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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.
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The invention relates to a starter device for a gas discharge apparatus and, more particularly, to a starter or starter device for fluorescent lamps using semiconductors.
It is known to initiate certain gas discharge devices, such as fluorescent lamps, by passing a preheating current through the cathodes located at each end of the lamp, so as to partially ionize the gas inside. the lamp and thus being able to use a lower voltage to maintain a discharge in the apparatus. It is also common in lighting circuits of this type.
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to connect the cathodes to a source of energy and, united in series, to an ignition switch of a suitable type, for example a glow switch, placed in the series circuit.
The prime switch has the means to disconnect the series circuit to initiate a discharge in the lamp. Once discharge has occurred in the lamp, the prime switch remains open.
Although these priming devices are so industrially produced that they are economical and easy to install, they have certain drawbacks. In particular, these starting devices allow the preheating current to flow through the cathodes for a sufficiently long time to ensure, as much as possible, that lamps that have worn out to some degree still ignite.
Since the state of a lamp for which an initiator is intended is unknown, sufficient time is expected before the starter device operates for all lamps to turn on. Further, since these switches usually use a glow discharge device and a spark gap contact, the duration of which is relatively limited, the maintenance cost is disproportionately high despite the low initial cost of the initiator. This maintenance cost is especially unacceptable where a large number of lamps and one starting device per lamp are used.
The object of the invention is to provide a new and improved fluorescent lamp starter device containing only fixed elements.
The invention consists of an electrical circuit for starting and supplying a gas-filled discharge apparatus, such as a fluorescent lamp, comprising a pair of heated electrodes to initiate the discharge and connected in series with a device for discharging. ignition, the latter consisting of a semi-conductor whose breakdown voltage is less than the ignition voltage
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and greater than the service melting of the discharge apparatus.
The invention will emerge clearly from the detailed description, given below, of several of its embodiments shown, by way of example, in the drawing in which:
Figure 1 is a circuit diagram of a fluorescent lamp having an ignition device constructed in accordance with the principles of the invention and connected in series with the cathodes of the lamp.
FIG. 2 is a characteristic current-voltage curve of a semiconductor diode.
FIG. 3 is a characteristic current-voltage curve of a pair of semiconductor diodes connected in series and in opposition.
Figure 4 is a schematic of a fluorescent lamp assembly with another starting device constructed in accordance with the principles of the invention and connected in series with the cathodes of the lamp, and
Figure 5 is a circuit diagram of a fluorescent lamp using the starting device shown in Figure 1 with a new current limiter flowing through it.
As Figure 1 shows, a gas discharge apparatus, such as a commercial fluorescent lamp 2, which is to be operated with an initiator constructed according to the principles of the invention, consists of a sealed tube. elongate 4 having a cathode 6 at each end. In order for the cathodes 6 to be passed through the current, each end of each cathode 6 is connected to a contact pin 8 exiting the tube. The construction of lamps such as lamp 2 is well known, and it is considered unnecessary to describe them or to cite the different gaseous atmospheres that can prevail inside the tube 4.
Contact pins 8 can fit into a lamp socket 10 which includes two spaced, electrically powered contact fingers.
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12 each contacting a contact pin 8 of the lamp 2. As usual, each contact finger 12 is connected to electrically isolated terminals 14 to which connecting wires can be easily attached. As Figure 1 shows, a suitable power source 16 is connected to a terminal 14 of each end of the lamp 2, using conductors 18 and 20. As the lamp 2 has a characteristic of. negative resistance, a current limiting impedance or ballast 22, such as a high reactance ballast winding, is electrically connected in series with either conductor, conductor 20 for example.
The other terminal 14 of one of the lamp sockets 10 is electrically connected, by a conductor 24, to a starting device constructed according to the principles of the invention and connected in turn, by a conductor 25, to the other terminal 14 of the other lamp socket 10.
