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L'invention concerne un dispositif d'amorçage pour un appareil àdécharge en atmosphère gazeuse et, plus spécialement, un dispositif d'amorçage ou starter pour lampes fluorescentes utilisant des semi-conducteurs.
Il est connu d'amorcer certains appareils à décharge en atmosphère gazeuse., comme les lampes fluorescentes, en faisant passer un courant de préchauffage dans les cathodes situées à chaque extrémité de la lampe, de façon a partiellement ioniser le gaz à l'intérieur de la lampe et à pouvoir ainsi utiliser une ten- sion plus faible pour entretenir une décharge dans l'appareil, Il est courant aussi, dans des circuits d'éclairage de ce genre.,
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de connecter les cathodes à une source d'énergie et, réunies en série, à un interrupteur d'amorçage d'un type convenable, par exemple un interrupteur à lueur, mis dans le circuit série.
'interrupteur d'amorçage a les moyens de déconnecter le circuit série pour amorcer une décharge dans la lampe.Une fois que la dé- charge s'est produite dans la lampe, l'interrupteur d'amorçage reste ouvert.
Quoique ces dispositifs d'amorçage soient produits in- dustriellement au point d'être économiques et faciles à installer, ils présentent certains inconvénients. En particulier, ces dispo- sitifs d'amorçage permettent au courant de préchauffage de cir- culer dans les cathodes pendant un temps suffisamment long pour assurer, autant que possible, que les lampes usées à un certain degré s'allument encore.
Comme l'état d'une lampe à laquelle on destine un dispositif d'amorçage est inconnu, on prévoit un temps suffisamment long avant que le dispositif d'amorçage fonctionne pour que toutes les lampes s'allument. En outre, comme ces interrupteurs utilisent d'ordinaire un dispositif à décharge à lueur et un contact d'éclateur, dont la durée est relativement limitée, le coût d'entretien est exagérément élevé malgré le faible coût initial du dispositif d'amorçage. Ce coût d'entretien, est surtout inadmissible là où on utilise un grand nombre de lampes et un dispositif d'amorçage par lampe.
L'invention a pour but de procurer un dispositif d'amor- çage de lampe fluorescente nouveau et perfectionné ne contenant que des éléments fixes.
L'invention consiste en un circuit électrique d'amorçage et d'alimentation d'un appareil à décharge en atmosphère gazeuse, comme une lampe fluorescente, comprenant une paire d'électrodes chauffées pour amorcer la décharge et connectées en série avec un dispositif d'amorçage, ce dernier consistant en un semi-cônducteur dont la tension de rupture est inférieure à la tension d'amorçage
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et supérieure à la fusion de service de l'appareil à décharge.
L'invention ressortira clairement de la description détaillée,donnée ci-après, de plusieurs de ses formes d'exécution représentées, à titre d'exemple, au dessin anne dans lequel :
La figure 1 est un schéma de montage d'une lampe fluo- rescente ayant un dispositif d'amorçage construit conformément aux principes de l'invention et connecté en série avec les catho- des de la lampe.
La figure 2 est une courbe courant-tension caractéristique d'une diode semi-conductrice.
La figure 3 est une courbe courant-tension caractéristique d'une paire de diodes semi-conductrices connectées en série et en oppo si tion.
La figure 4 est un schéma de montage d'une lampe fluo- rescente avec un autre dispositif d'amorçage construit confor- mément aux principes de l'invention et connecté en série avec les cathodes de la lampe, et
La figure 5 est un schéma de montage d'une lampe fluo- rescente utilisant le dispositif d'amorçage représenté à la figure 1 avec un nouveau limiteur du courant qui le traverse.
Comme la figure 1 le montre, un appareil à décharge en atmosphère gazeuse, comme une lampe fluorescente 2 du commerce, que l'on veut faire fonctionner avec un dispositif d'amorçage construit suivant les principes de l'invention, consiste en un tube hermétique allongé 4 ayant une cathode 6 à chaque extrémité.Pour que les cathodes 6 soient traversées par le courant, chaque extré- mité de chaque cathode 6 est connectée à une broche de contact 8 sortant du tube. La construction des lampes telles que la lampe 2 est bien connue, et il est jugé inutile de les décrire ni de citer les différentes atmosphères gazeuses pouvant régner à l'intérieur du tube 4.
