be converted into light energy. The ballast according to the invention allows the user to decrease the intensity of the lamp current (dimming effect) up to about 10% of the maximum power, or even less. To achieve this effect, the number of pulses per pulse train is reduced, and / or the time interval between two successive pulse trains is increased.

De plus, le signal de sortie du ballast selon l'invention est symétrique en 20 tension, centré autour de + X volts et û X volts (voir pour un exemple la figure 3), alors que le ballast selon l'état de la technique fournit un signal décalé en tension. Cela conduit à une usure plus homogène des électrodes de la lampe. In addition, the output signal of the ballast according to the invention is symmetrical in voltage, centered around + X volts and X volts (see for an example Figure 3), while the ballast according to the state of the art. provides a signal shifted in voltage. This leads to more uniform wear of the lamp electrodes.

Par ailleurs, pour une tension d'alimentation donnée, chaque source de tension 25 (V1, V2) peut travailler à une tension qui n'est que la moitié de la tension utilisée par les ballasts selon l'état de la technique. Par conséquent, cette source de tension peut être d'une construction plus simple. En revanche, on a besoin de deux de ces sources de tension au lieu d'une selon l'état de la technique. 30 Et finalement, dans le ballast selon l'invention, l'une des bornes de la lampe à décharge n'est pas reliée à un point de commutation ; ainsi, cette borne peut 2939006 io être mise à la terre sans risquer de perturber le circuit. Moreover, for a given supply voltage, each voltage source 25 (V1, V2) can work at a voltage which is only half of the voltage used by the ballasts according to the state of the art. Therefore, this voltage source can be of a simpler construction. On the other hand, two of these voltage sources are needed instead of one according to the state of the art. And finally, in the ballast according to the invention, one of the terminals of the discharge lamp is not connected to a switching point; thus, this terminal can be grounded without the risk of disturbing the circuit.

Example

5 On a réalisé un circuit selon l'invention. Comme sources de tension (V1, V2), on a utilisé des transformateurs de modèle courant, associés à des condensateurs de filtrage d'une capacitance de l'ordre de 100 pF. Comme interrupteurs (X1, X2), on a utilisé des transistors de puissance de type Cool MOSTM Power Transistor SPP20N60S5 fournis par la société Infineon. io Comme diodes d'écrêtage (Dl, D2), on a utilisé des diodes Transil TM 1.5KE6V8A/440A fournies par la société STMicroelectronics. Comme auto-inductances (L1, L2), on a utilise des noyaux magnétiques à base de cobalt amorphe (VITROVACTM 6025 Z) avec un bobinage, d'une inductance de 22 pH. is Comme diodes (D3, D4), on a utilisé des diodes HiPerDynFREDTM DSEP 2x25-12C fournies par la société IXYS. Pour chaque branche, deux diodes indépendantes ont été mises en série. A circuit according to the invention was realized. As voltage sources (V1, V2), current model transformers associated with filter capacitors having a capacitance of the order of 100 pF were used. As switches (X1, X2), power transistors of the type MOSTM Power Transistor Cool SPP20N60S5 supplied by the company Infineon were used. As clipping diodes (D1, D2), Transil TM 1.5KE6V8A / 440A diodes supplied by STMicroelectronics were used. As self-inductances (L1, L2), magnetic cores based on amorphous cobalt (VITROVACTM 6025 Z) were used with a coil of a pH inductance. As diodes (D3, D4) diode HiPerDynFREDTM DSEP 2x25-12C diodes supplied by IXYS were used. For each branch, two independent diodes were put in series.

On a effectué des mesures sur deux lampes planes différentes, l'une avec une 20 surface active de 0,09 m2 (tableau 1), l'autre avec une surface active de 0,2 m2 (tableau 2), pour des délais variables entre deux impulsions (fréquence : 20 kHz). La colonne Vm,s(AV) correspond au cas où un condensateur (C3) a été ajouté en plus entre la lampe et les branches d'alimentation ; ce condensateur élimine 25 la composante continue du courant. Measurements were made on two different flat lamps, one with an active surface area of 0.09 m 2 (Table 1), the other with an active area of 0.2 m 2 (Table 2), for variable delays. between two pulses (frequency: 20 kHz). Column Vm, s (AV) corresponds to the case where a capacitor (C3) has been additionally added between the lamp and the supply branches; this capacitor removes the DC component of the current.