As shown in Figure 1, the starting device consists of a pair of semiconductor diodes 26a and 26b of known type, each composed of a cathode 28 and an anode 30 connected together in series and in opposition and in series with conductors 24 and 25. Although in the figure the anodes 30 are electrically connected to each other by a conductor 32, it goes without saying that, if desired, the cathodes can be joined in this way. It is also possible, if desired, to replace the pair of diodes with a specially constructed double diode having a common electrode, such as, for example, a single base with two contact tips, or - indeed a junction diode. PNP or NPN.
It is known that for some applications; the output of semiconductor diodes is best indicated by the ratio between the impedance that the diode presents to the flow of current in one direction and the impedance that it presents to the current flowing in the opposite direction. Figure 2 gives the current curve-
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voltage characteristic of a semiconductor diode, and it can be seen that, in the passing direction, a semiconductor diode has a significantly lower impedance than in the opposite direction.
It should also be noted that, when a progressively increasing reverse voltage is applied to such a diode, the current flowing through it is initially limited to a low value until the moment when a certain indicated voltage peak is reached. by the reference Ep.
With regard to semiconductor diodes in general, it is known that the value of the voltage peak Ep varies with the amount of selected impurities contained, and therefore a semiconductor diode must be designed and constructed according to its purpose. There is not just one voltage peak Ep per determined semiconductor diode, but several, depending above all on the ambient temperature in which the semiconductor diode is used. The characteristic curve given in FIG. 2 therefore only corresponds to an ambient temperature. Although other characteristic curves could be shown, they are generally similar to the characteristic curve of FIG. 2, the latter being however particularly advantageous, as explained in more detail below.
It should also be noted that the leakage current of a diode increases its temperature, which also affects the characteristic of a determined diode at a given ambient temperature.
As mentioned above, a starting device constructed according to the principles of the invention and as shown in FIG. 1, consists of a pair of semiconductor diodes 26a and 26b placed in series and in opposition. It should be noted that the polarities of the voltages applied to the diodes 26a and 26b constantly vary at twice the frequency of the source of alternating current. For example, when a current of electrons 1 flows, as the arrow indicates in figure 1, through the diodes 26a and 26b, these
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have the instantaneous polarity indicated, i.e. the cathode
28 of diode 26a is positive with respect to its anode 30, while cathode 28 of diode 26b is negative with respect to its anode 30.
Under these conditions, diode 26b has a relatively low impedance to the current flowing through it. The diode 26a, on the contrary, stops any notable current as long as the voltage applied to its terminals does not exceed the voltage peak Ep.
FIG. 3 represents the characteristic current-voltage curve of a pair of semiconductor diodes 26a and 26b connected in series and in opposition. Note that the impedance characteristic of such a series assembly is determined in substance by the reverse impedance of the diodes. This is because the high reverse impedance of diode 26a prevents any significant current from flowing in one direction through diodes 26a and 26b connected in series and in opposition, as long as the voltage peak Ep of diode 26a is not Since the voltage Ep of the diode 26a is exceeded, the low impedance in the passing direction of the diode 26b cannot by itself oppose the flow of current.
Likewise, in the opposite direction of current flow, the impedance of diode 26a is low, and the high reverse impedance of diode 26b prevents any significant current from flowing, as long as the voltage peak Ep of the diode 26b is not exceeded.
Using for starting device, as shown in Figure 1, the combination of diodes 26a and 26b connected in series and in opposition, the current characteristic of which is shown in Figure 3, the impedance in the passing direction of the diode 26a is weak and offers in substance no resistance to the passage of a half-cycle of an alternating current! you applied to terminals 16. Diode 26b, on the contrary, offers a strong
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resistance in this direction of passage, and practically no current passes through it as long as the voltage peak Ep is not exceeded.
If therefore a supply voltage 16 equal to or greater than the voltage peak Ep is applied to the starting device, the diodes 26a and 26b let the current flow for half a period after the instantaneous value of the voltage d 'power supply equals the peak voltage Ep.
