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WO1999031940A1 - Dispositif d'alimentation pour boite a lumiere - Google Patents

Dispositif d'alimentation pour boite a lumiere Download PDF

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WO1999031940A1
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Bernard Bedouet
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Thomson-Csf Sextant
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    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/26—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC
    • H05B41/28—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters
    • H05B41/282—Circuit arrangements in which the lamp is fed by power derived from DC by means of a converter, e.g. by high-voltage DC using static converters with semiconductor devices
    • H05B41/285—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions
    • H05B41/2851—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions
    • H05B41/2853—Arrangements for protecting lamps or circuits against abnormal operating conditions for protecting the circuit against abnormal operating conditions against abnormal power supply conditions

Definitions

  • the present invention relates to devices intended to supply electrical power to a light box, that is to say a fluorescent lighting system making it possible, for example, to illuminate by transmission a liquid crystal display screen.
  • Light boxes are known devices which make it possible to obtain, on a relatively large flat surface, generally of rectangular shape, light energy distributed in a very uniform manner making it possible to examine transparent objects.
  • a light box can be used for a variety of purposes, such as examining photographic negatives. It is also widely used to illuminate liquid crystal display screens which are used more and more in place of cathode ray tubes.
  • liquid crystal screens serve in particular as displays on board aircraft to give the pilot the information he needs, in particular the indications which were previously displayed using electromechanical indicators.
  • a light box used to illuminate a liquid crystal display screen in an aircraft consists, for the purposes of uniformity of lighting and light intensity, of a battery of fluorescent tubes aligned against each other the others and supplied with a high voltage, of the order of 1000 volts, delivered by a high voltage converter.
  • the term “light box” will denote in the following text the assembly composed of the battery of fluorescent tubes and its high voltage power converter. To obtain a very stable lighting, not presenting disturbing fluctuations for the operator, it is necessary to supply the light box by direct voltage, the value of which can be between 25 and 50 volts but must be very stable.
  • a supply device comprising a galvanically isolated regulated converter.
  • a power supply 1 01 supplies on the one hand a light box 1 02 and on the other hand a set of electronic cards 1 03 intended for the processing of information to be addressed to the LCD display screen not shown in this figure and which is fixed to the surface of the light box 1 02.
  • This light box 1 02 itself comprises in a known manner a set of fluorescent tubes 1 04 supplied by a high voltage converter comprising a cutter 1 05 and a step-up transformer 1 06.
  • the power supply device 1 01 operates from an input voltage + 28 volts, which we have seen that it is widely fluctuating. This charges, via an isolation diode 108, a set of capacitors 109. This diode makes it possible both to protect the equipment against reverse polarity and to avoid reverse discharge of the capacitors in the power supply network during power cuts. These capacitors themselves allow guarantee the supply of the downstream circuits during these possible interruptions.
  • the capacitors 1 09 also make it possible to supply two regulated voltage converters 1 1 0 and 1 1 1 intended respectively to supply the light box 1 02 and the electronic cards 1 03.
  • These capacitors are for example of the known type "Flybac” or “Forward” which we know the yield is between 80 and 85%. This efficiency, which might appear suitable in other circumstances, nevertheless has drawbacks in an aircraft where the available power is counted and where the heat from the corresponding losses must be dispersed.
  • converters of this type are relatively expensive and bulky.
  • the converter 1 1 0 is of the continuous-continuous regulator and step-up type with galvanic isolation. It provides the supply voltage of the light box 1 02. This supply voltage is for example 50 volts to be at the upper limit of variations in the supply voltage from the DC network + 28 volts.
  • the converter 1 1 1 is of the DC-DC regulator type with galvanic isolation and makes it possible to deliver all the voltages necessary for the electronic cards 1 03, for example + 5 volts + 1 5 volts and - 1 5 volts.
  • the invention provides a supply device for a light box from an unstable supply network, of the type comprising means of protection against reverse polarity and cuts in this network, a capacitor forming a reserve of energy and a DC-DC regulator converter to obtain from the network the stabilized supply voltage of the light box, mainly characterized in that this converter is directly supplied by the network, which 'It is of the booster type comprising an output diode which also plays the role of said protection means, and that said capacitor is connected directly at the output of the converter to be charged by the supply voltage of the light box.
  • the device further comprises a second DC-DC regulator converter of the step-down type with galvanic isolation to obtain from the output voltage of the first converter a set of stabilized supply voltages necessary for the electronic control cards of a display device lit by the light box and the connection between these cards and this device display is carried out with a galvanic isolation device.
  • the unstable supply network is of the 28 volt direct type and the supply voltage of the light box is substantially 50 volts.
  • FIG. 1 the diagram of a device according to the invention.
  • the device according to the invention shown diagrammatically in FIG. 1 comprises supply means 201 making it possible to deliver the supply voltages necessary for a light box 1 02 and for electronic control cards 1 03 which are identical to those of Figure 1.
  • the input voltage of the network + 28 volts is directly applied to a DC-regulator converter 204 which is of the boost boost type without galvanic isolation.
  • this converter very schematically comprises a series inductor 206 whose output is connected on the one hand to ground by a chopper 205 and on the other hand to a series diode 208 which directly delivers the output voltage of 50 volts required power supply to the light box 102.
  • This converter 204 makes it possible to compensate for variations in the 28 volt network with very good efficiency, which we know can reach a value of the order of 95% for a converter of this type.
  • the converter output diode 208 which participates in the voltage booster function, also makes it possible to carry out the function of protection against reverse polarity of the network and of blocking the reverse discharge of the energy reserve described below.
  • the output of the converter 204 is in fact applied to a capacitor 209, furthermore connected to ground, which makes it possible to store the energy necessary for the device supplied by the block 201 during the moments when the sector + 28 is cut, or else goes down to a value lower than that which allows the converter 204 to make up for the voltage difference.
  • this capacitor 209 which serves as an energy reserve, can be of a size significantly smaller than the capacitors 1 09, while making it possible to obtain the same protection duration with regard to cuts.
  • the output voltage of the converter 204 also makes it possible to supply a converter 1 1 1 of the continuous-continuous type regulator with galvanic isolation which is used to deliver the output voltages necessary for the cards 1 03, for example + 5 volts + 1 5 volts and - 1 5 volts.
  • This converter could be identical to the converter 1 1 1 of FIG. 1.
  • the electronic boards 1 03 are on the other hand supplied by the converter 1 1 1, which has a galvanic isolation. To ensure complete protection of these cards, galvanic protection must then be provided in the connection between them and the display screen located on the light box.
  • the invention therefore proposes to make this connection using interface means 21 0 which will make it possible to provide such galvanic isolation, for example by using transformers or known optically coupled systems.
  • the device according to the invention makes it possible to obtain the same results from the point of view of stability, resistance to cuts and galvanic isolation as in the known art, while presenting a remarkable simplicity of embodiment, while providing a much better efficiency and presenting a particularly reduced bulk and weight.