Les broches de contact 8 peuvent s'adapter dans un socket de lampe 10 qui comprend deux doigts de contact espacés et électri-
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quement isolés 12 venant chacun toucher une broche de contact 8 de la lampe 2. Comme d'habitude, chaque doigt de contact 12 est relié à des bornes électriquement isolées 14 auxquelles des fils de con- nexion peuvent être attachés aisément. Comme la figure 1 le montre, une source d'énergie convenable 16 est reliée à une borne 14 de chaque extrémité de la lampe 2, à l'aide de conducteurs 18 et 20. Comme la lampe 2 a une caractéristique de. résistance négative, une impédance limiteuse de courant ou ballast 22, comme un enrou- lement de ballast à forte réactance, est reliée électriquement en série avec l'un ou l'autre des conducteurs, le conducteur 20 par exemple.
L'autre borne 14 d'un des sockets de lampe 10 est reliée électriquement, par un conducteur 24, à un dispositif d'amorçage construit suivant les principes de l'invention et reliée à son tour, par un conducteur 25, à l'autre borne 14 de l'autre socket de lampe 10.
Comme représenté à la figure 1, le dispositif d'amorçage consiste en une paire de diodes semi-conductrices 26a et 26b de type connu, composées chacune d'une cathode 28 et d'une anode 30 reliées entre elles en série et en opposition et en série avec les conducteurs 24 et 25. Quoique, sur la figure, les anodes 30 soient connectées électriquement entre elles, par un conducteur 32, il va de soi que, si on le désire, les cathodes peuvent être réunies de cette manière. On peut aussi, si on le désire, rem- placer la paire de diodes par une double diode spécialement cons- truite ayant une électrode commune, comme, par exemple, une base unique avec deux pointes de contact, ou -bien une diode à jonction PNP ou NPN.
Il est connu que, pour certaines applications; le ren- dement de diodes semi-conductrices est le mieux indiqué par le rapport entre l'impédance que la diode présente à la circulation du courant dans un sens et l'impédance qu'elle présente au courant circulant en sens opposé. La figure 2 donne la courbe courant-
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tension caractéristques d'une diode semi-conductrice, et on peut constater que, dans le sens passant, une diode semi-conductrice a une impédance nettement moindre que dans le sens opposé.
Il est à noter aussi que, lorsqu'une tension inverse progressivement croissante est appliquée à une telle diode, le courant qui tra- verse celle-ci est initialement limité à une faible valeur jusqu'au moment où on atteint une certaine pointe de tension indiquée par la référence Ep.
En ce qui concerne les diodes semi-conductrices en général, il est connu que la valeur de la pointe de tension Ep varie avec la quantité d'impuretés sélectionnées contenues, et une diode semi-conductrice doit donc être conçue et construite suivant sa destination. Il n'y a pas qu'une pointe de tension Ep par diode semi-conductrice déterminée, mais plusieurs, suivant surtout la température ambiante dans laquelle la diode semi- conductrice est utilisée. La courbe caractéristique donnée à la figure 2 ne correspond donc qu'à une température ambiante. Quoique d'autres courbes caractéristiques pourraient être représentées, elles sontgénéralement semblables à la courbe caractéristique de la figure 2, cette dernière étant cependant particulièrement avantageuse, comme exposé plus en détail ci-après.
Il est à remarquer aussi que le courant de fuite d'une diode fait augmenter sa température, ce qui affecte aussi la caractéristique d'une diode déterminée à une température ambiante donnée.
Comme précité, un dispositif d'amorçage construit sui- vant les principes de l'invention et comme représenté à la figure 1, se compose d'une paire de diodes semi-conductrices 26a et 26b mises en séri-e et en opposition. Il est à noter que les polarités des tensions appliquées aux diodes 26a et 26b varient constamment au double de la fréquence de la source de courant alternatif. Par exemple, quand un courant d'électrons 1 circule, comme la flèche l'indique à la figure 1, à travers les diodes 26a et 26b, celles-ci
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ont la polarité instantanée indiquée, c'est-à-dire que la cathode
28 de la diode 26a est positive par rapport à son anode 30,tandis que la cathode 28 de la diode 26b est négative par rapport à son anode 30.