Under these conditions, current flows from one terminal of the supply network 16, through conductor 18, one terminal 14 with its contact finger 12 and its contact pin 8, cathode 6, the other terminal 14 with its contact finger 12 and its contact pin 8, the conductor 24, the diodes 26a and 26b, the conductor 25, a terminal 14 at the other end of the lamp with its contact finger 12 and its contact pin 8, the cathode 6, the other terminal 14 of this end with its contact finger 12 and its contact pin 8, the conductor
20 and the current-limiting ballast 22, to end at the other terminal of the supply network 16. The situation is exactly reversed during the opposite half-period, the current flowing in the opposite direction to that mentioned above.
The current therefore flows in the diodes 26a and 26b only during a part of each half-period, and the network voltage is applied between the cathodes 6 of the lamp 2, when in substance, no current flows in the starting device. 26.
The current which passes through the cathodes 6 heats them and causes them to emit enough electrons inside the tube 4 of the lamp 2, so that the gas contained in the tube 4 is partially ionized. Due to this state of partial ionization, the discharge in the tube 4 can be initiated with a lower voltage than if the lamp 2 were cold started. The network voltage 16 being applied intermittently between the cathodes 6, once the gas in the tube 4 is sufficiently ionized, a discharge occurs in the lamp 2 at a voltage equal to or less than the voltage peak.
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sion Ep, depending on the characteristics of the lamp 2.
The network voltage 16 must exceed the voltage peak Ep, so that current flows in the cathodes 6.
Once the discharge has been produced in the lamp 2, it is desirable that the current no longer circulates in the starting device and in the cathodes 6 of the lamp 2. The voltage peak Ep will therefore preferably exceed the voltage drop. between the cathodes 6 of the lamp 2 after establishing the discharge, the diodes 26a and 26b then operating in the part of their characteristic (curve of FIG. 3) included between the opposite voltage peaks Ep, part in which the step current - sage is in substance zero. As the lamp 2 is in parallel with the circuit of the starter device, the voltage across diodes 26a and 26b is the same as the voltage drop across the terminals of lamp 2, and as the tip is no longer reached. of voltage Ep at the terminals of diodes 26a and 26b, these are not in substance traversed by any current.
It should be noted that an accurately calculated starting device might have insufficient heat capacity to pass current uninterruptedly in the event that the lamp 2 ages and the voltage drop across the terminals of the lamp 2 occurs. exceed the voltage peak Ep. If desired, it is possible, in anticipation of this eventuality, to place a current limiting resistor 40 in series in the conductor 25, so as to prevent the diodes 26a and 26b from being damaged.
A thermostatic time switch can also be used for this purpose, such as is used with "glow" type initiation devices.
As FIG. 4 shows, it is possible, if desired, to use several diodes 26a in series and several diodes 26b in series, and to put the two series groups themselves in series and in -apposition. In Figure 4, three diodes 26a and
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three diodes 2612. In this way, a lamp with a higher starting voltage can be used, since the voltage necessary to make a current flow is the sum of the voltage peaks Ep of the different diodes 26a or 26b, depending on the direction of the current .
As shown, the voltage required to circulate a current is equal to the intrinsic voltage peak Ep of the three diodes.
Under these conditions, the internal resistance of the different diodes
26a and 26b can be used as a current limiting resistor eliminating the need for separate current limiters, if the diodes chosen have sufficient internal resistance.
If desired, a combination of series diode groups placed in series and in opposition can be combined with a current limiting resistor similar to resistor 40. Regardless of the circuit used., Voltage peak considerations Ep above are still applicable.
Practical tests carried out on a 40 @@@ ts fluorescent lamp with a ballast at a voltage of 117 volts alternating 60 periods, the starting device consisting of a pair of germanium contact point rectifiers connected in series and in opposition, have shown that the lamp operated satisfactorily with a current limiting resistor 40 of
400 ohms. When six diodes of a 100 milliampere selenium rectifier, as shown in Figure 4 were used, a current limiting resistor was found unnecessary. Contact point and junction diodes, germanium and selenium, have all been found to be satisfactory.
The values of circuit elements given herein are given purely by way of example and in no way limit the invention.