Landscapes

  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Cage And Drive Apparatuses For Elevators (AREA)

Abstract

L'invention concerne les dispositifs d'alimentation pour les boîtes à lumière (102) destinées à rétroéclairer les écrans de visualisation à cristal liquide. Elles consistent à utiliser un convertisseur continu-continu régulateur (204) du type élévateur, directement alimenté par le réseau 28 volts pour délivrer directement la tension continue stabilisée de 50 volts nécessaire à l'alimentation de la boîte lumière. Ce convertisseur comprend une diode de sortie (208) qui protège le dispositif. La réserve d'énergie est obtenue par un condensateur (209) directement alimenté par la tension de 50 volts. Un deuxième convertisseur (111) à isolement galvanique permet d'obtenir le jeu de tension d'alimentation de l'écran de visualisation éclairé par la boîte à lumière. La liaison entre ces cartes et l'écran s'effectue par un dispositif d'isolement galvanique (210). Elle permet d'augmenter le rendement du dispositif d'alimentation de diminuer son poids, son volume et son coût.

Description

DISPOSITIF D'ALIMENTATION POUR BOITE A LUMIERE
La présente invention se rapporte aux dispositifs destinés à alimenter en énergie électrique une boîte à lumière, c'est à dire un système d'éclairage fluorescent permettant par exemple d'éclairer par transmission un écran de visualisation à cristal liquide.
Les boites à lumière sont des dispositifs connus qui permettent d'obtenir sur une surface plane relativement étendue, généralement de forme rectangulaire, une énergie lumineuse répartie de manière très uniforme permettant d'examiner des objets transparents.
Une boîte à lumière peut servir à différents usages, par exemple à examiner des négatifs photographiques. Elle est également très utilisée pour éclairer par transparence les écrans de visualisation à cristal liquide qui sont de plus en plus utilisés à la place des tubes à rayons cathodiques.
Ces écrans à cristal liquide servent notamment d'afficheurs à bord des aéronefs pour donner au pilote les informations qui lui sont nécessaires, en particulier les indications qui étaient antérieurement affichées à l'aide d'indicateurs électromécaniques.
De manière connue, une boîte à lumière utilisée pour éclairer un écran de visualisation à cristal liquide dans un aéronef est constituée, pour des besoins d'uniformité d'éclairement et l'intensité lumineuse, d'une batterie du tubes fluorescents alignés les uns contre les autres et alimentés par une tension importante, de l'ordre de 1 000 volts, délivrée par un convertisseur haute tension .
Par souci de simplification on désignera dans la suite du texte sous le terme de boite à lumière l'ensemble composé de la batterie de tubes fluorescents et de son convertisseur d'alimentation haute tension. Pour obtenir un éclairage bien stable, ne présentant pas de fluctuations gênantes pour l'opérateur, il est nécessaire d'alimenter la boîte à lumière par une tension continue, dont la valeur peut être comprise entre 25 et 50 volts mais doit être bien stable.
On sait que dans les avions la tension continue disponible pour l'alimentation des organes de servitude est fournie par un réseau dit « 28 volts ». Cette appellation est tout à fait de convenance puisque, compte- tenu des différentes contraintes, la tension effective de ce réseau peut varier dans des limites importantes, comprises par exemple entre 1 2 et 50 volts. On ne peut donc pas alimenter directement la boîte à lumière à partir de ce réseau. En outre on est amené, pour éviter de se trouver confronté à des problèmes de boucles de masse entre primaire et secondaire de l'équipement, à réaliser un isolement galvanique entre le réseau 28 volts et la boîte à lumière.
Pour obtenir simultanément une régulation convenable de la tension d'alimentation de la boîte à lumière et un isolement de celle-ci par rapport au réseau, il est connu d'utiliser un dispositif d'alimentation comprenant un convertisseur à régulation isolé galvaniquement. Un tel dispositif est par exemple réalisé selon le schéma représenté sur la figure 1 annexée. Sur cette figure, une alimentation 1 01 alimente d'une part une boîte à lumière 1 02 et d'autre part un ensemble de cartes électroniques 1 03 destinées au traitement des informations à adresser à l'écran de visualisation LCD non représenté sur cette figure et qui est fixé à la surface de la boîte à lumière 1 02. Cette boîte à lumière 1 02 comprend elle-même de manière connue un ensemble de tubes fluorescents 1 04 alimentés par un convertisseur haute tension comprenant un découpeur 1 05 et un transformateur élévateur 1 06.
