"Circuit de charge d'un oscillateur à ondes sinusoïdales"
(Inventeur: Ira Jay PITEL)
Priorité de la demande de brevet déposée aux Etats-Unis
d'Amérique le 20 décembre 1976 sous le n[deg.] 752,166, au nom
de Ira Jay PIXEL, dont la Société susdite est l'ayant droit.
La présente invention est relative à des circuits de charge d'oscillateurs à ondes sinusoïdales et, en particulier, à un montage de ce type convenant à une utilisation avec des
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Les circuits de charge actuellement fabriqués, destinés à des lampes fluorescentes, sont très fréquemment du
type auto-transformateur de 120 Hz. Dans ceux-ci, la caractéristique de saturation du transformateur est utilisée pour fournir les courants désirés nécessaires au fonctionnement d'une lampe fluorescente.
Toutefois, on sait que le type auto-transformateur
du circuit de charge est relativement lourd et incommode.
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inefficace, ce qui conduit à une production de chaleur excessive, ainsi qu'à une perte d'énergie. Au surplus, les possibilités opératoires sont quelque peu moins que désirées en
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qui est bien dans la gamme des fréquences audibles.
Un autre forme connue de circuit de charge de lampes comprend un circuit oscillateur du type univibrateur en coopération avec un transformateur à noyau saturable. Un transistor de l'oscillateur sature et effectue la saturation de la matière-du noyau du transformateur pour limiter le flux de courant et empêcher que les lampes brûlent.Toutefois, les caractéristiques de saturation de la matière du noyau sont relativement variables et imprévisibles, ce qui rend ce montage indésirable,ou mieux,plus difficile à commander ou contrôler exactement.
Selon une autre conception du montage de charge de lampes, une forme d'onde rectangulaire est développée et appliquée à un réseau de filtrage. Dans ce cas, la forme d'onde rectangulaire est transformée en une forme d'onde sinusoïdale.
Toutefois, le montage à forme d'onde rectangulaire s'est révélé moins efficace que le montage dans lequel une forme d'onde sinusoïdale est directement développée. Pareillement, le filtrage requis pour prévoir une forme d'onde sinusoïdale dérivée
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sement coûteux .
D'autre part, une autre forme d'appareil de charge de lampes est décrite dans la demande de brevet américain
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(Circuit de charge d'oscillateur accordé), introduite le
19 mars 1976 au nom de la présente Demanderesse. Cet'Le demande
a pour objet un montage joint à un oscillateur accorde comprenant plusieurs enroulements inductifs pour effectuer le développement de la résonance à une fréquence donnée, l'activation
de l'oscillateur couplé à un circuit de lampe et le verrouillage du montage pour arrêter le flux de courant non commandé à travers 1'oscillateur.
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nique antérieure, des circuits séparés tant pour des signaux transitoires que l'interférence haute fréquence (IHF). De plus, les circuits de filtrage transitoires connus comprennent un seul dispositif sensible transitoire ou des dispositifs "empilés" de ce type, tandis que les circuits d'interférence haute fréquence comportent au moins deux inducteurs et un transformateur à enroulement anti-inductif. Ce montage est relativement coûteux et semble laisser beaucoup à désirer.
Par conséquent, un but de la présente invention est de concevoir un circuit de charge valorisé, convenant à une utilisation avec une charge de lampe. Un autre but de l'invention est de réaliser un circuit de charge amélioré qui réduit au minimum les transitoires de puissance pendant la commutation des transistors. Un autre but encore de l'invention vise à prévoir un circuit de charge amélioré pourvu de multiples enroulements inductifs de transformateur, agissant d'une manière coopérative et convenant au développement de potentiels protecteurs en réponse aux conditions de charge à
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un circuit de charge amélioré comportant une possibilité de correction de facteur de puissance.
