FR2926183A1 - Procede d'alimentation des lampes a decharge sans composants inductifs et capacitifs dans certaines phases fonctionnelles - Google Patents

Abstract

Procédé assurant l'alimentation des lampes à décharge (fluorescente ou autre) lorsqu'elles sont ionisées par un courant constitué d'impulsions successives de polarité alternative et de forme rectangulaire dont la largeur et la répartition temporelle sont gérées par un microcontrôleur en fonction de la puissance absorbée par la lampe, lesdites impulsions étant appliquées directement aux bornes de la lampe à décharge. Ledit procédé permet, dans certaines phases de fonctionnement des lampes à décharge, de s'affranchir d'éléments inductifs et capacitifs dans le circuit d'alimentation de façon à transmettre un courant constitué d'impulsions de forme rectangulaire dont le rythme extrêmement rapide permet d'atteindre des régimes de fonctionnement particuliers desdites lampes à décharge améliorant leurs performances.

Description

-1- La présente invention concerne un procédé d'alimentation des lampes à décharge (dont fait partie les tubes fluorescents) éliminant les éléments inductifs et capacitifs du circuit électrique à certains stades de fonctionnement afin d'atteindre des régimes fonctionnels particuliers desdites lampes améliorant leurs performances.

Les lampes à décharges sont composées d'une enveloppe transparente contenant une matière à l'état gazeux susceptible d'être conductrice d'électrons dans certaines conditions par effet d'ionisation et dans l'état ainsi obtenu, d'émettre un rayonnement lumineux. Les lampes à décharge comportent des électrodes dotées ou non de filaments assurant l'émission des électrons lorsqu'ils sont soumis à un courant électrique. Sont qualifiée de lampes à décharges, entres autres types, les lampes fluorescentes, lampes au néon, les lampes à vapeur de sodium, les lampes à vapeur de mercure, lampes à iodure métallique...etc.

Dans l'état de l'art actuel, les lampes à décharge (par exemple les tubes fluorescents) 15 sont alimentées par des dispositifs appelés ballast comportant au moins un composant inductif placé en série avec la lampe proprement dite.

Dans le cas d'un ballast dit ferromagnétique , cet élément est une bobine de forte inductance destinée à produire la surtension générant l'allumage du tube fluorescent par une 20 rupture brusque du courant et en régime normal, de limiter le courant du secteur à un niveau acceptable pour la lampe. La rupture assurant l'allumage est réalisée par un dispositif bilame thermique appelé starter dont le rôle est de court-circuiter la lampe au travers de ses filaments pour provoquer leur échauffement par effet Joule jusqu'à atteindre une température suffisante pour provoquer l'ouverture du bilame et ainsi créer la coupure brusque du circuit 25 générant aux bornes de la bobine une surtension instantanée (V = -Ldi/dt) suffisante pour produire une conduction d'électrons au travers du gaz à vapeur de mercure remplissant la lampe à décharge. Après conduction, l'impédance de la lampe chutant, le courant traversant le milieu ionisé est limité par l'impédance Z = Lw de la bobine d'inductance L au régime alternatif basse fréquence du secteur (50 ou 60 Hz). 30 Dans le cas d'un ballast dit électronique , la fonction d'allumage du tube fluorescent utilise généralement l'effet résonant d'un circuit série LC constitué d'une bobine et d'une capacité, pour créer la surtension produisant la conduction. Une fonction supplémentaire assure éventuellement le passage d'un courant temporairement plus élevé au travers des filaments 35 pour provoquer leur échauffement dans le but de faciliter l'allumage et améliorer la durabilité de la lampe. Le ballast électronique assure la mise en forme de la tension du secteur pour permettre sa distribution aux bornes des électrodes de la lampe à décharge. La forme du courant traversant la lampe à décharge est une fréquence alternative de l'ordre de quelques 40 dizaines de millier d'Hertz dont la forme se rapproche d'une sinusoïde. De plus, les ballasts électroniques fonctionnent généralement en simple alternance, c'est-à- dire que le courant ayant traversé la lampe à décharge est accumulé dans une capacité pour être ensuite renvoyé dans le sens inverse par une mise à la masse du circuit. Une bobine de faible impédance, incluse dans le circuit assure l'amortissement des surintensités générés par la capacité ainsi que la 45 limitation du courant à la fréquence de fonctionnement prévue.