Le dispositif d'alimentation 1 01 fonctionne à partir d'une tension d'entrée + 28 volts, dont on a vu qu'elle était largement fluctuante. Celle-ci charge, par l'intermédiaire d'une diode d'isolement 108, un ensemble de condensateurs 109. Cette diode permet à la fois de protéger l'équipement contre les inversions de polarité et d'éviter une décharge inverse des condensateurs dans le réseau d'alimentation lors des coupures de celui-ci . Ces condensateurs eux-mêmes permettent de garantir l'alimentation des circuits avals pendant ces éventuelles coupures.
Les condensateurs 1 09 permettent en outre d'alimenter deux convertisseurs de tension régulés 1 1 0 et 1 1 1 destinés à alimenter respectivement la boîte à lumière 1 02 et les cartes électroniques 1 03. Ces condensateurs sont par exemple du type connu « Flybac » ou « Forward » dont on sait que le rendement est compris entre 80 et 85 % . Ce rendement, qui pourrait paraître convenable dans d'autres circonstances, présente néanmoins des inconvénients au niveau d'un aéronef où la puissance disponible est comptée et où il faut disperser la chaleur provenant des pertes correspondantes. En outre les convertisseurs de ce type sont relativement onéreux et volumineux.
Le convertisseur 1 1 0 est du type continu-continu régulateur et élévateur avec isolation galvanique. Il permet de fournir la tension d'alimentation de la boite à lumière 1 02. Cette tension d'alimentation est par exemple de 50 volts pour être en limite haute des variations de la tension d'alimentation provenant du réseau continu + 28 volts.
Le convertisseur 1 1 1 est du type continu-continu régulateur avec isolation galvanique et permet de délivrer l'ensemble des tensions nécessaires aux cartes électroniques 1 03, par exemple + 5 volts + 1 5 volts et - 1 5 volts.
Pour pallier les inconvénients d'une telle structure, l'invention propose un dispositif d'alimentation pour boîte à lumière à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur formant réserve d'énergie et un convertisseur continu- continu régulateur pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boîte à lumière, principalement caractérisé en ce que ce convertisseur est directement alimenté par le réseau, qu'il est du type élévateur comportant une diode de sortie qui joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur est connecté directement en sortie du convertisseur pour être chargé par la tension d'alimentation de la boîte à lumière.
Selon une autre caractéristique, le dispositif comprend en outre un deuxième convertisseur continu-continu régulateur du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande d'un dispositif de visualisation éclairé par la boîte à lumière et la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique.
Selon une autre caractéristique, le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et la tension d'alimentation de la boîte à lumière est de sensiblement 50 volts. D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront clairement dans la description suivante, présentée à titre d'exemple non limitatif en regard des figures annexées qui représentent :
- la figure 1 , le schéma d'un dispositif connu; et
- la figure 2, le schéma d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend des moyens d'alimentation 201 permettant de délivrer les tensions d'alimentations nécessaires à une boîte à lumière 1 02 et à des cartes électroniques 1 03 de commande qui sont identiques à celles de la figure 1 . Selon l'invention par contre, dans le dispositif 201 la tension d'entrée du réseau + 28 volts est directement appliquée à un convertisseur continu-continu régulateur 204 qui est du type « boost » élévateur sans isolement galvanique.
De manière connue, ce convertisseur comprend très schématiquement une inductance série 206 dont la sortie est reliée d'une part à la masse par un découpeur 205 et d'autre part à une diode série 208 qui délivre directement la tension de sortie de 50 volts nécessaire à l'alimentation de la boite à lumière 102.