Ces buts, ainsi que d'autres objectifs, avantages et possibilités sont atteints selon un exemple de réalisation de la présente invention en utilisant un circuit de charge doté d'un oscillateur accordé, couplé à un redresseur à courant continu (CC) connecté par un circuit de correction de facteur de
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Un premier transformateur comprend des enroulements raccordés à l'oscillateur et à un enroulement d'un deuxième transformateur en série avec un condensateur pour former un circuit résonnant. Un circuit de charge shunte le condensateur du circuit résonnant. Le deuxième transformateur est doté d'un enroulement associé à un circuit de verrouillage couplé au redresseur CC, tandis que le premier transformateur est muni d'un montage associé pour prévoir une possibilité de correction de la durée de rémanence des transistors, De plus, un circuit conditionnant la ligne de force motrice est également prévu.
L'invention est décrite en détail ci-après en se référant aux dessins annexés au présent mémoire, dans lesquels:
la figure 1 est un exemple de réalisation préféré d'un circuit de charge d'oscillateur accordé à ondes sinusoidales, doté d'une possibilité de correction de facteur de puissance et de correction de temps de rémanence des transistors;
la-figure 2 est un autre exemple de réalisation d'un Circuit d'oscillateur accordé à ondes sinusoïdales, utilisant ,un montage de correction de facteur de puissance et de temps de rémanence; la figure 3 est un graphique des courants de chaque transistor d'un oscillateur à ondes sinusoïdales dépourvu d'un montage de correction de propre temps de rémanence;
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transistors dont les voies de commutation sont du type à charge inductible et sont formés en "L"; et la figure 5 est un graphique de la densité des porteurs minoritaires de la base d'un transistor.
Pour mieux comprendre la présente invention, conjointement avec ses buts, autres objectifs, avantages et possibilités, il convient de se référer à la description ci-après et aux revendications accompagnant le présent mémo ira, en liaison avec les dessins annexés.
En se référant à la figure 1 des dessins, le circuit
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ce de tension CA3 couplée, par un circuit 5 de correction de facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice, a un redresseur CC7. Un oscillateur 9 à ondes sinusoï-
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transformateur liât à un second transformateur 13.
Plus spécifiquement, le circuit 5 de correction de facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice comprend une partie de circuit de correction de facteur de puissance dote d'un condensateur 15 shuntant le redresseur
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la source de tension CAS. La partie de conditionnement de ligne de force motrice du circuit-1 de correction du facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice comprend le premier inducteur 17 couplé lâchement au deuxième inducteur
19, chacun des deux inducteurs 17 et �respectivement connec-
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Pareillement, la fonction du redresseur CC7 et de chacun des deux inducteurs 17 et 19 est raccordée, par le premier et le
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sion ou à uns terre du circuit. De plus, un suppresseur de transitoires 25 est shunté, dans cet exemple, aux bornes de la source de tension CA3.,
Le redresseur CC7 comprend une première, une deuxième une troisième et une quatrième diode 27, 29, 31 et 33 respectivement sous la forme d'un pont. La jonction de la première et de la deuxième diode 27 et 29 est couplée au premier induc-
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tion de facteur de puissance et de conditionnement de ligna de force motrice. Semblablement, la jonction de la troisième et de la quatrième diode 31 et 33 est raccordée au deuxième inducteur 19 et au deuxième condensateur 23 du circuit 5 de correction de facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice.
L'oscillateur 9 à ondes sinusoïdales comprend un premier et un deuxième transistor 35 et 37 connectés en série aux bornes du re-dresseur CC7. Le premier transistor 35 a un circuit de polarisation connecté à sa base et est pourvu d'une résistance 39 couplant la base au collecteur et d'un condensateur 41 monté en parallèle, ainsi que d'une diode 43 raccordée à la base. Le deuxième transistor 37 a également un circuit de polarisation pourvu d'une résistance 45 reliant la base au collecteur, ainsi qu'un condensateur 47 monté en parallèle et une diode 49 branchée à la base.
Le premier transformateur 11 comprend un enroulement secondaire fendu dont une première partie 51 est raccordée à l'émetteur et au condensateur 41 monté en parallèle, ainsi qu'à la diode 43 connectée à la base du premier transistor 35. Une seconde partie 53 de l'enroulement secondaire est branchée à l'émetteur et au condensateur 47 monté en parallèle, ainsi <EMI ID=16.1>
deuxième transformateur 13.
