Étude des Lampes Basse Consommation (LBC)

 

1     Situation / Présentatlbc9ion

2     Lampes traditionnelles

3     Le principe des lampes LBC

4     Coûts et fiabilité des LBC

5     Le principe électronique

6     Les harmoniques de courant

7     Facteur de puissance (cos phi)

8     Effet stroboscopique et scintillement

9     Aspect pollution chimique

10    Un cas particulier

11    Conclusions

Si vous arrivez directement sur cette page par un moteur de recherche, vous pouvez avoir accès à la table des matières et à chaque article, en page d'accueil.    L'accès se fait par l'un des deux liens en tête de colonne de droite ----->.

_______________________________________________________________________________________________________

Nota :

Cet article a été repris suite à des "désagréments HTML", et il a de plus un complément avec un nouvel article de Septembre 2015 que vous pourrez lire en suivant ce lien ("Lampes basse consommation (suite 1)", toujours sur canalblog)

Préambule

L'État vient d'interdire la vente des lampes à incandescence de 100 W (Pour l'instant). Il y a donc nécessité d'acheter des lampes basse consommation en remplacement.

Bien qu'il y ait beaucoup de données sur le sujet sur Internet, je pense utile de l'expliquer plus techniquement en descendant un peu plus dans quelques détails pouvant expliquer quelques paroles un peu abruptes ou pas très argumentées. Les explications porteront aussi sur des points méconnus du grand public, mais qui ne sont pas toujours anodins.

 

1 Situation / Présentation


Les Lampes Basse Consommation LBC sont des dispositifs très voisins des anciens tubes fluorescents droits  avec ballast, très répandus dans les usines et le secteur tertiaire, mais aussi parfois dans les pièces à vivre des maisons à la campagne (Cuisines).


Ces tubes droits à ballast sont jugés peu ESTHÉTIQUES et encombrants, mais ils ont des avantages très importants : Ils sont très économes en énergie et durent très longtemps, même avec un dispositif d'allumage assez "primitif" à starter qui fait chauffer les filaments au démarrage et qui représente le seul petit inconvénient.


Aussi en période de crise toutes les économies sont bonnes à prendre. Il faut savoir que les LBC ne devraient pas pour autant détrôner ces vieux tubes, toujours aussi efficaces et fiables. Les cas d'emplois sont en général assez différents...


Les LBC ne sont finalement que des tubes fluorescents droits repliés dans "tous les sens", en hélice ou en plusieurs morceaux de courte longueur.


Alors on a rien inventé ? Si un petit peu tout de même, car il a fallu faire appel à l'électronique pour supprimer cette lourde et encombrante self . Il a fallu aussi acquérir des techniques de pliage de verre fin ou de moulage et soudure du verre mais surtout réaliser les revêtements internes pas très évidents.


Ces lampes restent toujours un chalenge car nous ne sommes pas arrivés à une période de maturation suffisante, en effet l'électronique a "horreur" des fortes tensions et de la chaleur, et dans ce cas présent tout y est !...Pour le plus grand malheur du porte monnaie !


2 Lampes traditionnellelbc16s


Les lampes à incandescence (Le feu et la chaleur) sont les premières qui sont apparues avec l'avènement de l'électricité. Le principe en est simple, un filament de tungstène, métal au point de fusion très élevé, est parcouru par un courant électrique.


Ce courant, s'il est assez intense va faire rougir, et plus fortement encore, blanchir (Incandescence) et va ainsi éclairer. La puissance nécessaire est uniquement constituée d'énergie active (Par opposition à apparente ou réactive voir l'article sur le cos phi ). En d'autres termes, cette puissance est totalement facturée par EDF.


Ces lampes sont simples à fabriquer et donc bon marché. Le filament de tungstène calibré en diamètre est enroulé en spires jointives sur un diamètre de l'ordre d'un demi millimètres et raccordé ensuite comme un ressort à deux supports extrêmes. Pour la stabilité mécanique de ce fil qui va se déformer par la chaleur intense (aux environs de 2900°C), des supports intermédiaires au nombre de 2 ou 3, sont insérés équitablement sur la longueur du filament.
Enfin pour éviter de brûler le filament dans l'oxygène de l'air on doit réaliser le vide de l'ampoule.


Malheureusement, ces lampes produisent PLUS DE CHALEUR que de lumière, aussi le but ultime de produire seulement de la lumière n'est hélas pas atteint.


Ceci explique aussi que ces lampes aient un rendement énergétique déplorable en production lumineuse, et que la nécessité de trouver mieux soit apparue.


3 Le principe des lampes LBLBC18C


Pour confirmer tout de suite la présentation, disons que les lampes LBC ne sont que ce que l'on appelle de façon impropre des "tubes néon" enroulés ou pliés plusieurs fois. Le terme "néon" est impropre pour ces modèles et FLUORESCENT est le terme exact. ("fluo" en abréviation)


Pour ces LBC, une enveloppe de verre a été vidée de l'air et un gaz sous faible pression a été introduit. Ce gaz fait partie des métaux lourds, puisqu'il s'agit de vapeur de mercure. Cette vapeur de mercure n'existera pleinement que lorsque le tube aura atteint une température suffisante obtenue par son fonctionnement.


En effet une grande partie du mercure est sous forme "liquide" à température ambiante.