Dans ces conditions, la diode 26b présente une impé- dance relativement faible au courant qui la traverse. La diode 26a arrête, au contraire, tout courant notable aussi longtemps que la tension appliquée à ses bornes ne dépasse pas la pointe de tension Ep.
La figure 3 représente la courbe courant-tension carac- téristique d'une paire de diodes semi-conductrices 26a et 26b connectées en série et en opposition. On remarquera que la carac- téristique d'impédance d'un ensemble série de ce genre est déter- minée en substance par l'impédance inverse des diodes. En effet, l'impédance inverse élevée de la diode 26a empêche tout courant notable de passer dans un sens à travers les diodes 26a et 26b connectées en série et en opposition, aussi longtemps que la pointe de tension Ep de la diode 26a n'est pas dépassée.Due fois la ten- sion Ep de la diode 26a dépassée, la faible impédance dans le sens passant de la diode 26b ne peut pas s'opposer par elle-même au passage du courant.
De même, dans le sens de passage du courant opposé, l'impédance de la diode 26a est faible, et l'impédance inverse élevée de la diode 26b empêche tout courant notable de passer, aussi longtemps que la pointe de tension Ep de la diode 26b n'est pas dépassée.
En utilisant pour dispositif-d'amorçage, comme représenté, à la figure 1, la combinaison des diodes 26a et 26b montées en série et en opposition dont la caractéristique de courant est représentée à la figure 3, l'impédance dans le sens passant de la diode 26a est faible et n'offre en substance pas de résistance au passage d'une demi-alternance d'un courant alternat! t'appliqué aux bornes 16. La diode 26b offre, au contraire, une forte
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résistance dans ce sens de passage, et pratiquement aucun courant ne la traverse aussi longtemps que la pointe de tension Ep n'est pas dépassée.
Si on applique donc une tension d'alimentation 16 égale ou supérieure à la pointe de tension Ep au dispositif d'amor- çage, les diodes 26a et 26b laissent passer le courant durant une demi-période après que la valeur instantanée de la tension d'ali- mentation égale la pointe de tension Ep.
Dans ces conditions, du courant circule d'une borne du réseau d'alimentation 16, par le conducteur 18, une borne 14 avec son doigt de contact 12 et sa broche-de contact 8, la cathode 6, l'autre borne 14 avec son doigt de contact 12 et sa broche de contact 8, le conducteur 24, les diodes 26a et 26b, le conducteur 25, une borne 14 à l'autre extré- mité de la lampe avec son doigt de contact 12 et sa broche de contact 8, la cathode 6, l'autre borne 14 de cette extrémité avec son doigt de contact 12 et sa broche de contact 8, le conducteur
20 et le ballast limiteur de courant 22, pour aboutir à l'autre borne du réseau d'alimentation 16. a situation est exactement renversée durant la demi-périodeopposée, le courant circulant en sens inverse de celui précité.
Le courant ne circule donc dans les diodes 26a et 26b que durant une partie de chaque demi-période, et la tension de réseau est appliquée entre les cathodes 6 de la lampe 2, quand en substance, aucun courant ne circule dans le dispositifd'amorçage 26.
Le courant qui traverse les cathodes 6 échauffe celles-ci et les fait émettre assez d'électrons à l'intérieur du tube 4 de la lampe 2, pour que le-gaz contenu dans le tube 4 s'ionise par- tiellement. urâce à cet état d'ionisation partielle, la décharge dans le tube 4 peut s'amorcer avec une tension plus faible que si la lampe 2 était amorcée à froid. La tension de réseau 16 étant appliquée par intermittence entre les cathodes 6, une fois le gaz du tube 4 suffisamment ionisé, une décharge se produit dans la lampe 2 sous une tension égale ou inférieure à la pointe de ten-
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sion Ep, suivant les caractéristiques de la lampe 2.
La tension de réseau 16 doit.dépasser la pointe de tension Ep, pour que du courant circule dans les cathodes 6.
Une fois la décharge produite dans la lampe 2, il est souhaitable que le courant ne circule plus dans le dispositif d'amorçage et dans les cathodes 6 de la lampe 2. La pointe de tension Ep dépassera donc, de préférence, la chute de tension entre les cathodes 6 de la lampe 2 après établissement de la décharge, les diodes 26a et 26b fonctionnant alors dans la partie de leur caractéristique (courbe de la figure 3) comprise entre les pointes de tension Ep opposées, partie dans laquelle le courant de pas- sage est en substance nul. Comme la lampe 2 est en parallèle avec ' le circuit du dispositif d'amorçage, la tension aux bornes des diodes 26a et 26b est la même que la chute de tension aux bornes de la lampe 2, et comme on n'atteint plus la pointe de tension Ep aux bornes des diodes 26a et 26b, celles-ci ne sont en substance parcourues par aucun courant.