Enfin, afin de maintenir les électrodes à une température suffisamment élevée pour assurer l'émission des électrons, le courant traversant la lampe à décharge chemine également pour partie au travers des filaments. 50 Les performances atteintes par les ballasts ferromagnétiques et électroniques sont connues en termes de rendement énergétique, de durabilité et de nombre d'allumages. Le rendement énergétique des lampes fluorescents plafonne actuellement à une valeur maximale de l'ordre de 90 Lumens/Watt. Cette limite est essentiellement due au fait que les techniques 55 appliquées pour réaliser des ballasts empêchent d'atteindre des régimes de fonctionnement -2-

particuliers de l'état plasmatique crée par le gaz ionisé. Cette limitation est principalement due à la présence de composants inductifs et capacitifs dans le circuit d'alimentation qui, en limitant la bande passante par leur caractéristique d'amortissement et de filtrage rendent inaccessibles les domaines des hautes fréquences. Entre autre conséquence, ces composants ne permettent 60 pas de faire cheminer au travers du plasma des alternances de courant de forme rectangulaire de très courte durée.

La technologie actuelle des ballasts ne permet donc pas d'explorer les régimes de fonctionnement particuliers des lampes à décharges résultant d'une excitation du plasma par 65 des rythmes très rapides d'alternances d'impulsions de courant, du fait que dans les procédés existants, en aucun cas le courant issu d'une source d'alimentation ne peut être appliqué directement aux bornes de la lampe à décharge lorsqu'elle est à l'état ionisé.

Le procédé objet de la présente invention assure la distribution directe du courant délivré 70 par une source d'alimentation en tension continue, au travers du plasma conducteur sous la forme d'alternances successives d'impulsions. L'absence dans le cheminement du courant, de composants inductifs ou capacitifs, évite l'altération de la forme du courant ainsi que l'établissement d'un déphasage entre la tension et le courant.

75 II est admis que le gaz constituant le média de la lampe à décharge atteint un état plasmatique lorsqu'il est ionisé, c'est-à-dire conducteur d'électrons. Cet état particulièrement réactif possède une grande perméabilité aux électrons grâce à sa faible résistance interne. Une fois ionisée, la lampe à décharge se comporte comme une résistance pure de faible valeur qui ne produit aucune distorsion significative du courant la traversant. 80 Le fonctionnement du dispositif électronique appliquant le procédé objet de l'invention est géré par un microcontrôleur exécutant un logiciel préprogrammé. Entre autre fonctionnalité, ce logiciel régule l'énergie consommée par la lampe en modulant le rythme et la largeur des impulsions en fonction de la valeur du courant traversant la lampe. Pour mesurer ce courant, le 85 dispositif électronique comprend un capteur de courant dont l'information est transmise au microcontrôleur.

Il doit être compris que le procédé s'applique à tout type de lampe à décharge alimentée par une source électrique alternative ou continue, dont entre autre type les tubes fluorescents.

Le principe général du procédé consiste à générer aux bornes de la lampes à décharge, une fois que le média gazeux la constituant est ionisé, un courant composé d'impulsions successives de polarité alternée ; ces impulsions étant caractérisées par les propriétés suivantes :

- Est appelé "impulsion" un signal dont la forme rectangulaire se compose de deux états caractérisés par un niveau inactif (appelé niveau bas) et un niveau actif (appelé niveau haut) tel que la durée du niveau haut est inférieure à la durée du niveau bas.

100 - La polarité des impulsions est alternative, c'est-à-dire qu'une impulsion de polarité donnée est suivie d'une impulsion de polarité inverse.

- Les séquences d'impulsions peuvent être périodiques pendant une certaine durée ou continuellement, non périodiques pendant une certaine durée ou continuellement, ou un 105 panachage des modes précédents.

- Les séquences d'impulsions peuvent comporter des temps pendant lesquels aucune impulsion n'est générée (appelés temps morts), ces temps de durée quelconque intervenant de façon fixe ou variable, récurrente ou épisodique dans le déroulement des séquences 110 d'impulsions. 90 95 -3 - Les impulsions peuvent être générées en séquences successives (appelées trains d'impulsions ) entrecoupées de temps morts pendant lesquels aucune impulsion n'est générée. Ces trains consistent en des séries d'impulsions successives dont le nombre est 115 quelconque, émises de façon répétitive ou épisodique.

Les impulsions sont générées par un dispositif électronique contrôlé par un microcontrôleur dont le programme asservit la forme et la récurrence des impulsions à la puissance absorbée par le tube fluorescent, cette puissance étant déduite de l'acquisition du 120 courant traversant le tube fluorescent ou de la tension à ses bornes.