Le deuxième transformateur 13 comprend l'enroulement primaire fendu 57 connecté en série à un organe d'accumulation
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du premier transfert, mateur 11. Un premier enroulement secondaire
61 du deuxième transformateur 13 est branché à une charge sous
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sateur 59 du circuit résonnant série.
Un deuxième enroulement secondaire 69 du deuxième transformateur 13 est doté d'une prise centrale raccordée au redresseur CC7. Les autres extrémités du deuxième enroulement secondaire 69 sont branchées chacune à une diode 71 et 73 respectivement, qui sont couplées par une impédance 75 au redresseur CC7.
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chées en série, ainsi qu'une résistance 85 et une diode 83 également branchées en série. Le circuit 77 est raccordé, par l'intermédiaire du condensateur 41 et de la diode 43, à la base du premier transistor 35 et au collecteur de ce même premier transistor 35 et le circuit 78 est branché, par l'intermédiaire du condensateur 47 et de la diode 49, à la base
du deuxième transistor 37 et au collecteur de ce même deuxième
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manence, est aussi approprié, tel que ceci est expliqué ciaprès.
Un autre exemple de réalisation du circuit de charge de la figure 1 est reproduit à la figure 2. Dans celui-ci les formes sont en substance semblables et sont désignées par les mêmes références numériques, sauf en ce qui concerne le
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des sinusoïdales et le premier et le deuxième transformateur
11 et 13, respectivement.
Dans le circuit 5 de correction de facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice de la <EMI ID=22.1> jonction du premier inducteur 17 et du premier condensateur
21 et à la jonction de la source de tension CA3 et du second
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ce sens que le suppresseur de transitoires 25 peut être relie à la jonction de la source de tension CA3 et du premier induc-
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enroulement secondaire ajouté 87 connecté en série à une impédance, représentée par une résistance 89, et le premier
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Ainsi, le montage est prévu pour un procédé alterné de compensation de "durée de rémanence", tel que ceci est expliqué ci-après, et les circuits 77 et 78 de la figure 1 ne sont pas utilisés.
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de correction de facteur de puissance et de conditionnement de ligne de force motrice, le conditionneur de ligne de force
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couplés mutuellement et raccordant la source de tension CA3 au redresseur CC7 et, par l'intermédiaire du premier et du deuxième condensateur 21 et 23, à la terre du circuit un sup-
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Le conditionneur Ce ligne de force motrice sert de . filtre de transitoires et d'interférence haute fréquence (IHF). Dans l'exemple de réalisation préféré de la figure 2, une réponse au signal unité non désirée à la source de tension CA3 est soumise à un procédé de filtrage en deux stades. Le suppres-
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non désiré et sert aussi de filtre actif. Ensuite, la réponse "pincée" est encore filtrée par un deuxième filtre passe-bas
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19 et du circuit de charge.
Au surplus, ce réseau à double filtrage permet l'emploi de dispositifs suppresseurs de transitoires 25 relativement peu coûteux, possédant une possibilité caractéris-
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réseaux de réponse au signal unité à seul filtre, bien connus dans la technique antérieure, exigent une caractéristique de "jointure" relativement nette, en raison du grand 'changement du potentiel qui leur est appliqué lorsqu'un signal transitoire apparaît. Toutefois, la technique de double filtrage des circuits prédécrits permet l'utilisation de dispositifsde réponse au signal unité moins coûteux, avec des caractéristiques de "jointure" moins critiques puisque le transitoire est à la fois pincé et filtré.
Pareillement, le premier inducteur 17 et le condensateur 21 respectivement, ainsi que le deuxième inducteur 19 et le condensateur 23 respectivement, servent chacun de filtre passe-bas pour empêcher les signaux IHF apparaissant à la source de tension CA3 de parvenir à la charge ou redresseur CC7, <EMI ID=33.1>
tension CA3 et la redresseur CC sont isoles par rapport aux signaux IHF par le conditionneur de ligne de force motrice 5 situé entre eux.