Ce convertisseur 204 permet de compenser les variations du réseau 28 volts avec un très bon rendement, dont on sait qu'il peut atteindre pour un convertisseur de ce type une valeur de l'ordre de 95 % .
En outre la diode 208 de sortie du convertisseur, qui participe à la fonction élévateur de tension, permet de réaliser également la fonction de protection contre les inversions de polarité du réseau et de blocage de la décharge inverse de la réserve d'énergie décrite plus loin. La sortie du convertisseur 204 est en effet appliquée à un condensateur 209, relié par ailleurs à la masse, qui permet de stocker l'énergie nécessaire au dispositif alimenté par le bloc 201 pendant les instants ou le secteur + 28 est coupé, ou bien descend à une valeur inférieure à celle qui permet au convertisseur 204 de rattraper la différence de tension.
En raison de la tension plus importante en sortie de ce convertisseur 204 qu'en sortie de la diode 1 08 de la figure 1 , ce condensateur 209, qui sert de réserve d'énergie, peut être d'une taille nettement plus réduite que les condensateurs 1 09, tout en permettant d'obtenir une même durée de protection vis à vis des coupures.
La tension de sortie du convertisseur 204 permet en outre d'alimenter un convertisseur 1 1 1 du type continu-continu régulateur à isolement galvanique qui sert à délivrer les tensions de sortie nécessaires aux cartes 1 03, par exemple + 5 volts + 1 5 volts et - 1 5 volts.
Ce convertisseur pourra être identique au convertisseur 1 1 1 de la figure 1 .
On constate alors que dans cette solution il n'y a plus d'isolement galvanique entre la boite à lumière 1 02 et le secteur + 28 volts continu.
Ceci ne présentent pas d'inconvénients puisque la boite à lumière proprement dite ne comporte pas de circuits logiques susceptibles d'être affectés par un tel défaut d'isolement galvanique.
Les cartes électroniques 1 03 sont par contre alimentées par le convertisseur 1 1 1 , qui présente lui un isolement galvanique. Pour assurer alors une protection complète de ces cartes il convient alors d'assurer une protection galvanique dans la liaison entre celles-ci et l'écran de visualisation située sur la boite à lumière. L'invention propose donc de réaliser cette liaison à l'aide de moyens d'interface 21 0 qui permettront de fournir une telle isolation galvanique, par exemple en utilisant des transformateurs ou des systèmes à couplage optique connus.
En conclusion, le dispositif selon l'invention permet d'obtenir les mêmes résultats au point de vue stabilité, résistance aux coupures et isolement galvanique que dans l'art connu, tout en présentant une simplicité de réalisation remarquable, en procurant un bien meilleur rendement et en présentant un encombrement et un poids particulièrement réduits.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Dispositif d'aiimentation pour boîte à lumière ( 1 02) à partir d'un réseau d'alimentation instable, du type comprenant des moyens de protection contre les inversions de polarité et les coupures de ce réseau, un condensateur formant réserve d'énergie et un convertisseur continu- continu régulateur pour obtenir à partir du réseau la tension d'alimentation stabilisée de la boîte à lumière, caractérisé en ce que ce convertisseur (204) est directement alimenté par le réseau, qu'il est du type élévateur comportant une diode de sortie (208) qui joue en outre le rôle des dits moyens de protection, et que ledit condensateur (209) est connecté directement en sortie du convertisseur pour être chargé par la tension d'alimentation de la boîte à lumière.
2 - Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins un deuxième convertisseur continu-continu régulateur (1 1 1 ) du type abaisseur à isolement galvanique pour obtenir à partir de la tension de sortie du premier convertisseur un jeu de tensions stabilisées d'alimentation nécessaire aux cartes électroniques de commande ( 1 03) d'un dispositif de visualisation éclairé par la boîte à lumière et en ce que la liaison entre ces cartes et ce dispositif de visualisation s'effectue avec un dispositif d'isolement galvanique (21 0) .
3 -Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le réseau d'alimentation instable est du type 28 volts continu et que la tension d'alimentation de la boîte à lumière ( 1 02) est de sensiblement 50 volts.
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