La largeur (durée de l'état haut) ainsi que la récurrence des impulsions (durée et répétition des variations d'états hauts et bas) peuvent être contrôlées par un dispositif modulateur de largeur d'impulsions (appelé communément "PWM") inclus dans les fonctionnalités du 125 microcontrôleur ou réalisé par un circuit électronique indépendant piloté par le microcontrôleur. Ce dispositif "PWM" assure la génération d'impulsions parfaitement alternatives soit en générant de façon indépendante les deux alternances, soit en recopiant la première impulsion pour générer automatiquement une impulsion de polarité inverse dont la forme est exactement identique. Cette fonctionnalité peut être réalisée par un circuit intégré logique rapide 130 compteur/décompteur implanté dans le dispositif électronique de telle façon qu'il compte la durée de l'impulsion pilotant l'interface de première polarité et ensuite décompte au même rythme la valeur acquise pour produire une image fidèle pilotant l'interface de polarité opposée.

Le circuit électronique alimentant en impulsions de courant la lampe à décharge se 135 compose de deux circuits commutateurs/drivers commandant des transistors de puissance à très faible résistance passante (par exemple de type MOSFET) de façon à constituer un pont en H dont la charge est composée uniquement du tube fluorescent, lorsque ce dernier a atteint un état de conduction stable.

140 II doit être compris que lorsque la lampe est ionisée, c'est-à-dire conductrice d'électrons, il se forme un état plasmatique de la matière remplissant la lampe qui est entretenu par le flux d'électrons le traversant. L'impédance de ce plasma s'apparente à une résistance pure dont la valeur fluctue en fonction de paramètres tels que la température ou l'état d'ionisation de la matière. Néanmoins, en étant résistive de façon prépondérante, cette impédance n'affecte que 145 très faiblement la forme rectangulaire du courant le traversant.

Le fait d'alimenter directement la lampe par un dispositif de commutation structuré en pont en H permet de contrôler parfaitement les alternances positives et négatives ainsi que les temps morts entres les impulsions. La Figure 2 présente de façon schématique quelques formes non exhaustives de courants (i=f(t)) traversant le plasma selon le procédé objet de la présente invention.

La Figure 1 décrit la structure du montage électronique mettant en oeuvre le procédé objet 155 de la présente invention pour alimenter une lampe à décharge de type tube fluorescent doté de cathodes à filaments, à titre d'exemple. Le tableau suivant explicite les repères utilisés dans le schéma : Rep. Désignation Fonctionnalité A Convertisseur/Régulateur DC Génère une source d'alimentation continue (+VDC/OV) constante ou variable à partir de la source d'entrée (alternative ou continue). +VDC est de l'ordre de 50 à 150 V selon les applications. Le Convertisseur/Réulateur peut 150 également comporter une fonction de correcteur de facteur de puissance et d'harmoniques dans le cas du raccordement au secteur. B Bobine Partie inductive du circuit résonant assurant l'ionisation de la lampe à décharge, activée uniquement pendant la phase d'allumage. C Capacité Partie capacitive du circuit résonant assurant l'ionisation de la lampe à décharge, activée uniquement pendant la phase d'allumage. D Dispositif shunt de la bobine Dispositif activant et désactivant la partie inductive du circuit résonant sur commande (dispositif électromécanique ou électronique). E Dispositif de connexion de la Dispositif électromécanique ou électronique capacité assurant I activation et la désactivation de la partie capacitive du circuit résonant. F-G Commutateur-driver Dispositif interface assurant le pilotage des transistors MOSFET de puissance (H,I,J,K) constituant le pont en H. H-I Transistors Transistors de commutation de puissance à J K très faible résistance passante (MOSFET ou IGBT) constituant le pont en H. L Capteur de puissance Fournit une grandeur numérique image de la puissance instantanée (courant et/ou tension) absorbée par la lampe à décharge. M Unité de Contrôle/Commande -Assure le pilotage des commutateurs/drivers (F-G) par des signaux impulsionnels (S1 ,S2) asservis à la grandeur fournie par (L). - Assure le pilotage du circuit résonant (B-C) produisant l'ionisation de la lampe à décharge. - Pilote les dispositifs interrupteurs (D-E-N). - Gère le fonctionnement selon le procédé objet de l'invention.

unite de Controle/Commande (M) integre un microcontrôleur exécutant un programme prédéterminé et/ou évolutif. Assure le raccordement en série des filaments (f) et (f') de la lampe à décharge. - L'unité de Contrôle/Commande (M) pilote le processus par un microcontrôleur exécutant le programme d'application du procédé objet de la présente invention.

- L'étage (A) convertit la source d'alimentation en basse tension continue (+VDC/0V) 165 régulée ou non selon la source et pourvue ou non d'un correcteur de facteur de puissance et d'harmoniques.