Il est à remarquer qu'un dispositif d'amorçage calculé avec exactitude pourrait avoir une capacité thermique insuffisante pour laisser passer le courant de façon ininterrompue dans le cas où la lampe 2 vieillit et que la chute de tension aux bornes de la lampe 2 vient à dépasser la pointe de tension Ep. Si on le désire, on peut, en prévision de cette éventualité, placer une résistance limiteuse de courant 40 en série dans le conducteur 25, de façon à éviter que les diodes 26a et 26b ne soient endommagées.
On peut aussi utiliser un interrupteur à temps thermostatique à cet effet, comme on en utilise avec les dispositifs d'amorçage du type "à lueur ".
Comme la figure 4 le montre, on peut, si on le désire, utiliser plusieurs diodes 26a en série et plusieurs diodes 26b en série, et mettre les deux groupes série eux-mêmes en série et en -apposition. A la figure 4, on utilise trois diodes 26a et
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trois diodes 2612. De cette manière, on peut utiliser une lampe à tension d'amorçage plus élevée, puisque la tension nécessaire à faire circuler un courant est la somme des pointes de tension Ep des différentes diodes 26a ou 26b, suivant le sens du courant.
Comme représenté, la tension nécessaire à faire circula un cou- rant est égale à la pointe de tension propre Ep des trois diodes.
Dans ces conditions, la résist@nce interne des différentes diodes
26a et 26b peut être utilisée comme une résistance de limitation de courant permettant de se passer de limiteurs de courant séparés, si les diodes choisies ont une résistance interne suffisante.
Si on le désire, une combinaison de groupes de diodes série mis en série et en opposition peut être associée à une résistance de limitation de courant semblable à la résistance 40. Quel que soit le circuit utilisé.,les considérations relatives à la pointe de tension Ep précitées sont toujours d'application.
Des essais pratiques effectués sur une lampe fluorescente de 40 @@@ ts avec un ballast sousune tension de 117 volts alterna- tif 60 périodes, le dispositif d'amorçage consistant en une paire de redresseurs à points de contact en germanium connectés en série et en opposition, ont montré que la lampe fonctionnait de façon satisfaisante avec une résistance limiteuse de courant 40 de
400 ohms. Quand on a utilisé six diodes d'un redresseur au sélénium à 100 milliampères, comme représenté à la figure 4, une résistance de limitation de courant s'est avérée inutile. Des diodes à point de contact et à jonction, au germanium et au sélénium, se sont toutes avérées satisfaisantes.
Les valeurs d'éléments de circuits indiquées ici sont données purement à titre d'exemple et ne limi- tent aucunement l'invention.
Un dispositif d'amorçage suivant l'invention utilise les caractéristiques courant-tension non linéaires d'une diode semi- conductinice qui ne laisse passer qu'un courant très faible jusqu'à atteinte d'une certaine tension de rupture, et ensuite un courant
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important. Quoique, comme précité, on ait utilisé, à cet effet, la pointe de tension Ep résultant des caractéristiques à tempé- rature ambiante de ces diodes,on peut aussi, si on le désire, utiliser des caractéristiques semblables dans d'autres gammes de fonctionnement.
On peut, par exemple, utiliser, au lieu de la pointe de tension Ep indiquée, la tension de rupture de Zener d'une diode semi-conductrice. On peut aussi, si on le désire, utiliser une diode semi-conductrice fonctionnant en se basant sur une combinaison de la tension de rupture de Zener supérieure à la pointe de tension Ep et des pointes de tension Ep à tempé- rature ambiante. On peut, d'autre part, utiliser une autre matière à caractéristique courant-tension non linéaire ayant des pointes de tension semblables, comme le carbure de silicium. Quel que soit l'élément non linéaire utilisé, son fonctionnement sera toujours basé sur des caractéristiques semblables à celles dé- crites.