A starting device according to the invention uses the non-linear current-voltage characteristics of a semiconductor diode which allows only a very low current to pass until a certain breakdown voltage is reached, and then a current
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important. Although, as mentioned above, the voltage peak Ep resulting from the ambient temperature characteristics of these diodes has been used for this purpose, it is also possible, if desired, to use similar characteristics in other operating ranges. .
It is possible, for example, to use, instead of the indicated voltage peak Ep, the Zener breakdown voltage of a semiconductor diode. Alternatively, if desired, a semiconductor diode operating on the basis of a combination of the zener breakdown voltage above the voltage peak Ep and the voltage peaks Ep at room temperature can be used. On the other hand, another material with a non-linear current-voltage characteristic having similar voltage peaks, such as silicon carbide, can be used. Whatever nonlinear element is used, its operation will always be based on characteristics similar to those described.
Experience shows that characteristic curves similar to those shown in Figure 2 and Figure 3 are more suitable than other characteristic curves of the same semiconductor diode used at other ambient temperatures. Figure 2 mainly shows that the voltage peak curves Ep of a relatively high value approach the Zener breakdown voltage, and that the voltage drop across the diode quickly drops to a very low value resulting in an additional increase in the circulation current.
With such a semiconductor diode, the increased current flows through each of the cathodes 6 of the lamp 2, and the diodes 26a and 26b have a small voltage drop lower than that in the cathodes 6, so that the power dissipated in diodes is weaker than in cathodes 6. Along with some other characteristic curves, the same diodes have a higher voltage drop and the heat dissipation allowed in them.
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cathodes 6 would be less, in these cases, than with a diode operating according to the characteristic curve shown in FIG.
2. By operating according to the characteristic curve shown in figure 2, it is also possible to use diodes with lower current capacity.
Another modification of the invention is shown in Figure 5. It is similar to the circuit shown in Figure
1, except that the current limiting resistor 40 is replaced by a step-down transformer 60 to reduce the current flowing through the diodes 26a and 26b. As shown, transformer 60 has a primary winding 62 placed in the con-. conductor 25 in series with the diodes 26a and 26b, and a pair of separate secondaries 64 connected to the respective cathodes 6 of the lamp 2. An apparatus of this kind operates as the previous ones. except that, when the diodes 26a and 26b are crossed by a significant current, current flows in the primary 62 and therefore also in the secondaries 64.
Each secondary is placed at the terminals of a cathode 6, so that the secondary current passes through the corresponding cathode 6 in the same direction as the heating current which passes when the diodes 26a and 26b allow a significant current to pass, which increases the heating of the cathodes.
It is clear that this additional current in the cathodes 6 causes them to emit additional electrons which ionize the interior of the lamp 2. As the ionization necessary to start the lamp 2 is limited, the additional current coming from the secondary 64 makes it possible to reduce the current capacity of the diodes 26a and 26b. The secondaries 64 of the transformer 60 are made substantially identical so that the two cathodes. 6 are also heated.
The transformer 60 must be calculated so as to adapt, in impedance, the characteristics of the lamp cathode 6 to the characteristics of the diods 26a and 26Jb, so that the,
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cathodes 6 again have a high voltage drop compared to the voltage drop across diodes 26a and 26b, as above *
The foregoing description shows that a priming device constructed in accordance with the principles of the present invention utilizes certain characteristics of certain types of salt shakers, whereby no moving parts are used in the priming device.
In addition, as the life of semiconductors is very long, the maintenance cost is significantly reduced, and given the small footprint of the semiconductors used, they are easily mounted in any suitable place of the device. lighting, including ballast. Thanks to its small footprint, a starting device of this type can, if desired, be removably mounted like the glow switches currently in use, so that existing installations can be provided with starting devices according to the specification. present invention.
CLAIMS
1.- Electrical circuit for starting and supplying a gas-filled discharge device, such as a fluorescent lamp, comprising a pair of heated electrodes to initiate the discharge and connected in series with a starting device , characterized in that the starting device consists of a semiconductor whose breakdown voltage is lower than the starting voltage and higher than the operating voltage of the discharge device.