- Le dispositif (L) convertit instantanément la puissance dissipée dans le circuit (T,B,C) constituant la charge du pont en H en grandeur lisible par l'unité de Contrôle/Commande (M), 170 quel que soit la polarité du courant traversant le circuit. Dispositif de connexion des filaments Filaments des cathodes de la lampe à décharge N 160 - Les dispositifs (F) et (G) assurent le pilotage synchronisé des transistors de puissance (H), (I), (J), (K) qui constituent le pont en H en fonction des signaux S1 et S2 émis par le microcontrôleur. - La lampe à décharge (T) comportant deux cathodes à filament (f) et (f') à ses extrémités est positionnée dans le circuit de charge du pont en H.

- Le dispositif (N) permet de connecter en série les deux filaments (f) et (f') de la lampe à 180 décharge. II est piloté par l'unité (M).

- La bobine (B) est placée en série avec la lampe à décharge (T) et la capacité (C) est placée en parallèle avec la lampe (T).

185 - Le dispositif interrupteur (D) permet de court-circuiter les bornes de la bobine (B) afin de la désactivée. II est piloté par l'unité (M).

- Le dispositif interrupteur (E) permet de connecter ou non la capacité en parallèle de la lampe (T) afin de l'activer et la désactiver. II est piloté par l'unité (M).

Description fonctionnelle du montage électronique appliquant le procédé objet de la présente invention :

Dans cette description, la lampe est un tube fluorescent.

- A l'état initial, le circuit résonant (B + C) est désactivé (interrupteurs (D) fermé et interrupteur (E) ouvert) et les filaments des cathodes ne sont pas reliés entres eux (interrupteur (N) ouvert).

200 II a été établi, tant par l'étude des données fournies par les constructeurs de lampes à décharge et par l'expérience, que l'ionisation de la lampe produisant la conduction entre les électrodes et l'apparition de l'état plasmatique de la matière est facilitée par l'échauffement des filaments internes (f) et (f') reliés aux électrodes.

205 Cet échauffement permet en réduisant la tension produisant l'ionisation de limiter l'érosion provoquée par l'énergie d'impact des électrons et ainsi d'améliorer la durabilité des lampes.

Egalement, il a été établi qu'un échauffement trop élevé des filaments engendre une évaporation ou une vaporisation de la matière d'enrobage qui accentue le vieillissement de la 210 lampe. Ce phénomène bien connu produit un assombrissement des extrémités des tubes fluorescents au fur et à mesure de leur utilisation. II est par conséquent avantageux de maîtriser au mieux le préchauffage avant ionisation.

Néanmoins, ce préchauffage n'est pas indispensable pour produire l'ionisation. Cette 215 dernière peut tout à fait être provoquée par une différence de potentiel plus élevée entre les électrodes de la lampe à décharge. Cette possibilité peut permettre d'assurer l'allumage en cas de dégradation importante ou de rupture du filament d'une ou des deux cathodes empêchant le passage d'un courant au travers.

220 Dans la description suivante, l'ionisation est considérée selon deux processus commandés par l'unité (M), discriminés en fonction de l'information délivrée par le dispositif (L) captant la puissance dans le circuit de charge du pont en H.

Phase 1 : Ionisation avec préchauffage des filaments 175 190 195 225 -6-Une puissance est mesurée lorsque les filaments des cathodes (f) et (f'), raccordés en série par la fermeture de l'interrupteur (N), constituent la charge du pont en H. Dans le cas où aucune puissance n'est mesurée (suite par exemple à la dégradation d'un filament), la Phase 2 est directement engagée. 230 L'information de puissance transmise par le dispositif (L) est utilisée par l'unité de Contrôle/Commande (M) pour contrôler l'échauffement des filaments en agissant sur la fréquence du signal alternatif (S1 ,S2) et la variation du courant dans le circuit peut être utilisée pour déterminer la fin de la séquence de préchauffage. II est en effet admis que l'impédance 235 des filaments varie de façon significative en fonction de leur température.

a) L'unité (M) commande la mise en série des filaments (f) et (f') de la lampe (T) (fermeture de l'interrupteur (N)) ainsi que le raccordement de la bobine (B) utilisée dans cette phase comme limiteur de courant (interrupteur (D) ouvert). 240 b) L'unité (M) génère un signal (S1,S2) alternatif périodique de forme sensiblement carré au taux de remplissage environ '/2 (durée de l'alternance positive est sensiblement égale à la durée de l'alternance négative) dont la fréquence [Fq] génère une impédance [ZL = Lw] pour la bobine (B) telle que le courant efficace [le] traversant le circuit constitué des filaments (f 245 et f') de la lampe (T) produit leur échauffement par effet Joule à la température optimale prescrite par le fabricant de la lampe (T). Généralement, la température atteinte doit être au minimum de 700°C. Cette élévation de température des filaments se traduit également par une augmentation de leur résistance par rapport à la résistance à température ambiante. Il a été établi que le ratio des résistances à ces deux températures (Rh/Rc ; Rh étant la résistance au 250 moment de l'ionisation et Rc la résistance à température ambiante de 25°C) doit être supérieur à 4,25 pour faciliter l'ionisation tout en modérant le stress des électrodes.