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19 sont couplés lâchement entre eux. De cette façon, les courants tendant à circuler dans le montage du premier inducteur
17 sont annulés par des courants égaux et opposés circulant
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le couplage mutuel du premier et du deuxième inducteur 17
et 19 sert à annuler tout déséquilibre dans la circulation du courant et empêche une circulation quelconque des courants vers le circuit de terre de l'appareil.
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charge d'oscillateur à ondes sinusoïdales, une tension puisée
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Cet oscillateur 9 est couplé au circuit résonnant série qui comprend l'enroulement primaire 55 du premier transformateur ,. 11 - 1 ' enroulement primaire 57 du deuxième transformateur 13
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compris le montage résonnant, peuvent agir à une fréquence d'environ 33 KHz.
Le circuit de charge comprenant les lampes 63 et l'enroulement secondaire 61 du deuxième transformateur est shunté aux bornes du condensateur 59 au moyen des condensateurs 65 et 67. Initialement,une majeure partie du courant circulant dans l'oscillateur 9 passe par le circuit résonnant dont l'impédance est relativement basse, tandis que les lampes montées en parallèle apparaissent comme une impédance relativement élevée qui arrête la circulation de courant à travers celle-ci. Lorsque les lampes sont ionisées, une quantité croissante dé courant circule à travers celles-ci, tandis que le courant passant dans le circuit résonnant diminue. Ainsi, le Q
(facteur de surtension) du circuit résonnant parallèle est réduit lorsque le courant disponible est utilisé par la charge des lampes.
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raissent comme un circuit ouvert. Dès lors, le flux de courant de l'enroulement primaire 57 du deuxième transformateur 13 augmente. Successivement, la tension développée aux bornes de
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accru aux bornes-de l'enroulement secondaire 69 du deuxième transformateur 13. Le potentiel accru de l'enroulement secondaire 69 provoque la conduction des diodes 71 et 73 qui assurent le blocage de la tension apparaissant aux bornes des transistors 35 et 37 et à l'enroulement primaire 57 à une cer-
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protégés contre un flux de courant accru agressif, même si un état de circuit ouvert des lampes de charge 63 se produit.
Pareillement, on sait que les transistors ont une caractéristique connue de durée de rémanence qui peut être définie comme le temps nécessaire à l'élimination de l'excès des porteurs minoritaires restant dans la base d'un transistor. Autrement dit, un temps limité est nécessaire pour éliminer l'excès des porteurs minoritaires du circuit de la base chaque fois qu'une commutation d'un transistor doit être effectuée.
Antérieurement, les formes connues du montage de commutation de charge ne prévoyaient pas l'optimalisation des voies de commutation. Par conséquent, il est d'usage courant, dans les circuits inverseurs, de disposer tant d'un courant élevé de collecteur. que d'une tension collecteur-émetteur pendant les opérations de commutation, comme le montre la figure 3. Le courant de collecteur Ic, d'un transistor est <EMI ID=42.1>
de rémanence du transistor. Ainsi, les deux transistors sont conducteurs lorsque l'opération de commutation se produit.
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tionnées ci-dessus) du courant du collecteur apparaissant pendant les opérations de commutation, il est d'usage pratique d'utiliser des transistors possédant une haute capacité de
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figure 4.
Toutefois, le montage conçu pour assurer la compensation de la durée de rémanence permet l'utilisation de transistors dont la voie de commutation transitoire de faible puissance a la forme d'un "L" et peut être représentée graphique-
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la durée de rémanence permet l'utilisation de transistors de commutation rapides, relativement peu coûteux.
En ce qui concerne la compensation de la durée de rémanence, une technique prévoit un montage pour réduire l'excès des porteurs minoritaires avant la commutation du transistor
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état de "saturation" à un état "actif" . Comme le contre le graphique de la figure 5, apparaissant à la page 259 d'une publication de McGraw-Hill intitulée "Electronic Devices and Circuits" (Circuits et dispositifs électroniques), 1967, un excès de porteurs minoritaires est présent dans la base entre
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Au surplus, un état "actif" correspond à un état opératoire du transistor ou.la jonction base-collecteur est polarisée inversement. Ainsi, la réduction de l'excès de porteurs minoritaires en substance à zéro par passage à l'état "actif" avant la commutation, élimine substantiellement le problème de la durée de rémanence et permet l'utilisation d'un transistor d'une capacité transitoire de faible puissance.