Tableau 1 Alimentation Courant Largeur Luminance Puissance VR,,s(DC) VT,s(AC) +/- [V] [mA] d'impulsion [Candela/m2] [W] [kV] [kV) [ps] 300 117 2 1170 70,2 1,70 300 90 5 1310 54,0 1,43 Il 300 81 10 1540 48,6 1,24 1,00 300 76 15 1560 45,6 1,20 300 71 25 1500 42,6 1,15 350 80 25 1560 56,0 1,20 Tableau 2 Alimentation Courant Largeur Luminance Puissance V",(DC) Vm,S(AC) +/- [V] [mA] d'impulsion [Candela/m2] [W] [kV] [kV) [ps] 350 175 5 1340 122,5 1,45 0,87 350 165 10 1570 115,5 1,34 1,04 350 158 20 1550 110,6 1,28 1,24 350 157 25 1530 109,9 1,26 1,26 350 160 30 1550 112,0 1,28 1,25 350 166 40 1610 116,2 1,35 1,1 350 180 45 1440 126,0 1,52 0,97 La figure 3a montre à titre d'exemple les signaux électriques mesurés sur ce ballast en mode allumage partiel : les impulsions de tension (d'une largeur d'environ 35 ps, voir la courbe en haut) induisent une impulsion de courant (voir la courbe en bas). On note que les impulsions de tension sont symétriques autour du point zéro. La figure 3b montre à titre d'exemple les signaux électriques mesurés sur ce io ballast en mode allumage (échelles agrandies par rapport à celles de la figure 3a). On reconnait le front de tension très raide, d'une largeur d'environ 500 ns, qui induit un pic de courant d'une largeur à mi-hauteur d'environ 400 ns. Table 1 Power supply Current Width Luminance Power VR ,, s (DC) VT, s (AC) +/- [V] [mA] pulse [Candela / m2] [W] [kV] [kV] [ps] 300 117 2 1170 70.2 1.70 300 90 5 1310 54.0 1.43 Il 300 81 10 1540 48.6 1.24 1.00 300 76 15 1560 45.6 1.20 300 71 25 1500 42.6 1.15 350 80 25 1560 56.0 1.20 Table 2 Power supply Current Width Luminance Power V ", (DC) Vm, S (AC) +/- [V] [mA] pulse [Candela / m2] [ W] [kV] [kV] [ps] 350 175 5 1340 122.5 1.45 0.87 350 165 10 1570 115.5 1.34 1.04 350 158 20 1550 110.6 1.28 1.24 350 157 25 1530 109.9 1.26 1.26 350 160 30 1550 112.0 1.28 1.25 350 166 40 1610 116.2 1.35 1.1 350 180 45 1440 126.0 1.52 0 Figure 3a shows, by way of example, the electrical signals measured on this ballast in partial ignition mode: the voltage pulses (of a width of approximately 35 ps, see the curve at the top) induce a current pulse ( see the curve below) Note that the voltage pulses are symmetrical about the zero point Figure 3b shows by way of example the electrical signals measured on this ballast in ignition mode (scales enlarged compared to those of FIG. 3a). We recognize the very steep tension front, about 500 ns wide, which induces a current peak with a width at mid-height of about 400 ns.

is On constate que le circuit est capable d'alimenter une lampe plane dans des conditions d'éclairage satisfaisantes, et avec un fort rendement. On constate que dans une zone d'impulsion entre environ 10 et environ 40 ps, la luminosité dépend peu de la largeur de l'impulsion. It is found that the circuit is capable of supplying a flat lamp under satisfactory lighting conditions and with a high efficiency. It can be seen that in an impulse zone between about 10 and about 40 ps, the brightness depends little on the width of the pulse.

On constate que le condensateur C3, qui coupe la composante continue du courant, conduit à une diminution de la tension pour des impulsions qui ne sont pas strictement symétriques. It is found that the capacitor C3, which cuts the DC component of the current, leads to a decrease in the voltage for pulses which are not strictly symmetrical.

Claims

CLAIMS1 Electrical circuit for supplying a pulsed discharge lamp, characterized in that it comprises two so-called switching branches, a said lamp branch, and two so-called supply branches, arranged in the following manner: (a) the first and the second switching branch each comprise a switch (X1, X2), an auto-inductor (L1, L2) and a diode (D1, D2), so that in each switching branch the switch (X1, X2 ) in parallel with the diode (D1, D2), and in series with the self-inductance (L1, L2); (b) the lamp branch comprises two terminals which can be connected to a discharge lamp (EL), one of said terminals being also connected to the common point of said first and second switching branches, the other being also connected to the two branches feeding; (c) the supply branches each comprise a voltage supply (V1, V2) charging a capacitor (C1, C2), said voltage supplies (V1, V2) being connected in series, and their common point being connected to the lamp branch.

2. Circuit according to claim 1, characterized in that the switches (X1, X2) are each constituted by a plurality of switches placed in series and synchronized with each other, and / or characterized in that the diodes (D1, D2) each consists of a plurality of diodes placed in series, and / or characterized in that the voltage sources (V1, V2) each consist of a plurality of voltage sources in series.

The circuit of claim 1 or 2, further comprising in each switching branch a diode (D3, D4) or a plurality of serially placed diodes positioned on the supply branch side for limiting or suppressing oscillations. post-switching.

4. Circuit according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the terminal of the lamp which is not connected to the switching branches is connected to the earth.

5. Circuit according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it further comprises between the lamp and the supply branches a capacitor (C3).

6. Circuit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it further comprises in each switching branch a noise suppression device (P1, P2) in series with the self-inductance (L1, L2). 15

7. Circuit according to any one of claims 1 to 6, characterized in that one of the switches (X1, X2) is a static switch and the other a magnetic switch. 20

8. Lighting system comprising a circuit according to any one of claims 1 to 7 and a discharge lamp (EL), the two terminals are connected to the terminals of the lamp branch.

An illumination system according to claim 8, wherein the self-inductance (L1, L2) and the lamp (EL) form a resonant circuit of frequency equal to 11 (2Tr'ILC), where C is the capacitance of the lamp (EL) and L inductance of the self-inductance (L1, L2), said system being characterized in that the capacitance C is between 0.5 nF and 5 nF. 30

10. Lighting system according to claim 9, characterized in that said lamp (EL) has a plane-planar type electrode configuration, and in that the capacitance C is between 1.5 nF and 3, 5 nF.

11. Use of a circuit as claimed in any one of claims 1 to 7 for supplying a discharge lamp or backlight system of a display screen.

12. A method of using a lighting system according to any one of claims 8 to 10, wherein is actuated alternately switches (X1, X2) so that one is closed when lo the other is open.

13. The method of claim 12, characterized in that the switching in the switching branches is performed at substantially zero current.

14. Method according to any one of claims 12 to 13, characterized in that the switches (X1, X2) are controlled by a programmable circuit, which controls the width of the pulse generated, its frequency, and optionally the modulation of this frequency. 20