c) Après le temps nécessaire pour que la température minimale nécessaire des filaments soit atteinte (généralement une durée de 0,5 sec avec un courant efficace traversant 255 les filaments de 4 à 20 mA selon leur nature), le circuit mettant en série les filaments est déconnecté par l'ouverture de l'interrupteur (N) et la séquence suivante produisant l'ionisation est immédiatement engagée.

Phase 2 : Allumage = Ionisation de la lampe (T) et production de l'état plasmatique. Il est à noter que cette Phase 2 est directement engagée si l'option de préchauffage est inopérante.

L'interrupteur (D) est ouvert et l'interrupteur (E) est fermé de façon à activer le circuit 265 résonant (B-C) et placer la capacité (C) aux bornes de la lampe (T). Dans cette configuration, la tension aux bornes des électrodes de la lampe (T) est celle produite aux bornes de la capacité (C). Cette tension est susceptible d'être augmentée par l'approche contrôlée (par le programme de l'unité (M)) de la fréquence de résonance (Fr) du circuit (B-C) caractérisée par la formule : Fr = 1 /(2'TrVLC) ; L étant l'inductance de la bobine (B) et C la capacité du condensateur (C)). Par 270 exemple, une bobine d'inductance 2,2 mH associée à une capacité de 4,7 nF forment un circuit dont la fréquence de résonance typique (Fr) d'environ 49,5 KHz. A son approche, la tension générée aux bornes de la capacité atteindra une valeur de quelques centaines de volts suffisante pour produire la conduction et générer l'état plasmatique du gaz contenu dans la lampe (T). 275 Tant qu'elle n'est pas ionisée, la résistance interne de la lampe (T) est très élevée. Cette résistance chute de façon importante pour atteindre une valeur de l'ordre de 500 Ohm, dès que la conduction est établie. Cette modification d'impédance produit une variation significative de l'information transmise par le dispositif capteur (L). L'unité (M) recherche la conduction de la 280 lampe (T) par la variation par paliers successifs de la fréquence du signal alternatif (S1 ,S2) 260 -7-

alimentant le circuit résonant (B-C). Les paliers se succèdent rapidement de façon à parcourir la plage de fréquence susceptible de provoquer l'allumage en un temps bref, de l'ordre de 0,5 sec.

La tension aux bornes de la capacité (C) et donc de la lampe (T) augmente au fur et à 285 mesure de l'approche de la résonance. Lorsqu'elle est suffisante, la conduction s'établit entre les électrodes, ce qui génère l'état plasmatique de la matière et provoque la chute brutale de l'impédance de la lampe (T), donc la variation du courant dans le circuit constituant la charge du pont en H.

290 Cette variation est détectée par l'unité (M) à partir de l'information transmise instantanément par le dispositif capteur (L). Il interrompt alors le processus de variation de la fréquence du signal (S1 ,S2). Dans le cas où aucune variation ne serait détectée dans la plage de variation de fréquence prévue, dont la borne précède nécessairement l'atteinte de la résonance [Fr], l'unité (M) abandonne le processus d'allumage. Cette disposition évite la 295 génération par le circuit résonant d'une surtension et d'une surintensité extrême, susceptibles d'endommager les composants électroniques du dispositif.

Dès la détection par l'unité (M) de l'allumage de la lampe, cette dernière commande la génération d'un signal (S1,S2) de fréquence éloignée de fréquence [Fr], telle que l'intensité 300 traversant la capacité est réduite au minimum tout en évitant la perte de l'ionisation dans la lampe (T). La résistance interne de la lampe ionisée étant faible (quelques centaines d'Ohm), l'impédance de la capacité croît rapidement dès l'éloignement de la fréquence de résonance [Fr] et le courant traversant la capacité est significativement réduit.

305 Une fois cette fréquence appliquée, l'unité (M) commande l'ouverture de l'interrupteur (E) et par conséquent la déconnexion de la capacité (C). La réduction du courant dans la capacité permet d'éviter la dégradation du dispositif interrupteur (E) lors de l'ouverture du circuit ou la formation d'un arc électrique dans le cas d'un interrupteur électromécanique (relais). De plus, la réduction du courant évite à l'instant de l'ouverture d'induire une surtension aux bornes de la 310 bobine (B) par une variation brutale du courant la traversant (V = -Ldi/dt).