En se référant au montage de la figure 1, il est visible que chacun des transistors 35 et 37 est associé à un circuit 77 et 79 qui comprend une résistance 81 et une diode 79, ainsi qu'une résistance 85 et une diode 83 connectées en série.
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Autrement dit, à mesure que chacun des transistors 35 et 37
se rapproche de l'état de commutation, le courant de circuit
de base est réduit, par les circuits 77 et 79, en une quantité suffisante pour contraindre la tension du collecteur à égaler en substance la tension de la base. Ainsi, un état "actif" est atteint, l'excès de porteurs minoritaires est réduit en substance à zéro, la durée de rémanence est diminuée et la commutation a lieu à la valeur de courant essentiellement zéro du collecteur,
Uneautre technique pour prévoir la "durée de rémanence est représentée dans l'exemple de réalisation à la figure 2. Dans celui-ci, le même courant circule à travers les enroulements primaires 55 et 57 dû premier et du deuxième transformateur 11 et 13, respectivement. L'enroulement secondaire 87 du deuxième
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l'enroulement primaire 91 du transformateur 11 est déphasé pour fournir un courant déphasant de 90[deg.] (avançant la phase) le
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A son tour, ce courant déphasé de 90[deg.] (en avance de phase)présent dans l'enroulement primaire 91 est combiné
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ments secondaires 51 et 53 du premier transformateur 11. Ce flux de courant combiné constitue un flux de courant résultant apparaissant à la base des transistors 35 et 37 et déphasant le courant du collecteur d'un angle de phase présélectionné par les valeurs des enroulements et principalement de la résistance 89.
Il en résulte que le courant appliqué à la base des
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en phase) le courant du collecteur d'une quantité suffisante permettant de compenser la durée de rémanence'du transistor.
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rant zéro du collecteur, ce qui autorise l'emploi de transistors peu coûteux.
On a dcnc prévu un circuit de charge unique d'oscillateur à ondes sinusoïdales convenant spécialement à une utilisation avec des lampes fluorescentes de 35 et 40 watts. L'appareil est efficace, a un poids léger, comprend des élémènts constitutifs peu coûteux et procure une capacité opératoire que l'on considère comme n'ayantpas été obtenue jusqu'ici avec un autre circuit quelconque connu. Pareillement, l'appareil comprend un montage où des transistors peu coûteux, mais efficaces sont utilisés convenablement et où la compensation des états à vide du circuit de charge est prévue.
Bien que l'on ait décrit ci-avant et représenté aux dessins annexés ce que l'on considère actuellement comme des ' exemples de réalisation préférés de l'invention, il apparaîtra aisément aux hommes de métier spécialisés dans la présente technique que de nombreux changements et modifications peuvent être apportés sans s'écarter du cadre de l'invention défini dans las revendications jointes au présent mémoire.
REVENDICATIONS
1.- Circuit conditionneur de ligne de force motrice, caractérisé en ce qu'il comprend une source de tension de courant alternatif pourvu d'une première paire de bornes; un circuit de charge comportant une seconde paire de bornes; un premier et un deuxième inducteur couplant chacun l'une des bornes de la première paire de bornes de la source de tension de courant alternatif à l'une des bornes de la deuxième paire de bornes du-circuit de charge, le premier et le deuxième induc-
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mulation de charge branchant chacun la jonction de l'un des premier et deuxième inducteurs et l'une des bornes de la deuxième paire de bornes du circuit de charge à un niveau
de référence de potentiel; et un suppresseur de transitoires raccordant la jonction de l'une des bornes de la première paire de bornes de la source de tension de courant alternatif et de l'un des premier et deuxième inducteurs à la jonction de l'une des bornes de la deuxième paire de bornes du circuit de charge et de l'autre des premier et deuxième inducteurs.
2.- Circuit conditionneur de ligne de force motrice