L'expérience montre que les courbes caractéristiques semblables à celles représentées à la figure 2 et à la figure 3 conviennent mieux que d'autres courbes caractéristiques de la même diode semi-conductrice utilisée à d'autres températures d'ambiance. La figure 2 montre principalement que les courbes à pointe de tension Ep d'une valeur relativement élevée se rapprochent de la tension de rupture de Zener, et que la chute de tension aux bornes de la diode tombe rapidement à une valeur très faible en- traînant un accroissement supplémentaire du courant de circulation.
Avec une diode semi-conductrice de ce genre, le courant augmenté traverse chacune des cathodes 6 de la lampe 2, et les diodes 26a et 26b ont une faible chute de tension inférieure à celle dans les cathodes 6, de sorte que la puissance dissipée dans les diodes est plus faible que dans les cathodes 6. Avec certaines autres courbes caractéristiques, les mêmes diodes ont une chute de ten- sion plus élevée et la dissipation de chaleur permise dans les
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cathodes 6 serait moindre, dans ces cas, qu'avec une diode fonc- tionnant suivant la courbe caractéristique représentée à la figure
2. En fonctionnant suivant la courhe caractéristique représentée à la figure 2, il est aussi possible d'utiliser des diodes à capa- cité de courant plus faible.
One autre modification de l'invention est représentée à la figure 5. Elle est semblable au circuit représenté à la figure
1, sauf que la résistance limiteuse de courant 40 est remplacée par un transformateur abaisseur de tension 60 pour réduire le courant traversant les diodes 26a et 26b. Comme représenté, le transformateur 60 a un enroulement primaire 62 placé dans le con-. ducteur 25 en série avec les diodes 26a et 26b, et une paire de secondaires distincts 64 connectés aux cathodes 6 respectives de la lampe 2. Un appareil de ce genre fonctionne comme les précédents. sauf que, lorsque les diodes 26a et 26b sont traversées par un courant notable, du courant circule dans le primaire 62 et donc aussi dans les secondaires 64.
Chaque secondaire est mis aux bornes d'une cathode 6, de façon que le courant secondaire traversa la cathode 6 correspondante dans le même sens que le courant de chauffage qui passe quand les diodes 26a et 26b laissent passer un courant notable, ce qui augmente le chauffage des cathodes.
Il est clair que ce courant supplémentaire dans les cathodes 6 fait émettre, par celles-ci, des électrons supplémentaires qui ionisent l'intérieur de lalampe 2. Comme l'ionisation nécessaire à amorcer la lampe 2 est limitée, le courant supplémentaire venant du secondaire 64 permet de diminuer la capacité en courant des diodes 26a et 26b. Les secondaires 64 du transformateur 60 sont réalisés en substance identiques afin que les deux cathodes.6 soient également chauffées.
Le transformateur 60 doit être calcul de façon à adapter, en impédance, les caractéristiques des cathode de lampe 6 aux caractéristiques des diods 26a et 26Jb ,afin que les,
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cathodes 6 aient à nouveau une chute de tension élever comparée à la chute de tension dans les diodes 26a et 26b, comme précité*
La description qui précède montre qu'un dispositif d'amorçage construit suivant les principes de la présente invention utilise certaines caractéristiques de certains types de salières, grâce à quoi aucune partie mobile n'est utilisée dans le disposi- tif d'amorçage.
En outre, comme la vie des semi-conducteurs est très longue, le coût d'entretien est notablement réduit, et vu le faible encombrement des semi-conducteurs utilisés, ceux-ci se montent facilement en tout endroit convenable de l'appareil d'éclai- rage, y compris le ballast. Grâce à son faible encombrement, un dispositif d'amorçage de ce genre peut, si on le désire, être monté de façon amovible comme les interrupteurs à lueur actuellement utilisés, de sorte que les installations existantes peuvent être pourvues de dispositifs d'amorçage suivant la présente invention.
REVENDICATIONS
1.- Circuit électrique d'amorçage et d'alimentation d'un appareil à décharge en atmosphère gazeuse, comme une lampe fluo- rescente, comprenant une paire d'électrodes chauffées pour amorcer la décharge et connectées en série avec un dispositif d'amorçage, caractérisé en ce que le dispositif d'amorçage consiste en un semi- conducteur dont la tension de rupture est inférieure à la tension d'amorçage et supérieure à la tension de service de l'appareil à décharge.