L'étape suivante procédera à l'élimination de la bobine (B) du circuit de charge afin qu'il ne soit plus constitué que par la lampe (T) dans laquelle également aucun courant ne traverse les filaments des cathodes (interrupteur (N) ouvert). Phase 3 : Mise en configuration opérationnelle

A la suite de l'ionisation de la lampe (T) et de la déconnexion de la capacité (C), l'unité (M) contrôle la puissance délivrée à la charge constituée par la bobine (B) et la lampe à 320 décharge (T) de telle façon que cette dernière se situe à un niveau compatible avec l'élimination de la bobine (B) tout en évitant une surintensité dans la lampe (T) lors de la disparition de l'impédance [ZL] de la bobine.

Pour cela, le signal (S1,S2) est converti de l'état de fréquence alternative homogène 325 (signaux carrés de taux de remplissage 'A) à l'état impulsionnel, c'est-à-dire composé d'une succession d'impulsions de polarité alternée entrecoupées de temps morts durant lesquels aucun courant ne traverse plus le circuit de charge. Les impulsions sont d'une durée suffisante pour obtenir le courant moyen nécessaire afin de ne pas perdre l'état ionisé de la lampe (T), tout en étant suffisamment espacées pour réduire sensiblement l'impédance [ZL]. L'objectif à ce 330 stade du processus n'est pas l'optimisation de l'énergie lumineuse produite par la lampe (T) mais l'optimisation de la condition de court-circuit de la bobine (B) tout en conservant l'état plasmatique. 315 -8- Le niveau moyen de courant dans la lampe ainsi que la conservation de l'état d'ionisation 335 sont contrôlés par l'analyse de l'information instantanée fournie par le dispositif capteur (L), selon des critères prédéfinis dans le programme d'application exécuté par l'unité (M). Lorsque les conditions sont propices, l'interrupteur (D) est fermé et l'étape suivante du processus est mise en oeuvre immédiatement.

340 Phase 4 : Régime stabilisé

La charge étant constituée uniquement de la lampe à décharge (T) dont la résistance est relativement faible, la puissance dissipée doit être régulée pour ne pas endommager la lampe et adapter son fonctionnement au besoin de l'application ainsi qu'aux fluctuations éventuelles 345 de la source d'alimentation (par exemple intensité lumineuse variable ou asservie à des conditions environnementales). Cette régulation est effectuée par l'unité (M) à partir de l'information délivrée par le dispositif capteur (L).

L'unité (M) asservit la forme et la récurrence des impulsions constituant le signal (S1,S2) 350 en fonction de critères définis dans son programme d'application ; critères pouvant être invariants ou eux-mêmes évolutifs en fonction de conditions gérées par le logiciel lui-même y compris par le biais de fonctionnalités d'apprentissage (principe expert, par exemple).

Le signal (S1,S2) est constitué d'impulsions successives de durées variables et de 355 polarités alternatives entrecoupées de temps morts également variables. Le signal peut également consister en une succession de séquences d'impulsions, ces séquences étant entrecoupées de temps morts. L'asservissement du signal à la puissance délivrée peut agir sur chaque variable constituant le signal : durée de l'impulsion positive, durée de l'impulsion négative, durée du temps mort entre les deux alternances, durée du temps mort entre deux 360 cycles d'alternances, nombre d'impulsions constituant une série...etc.

Le procédé permet d'alimenter la lampe à décharge (T) de façon parfaitement alternative grâce à la structure du pont en H et d'atteindre des régimes de fonctionnement particuliers des lampes dans des domaines critiques et instables. La bande passante du pont en H et la 365 réactivité du média plasmatique de la lampe à décharge autorise des largeurs d'impulsion très courtes dont la forme rectangulaire génère un courant constant pendant toute la durée de l'impulsion contrairement à une forme sinusoïdale qui produit une variation continuelle du courant.

370 Le procédé objet de la présente invention permet d'atteindre des régimes oscillants multiples résultant de l'émission d'impulsions de courant alternées dont la durée et la récurrence sont variables, lesdites impulsions étant caractérisées par leur forme quasiment rectangulaire.

375 Les formes d'ondes complexes que permet le procédé ouvrent de nouveaux champs d'exploration de la physique des lampes à décharges dans lesquels les régimes d'alimentation par alternances rapides de courants brefs peuvent être exploités et les phénomènes qu'ils génèrent peuvent être utilisés avantageusement pour améliorer les performances d'éclairage et produire une économie d'énergie. 380 Il a été constaté expérimentalement la présence dans le média plasmatique d'un phénomène vibratoire pouvant conduire à un effet résonant en fonction de l'excitation produite par le rythme des impulsions de courant électronique le traversant.

385 Une des conséquences du fonctionnement des lampes à décharge selon le procédé objet de la présente invention peut être l'augmentation significative du rendement énergétique de la lampe par rapport aux procédés existants et l'accroissement de sa durabilité.

Une autre conséquence avantageuse concerne la baisse de la température des lampes à 390 décharge pour un flux lumineux donné, par rapport aux procédés existants. Cette performance permet d'améliorer le fonctionnement des systèmes de climatisation et de générer ainsi des économies d'énergie supplémentaires, plus particulièrement dans les ambiances froides tel que les baies réfrigérée des produits frais et congelés des supermarchés.

395 D'autres avantages pourront résulter de l'application du procédé objet de la présente invention pour atteindre certains régimes fonctionnels des lampes à décharges non encore mis en évidence.

Dans une application destinée aux tubes fluorescents, le procédé permet de réaliser un 400 nouveau ballast électronique alimentant quatre tubes fluorescents de forte puissance (typiquement 58W), destiné au retrofitting des luminaires en travées des supermarchés. Ce ballast produira une économie d'énergie importarte (de l'ordre de 50%) par rapport au luminaire existant. Cette application est en mesure d'apporter une solution pertinente et performante pour la lutte contre le réchauffement climatique par la maîtrise de la demande d'électricité tout en 405 générant une rentabilité économique à court terme.

Ces applications ou d'autres peuvent également inclure des liaisons entre les dispositifs mettant en oeuvre le procédé et des connexions à un ou plusieurs système de contrôle/commande déportés ; ces liaisons permettant l'échange de données étant de nature 410 quelconque (filaire, radio, optique...).

Les luminaires développés d'après le procédé peuvent avoir un fonctionnement autonome ou asservi à des informations environnementales qu'ils acquièrent par eux-mêmes, ou en fonction d'informations ou de données qu'ils échangent entres eux ou en communiquant avec 415 un système central par une liaison informatique filaire ou non.

Le procédé peut être par exemple mis en oeuvre dans des applications comportant des modes de fonctionnement asservis à des conditions environnementales tel que le niveau de l'éclairage naturel ou l'adaptation automatique à des besoins variables des utilisateurs en 420 fonction de leur présence ou de leur activité.

Claims (22)

REVENDICATIONS

1. Mode opératoire d'un luminaire pour tubes fluorescents, pouvant recevoir un ou plusieurs tubes, lesdits tubes étant constitués d'une ampoule de verre contenant entres autres composants des atomes de mercure et possédant à chaque extrémité des bornes de connexion électriques permettant l'émission d'électrons éventuellement par des filaments situés à l'intérieur de la lampe, ledit luminaire comprenant un ou plusieurs dispositifs 430 électroniques assurant la gestion et la régulation du fonctionnement des tubes, lesdits dispositifs étant caractérisés en ce que lorsque les tubes sont ionisés, ils distribuent l'énergie aux bornes des tubes fluorescents sous la forme de séries ou de paquets d'impulsions de courant de polarité alternative, sans que ledit courant ne chemine au travers d'un ou plusieurs éléments inductifs et/ou capacitifs. 435

2. Mode opératoire selon la revendication 1-, caractérisé en ce que le dispositif électronique distribue des impulsions de courant directement aux bornes du ou des tubes fluorescents au moyen d'un algorithme programmé dont certaines fonctionnalités utilisent la mesure du courant traversant le ou les tubes fluorescents.

3. Mode opératoire selon la revendication 1-, caractérisé en ce que le dispositif électronique contrôle la forme et la distribution des impulsions à l'aide une fonctionnalité de modulation de largeur d'impulsions (appelée également PWM). 445

4- Mode opératoire selon la revendication 1-, caractérisé en ce que la conduction à travers le gaz des tubes fluorescents est déclenchée par la connexion temporaire d'un circuit constitué de composants inductifs et capacitifs de telle sorte qu'un effet résonant assure l'élévation suffisante de la tension aux bornes du ou des tubes fluorescents pour permettre l'établissement de la conduction. 450

5- Mode opératoire selon la revendication 4-, caractérisé en ce que le dispositif électronique agit sur la distribution des impulsions de courant de telle sorte que le courant traversant le circuit inductif et capacitif ayant assuré la conduction du gaz dans le ou les tubes fluorescents soit réduit au minimum au moment de la déconnexion des composants 455 constituant ledit circuit.

6- Mode opératoire selon la revendication 2-, caractérisé en ce que lesdites impulsions sont distribuées par le dispositif électronique de façon à faire varier la quantité de lumière émise par le ou les tubes fluorescents connectés audit dispositif.

7- Mode opératoire selon la revendication 1-, caractérisée en ce qu'il est utilisé pour atteindre des régimes fonctionnels particuliers des lampes à décharge produisant une amélioration de leurs performances telles que par exemple leur rendement énergétique et/ou leur durabilité. 465

8- Mode opératoire selon la revendication 1-, caractérisé en ce que le dispositif électronique communique avec un système de gestion centralisé via une liaison filaire ou autre, pour la collecte de données de fonctionnement, la détection des pannes ou la commande à distance à distance de certaines fonctionnalités. 470

9- Luminaire pour tubes fluorescents pouvant recevoir un ou plusieurs tubes, lesdits tubes étant constitués d'une ampoule de verre contenant entres autres composants des atomes de mercure et possédant à chaque extrémité des bornes de connexion électriques permettant l'émission d'électrons éventuellement par des filaments situés à l'intérieur du tube, ledit luminaire comprenant un ou plusieurs ballast assurant la gestion et la régulation 475 du fonctionnement des tubes, lesdits ballast étant caractérisés en ce que lorsque les tubes fluorescents sont ionisés, ils distribuent l'énergie aux bornes des tubes fluorescents sous la 440 460- 11 - forme de séries ou de paquets d'impulsions de courant de polarité alternative, sans que ledit courant ne chemine au travers d'un ou plusieL rs éléments inductifs et/ou capacitifs placés en série ou en parallèle avec le ou les tubes fluorescents.

10- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ou les ballast génèrent des impulsions en série et/ou en paquet au moyen d'algorithmes programmés. 485

11- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ou les ballast adaptent la forme et la distribution temporelle des impulsions de courant transmises aux bornes des tubes fluorescents en fonction d'un échantillonnage du courant qui traverse le gaz des tubes fluorescents. 490

12- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ou les ballast contrôlent la forme et la distribution des impulsions à l'aide d'un modulateur de largeur d'impulsions (appelé également PWM).

13- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ou les 495 ballast comportent des dispositifs de couplage actionnés par lesdits ballast pour rendre inactifs les composants inductifs et capacitifs utilisés pour générer l'allumage du ou des tubes fluorescents.

14- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-caractérisé en ce que le ou les 500 ballast agissent sur la distribution des impulsions de courant, dès que la conduction du gaz est obtenue, de telle sorte que le courant traversant le circuit inductif et capacitif ayant assuré la conduction du gaz dans le ou les tubes fluorescents soit réduit au minimum au moment de la déconnexion des composants constituant ledit circuit. 505

15- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ou les ballast possèdent une liaison filaire ou autre leur permettant de communiquer avec un autre luminaire du même type et/ou un système de gestion centralisé dans le but d'échanger des données, transmettre des informations de fonctionnement du luminaire destinées à l'analyse énergétique et/ou à la détection des pannes, et/ou assurer le contrôle du fonctionnement à 510 distance.

16- Luminaire pour tubes fluorescents selon la revendication 9-, caractérisé en ce que le ballast mettant en oeuvre le procédé objet de la présente invention est associé à un ballast ferromagnétique traditionnel qui garanti le maintien fonctionnel du luminaire en cas de 515 défaillance du premier ballast.

17- Alimentation électrique pour tubes fluorescents caractérisée en ce qu'en dehors des phases d'allumage et de stabilisation du fonctionnement desdits tubes fluorescents, l'énergie est directement transmise aux bornes des tubes fluorescents sous la forme d'impulsions 520 successives de courant de polarité alternative sans que le cheminement du courant pour traverser le gaz de chaque tube fluorescent ne comporte d'éléments inductifs et/ou capacitifs.

18- Alimentation électrique des tubes fluorescents selon la revendication 17- caractérisée en ce 525 que les impulsions de courant constituant le signal d'alimentation sont pilotées dans le but d'atteindre des régimes de fonctionnement particuliers des tubes fluorescents produisant une élévation de leur rendement énergétique et/ou de leur durabilité.

19- Alimentation électrique des tubes fluorescents selon la revendication 17- caractérisée en ce 530 que les impulsions de courant constituant le signal d'alimentation sont pilotées dans le but de faire varier la quantité de lumière émise par les tubes fluorescents. 480- 12 -

20- Mode opératoire d'un luminaire selon les revendications 1- à 8-comportant des lampes à décharge de types autres que fluorescents.

21- Luminaire selon les revendications 9- à 16- comportant des lampes à décharge de type autre que fluorescent.

22-Alimentation électrique selon les revendications 17- à 19- pour lampes à décharge de type 540 autre que fluorescent. 535