 

Pour cette petite parenthèse, il faut comprendre les phénomènes d'ébullition et de vaporisation. Plus la pression est basse, plus l'ensemble des changements d'état de la matière sont "tirés vers le bas" des valeurs de température. (C'est pourquoi on parle d'ébullition de l'eau à 100°C à "pression atmosphérique normale" par exemple. Ce n'est pas le cas si on diminue la pression en faisant le vide, l'eau peut ainsi bouillir à 85°C par exemple : (Procédé de conserves sous vide des années 50))


Dans notre cas, le composé à faible pression, le mercure, liquide à température et pression habituelle, est en principe très proche de son point de vaporisation, par une pression faible du contenant. Il y a aussi des phénomènes de pression de vapeur qui font qu'une partie du mercure peut être à l'état gazeux et l'autre à l'état liquide (Source WIKIPEDIA)
(On parle pour ces lampes LBC de mercure gazeux à faible pression).


Il suffit donc de fournir un peu d'énergie complémentaire pour assurer sa vaporisation complète pour une température ambiante normale. On peut chauffer les filaments internes au tube au démarrage, mais on peut aussi forcer les électrons à s'organiser en courant par l'application d'une très forte tension qui devrait les "arracher". Ce petit apport d'énergie est suffisant pour que la réaction puisse s'auto-entretenir par le choc des électrons sur les filaments  et provoquer un début de chauffage des filaments (? Voir ci après). 


De cet aspect vous avez déjà compris pourquoi une lampe LBC en extérieur (Froid) est beaucoup plus difficile à allumer pour obtenir rapidement une lumière correcte. De plus on sait aussi qu'il faut apporter de l'énergie pour assurer la vaporisation (Chaleur latente). Ce point pourrait également ralentir l'apparition d'une température suffisante d'éclairement nominal, mais vu les quantités infimes, je n'y crois pas réellement.


A température de fonctionnement atteinte, une tension aux extrémités du tube ou de la lampe est appliquée et provoque l'ionisation du gaz. Cette ionisation qui représente des atomes électriquement NON nlbc8eutres, va pouvoir se traduire par le passage d'un courant électrique.


Examinons donc ce qui se passe depuis le début d'une alternance en régime établi.


Le courant va très faiblement croître relativement à la tension qui augmente jusqu'à un maximum de tension qui va être appelé tension d'amorçage.
A cet instant le courant va alors augmenter mais la tension va diminuer. On entre alors dans le cas typique d'une résistance négative (Principe autorisant l'oscillation de circuits RLC en éliminant la résistance des circuits et entretenant ainsi les oscillations)


A l'issue de cette résistance NÉGATIVE, le courant va toujours augmenter mais la tension va se stabiliser à un minimum appelé tension d'arc. La tension va ensuite croître de nouveau avec le courant (Résistance positive). La diminution de la tension peut suivant la nature du tube à gaz prendre une forme d'hystérésis sans retour sur la courbe de montée en tension.


Cependant, outre leur défaut de faible éclairement à l'allumage, les LBC ont aussi d'autres défauts...


NB : Cela ne m'a pas empêché depuis de longues lbc15années d'être précurseur avec les toutes premières lampes que PHILIPS avait développé à l'époque type SL18 et SL25. Ces lampes à l'origine étaient réalisées comme des tubes fluorescents repliés dans une ampoule protectrice, c'est-à-dire avec une SELF ! Le poids était réellement prohibitif, mais la longévité pourra certainement vous surprendre, car j'ai encore 2 de ces lampes dont une encore en bon état et l'autre débarrassée de son enveloppe protectrice de verre (Comme sur la photo de tête d'article et qui fonctionne aussi), car les gaz émis par la self en chauffant se sont condensés en vapeurs brunes sur l'enveloppe de verre que j'ai du retirer (défaut ! mais au fait quel gaz ?).
Ces lampes n'ont pas eu le succès attendu à cause de leur poids et de leur volume important.


Revenons aux LBC…Leur rendement lumineux outrepasse très largement le rendement des lampes à incandescence, ce fait est incontournable. En d'autres termes il leur faut environ 4 fois moins d'énergie active pour un éclairage équivalent (À voir cependant les franges de longueurs d'ondes, température de couleur et indice de rendu des couleurs, car certaines applications ne seront pas possibles, mais restent des cas très discrets en termes quantitatifs)


Les tubes de verre enroulés, soudés ou pliés sont fragiles et cassent très facilement soit directement par choc, soit sur le mastic qui les assemble à la base. Le gaz interne ionisé est conducteur et propage les électrons d'un bout à l'autre du tube tantôt dans un sens, tantôt dans l'autre. Il s'agit d'une décharge ionisée qui produit un rayonnement ultraviolet (UV) important. (Lorsqu'un électron ayant acquit un niveau d'énergie supérieur, retrouve son niveau d'énergie initial, il y a émission d'un photon) (Voir article sur les potentiels ).


Ce rayonnement de longueur d'onde ultra violet (UV ~400 à 280 nM) constitué  de photons est capté par les oxydes répartis sur l'enveloppe interne du tube. Les oxydes transposent ce rayonnement UV en longueur d'onde proche de la lumière du jour (~400 à 800 nM) pour donner le rayonnement lumineux blanc.


La majeure partie du rayonnement UV produit est donc devenu visible grâce à cette couche d'oxydes et terres rares déposés sur la face interne du tube. En théorie peu d'UV s'échappent en traversant l'enveloppe de verre, cela demande cependant une vérification réelle relativement aux longueurs d'ondes UV émises.
Les longueurs d'ondes du rayonnement réémis (Couleur de la lumière) sont seulement fonction des matériaux déposés sur la face interne du tube.


Ces LBC (Tout comme les tubes fluo à ballast) comportent des composants TOXIQUES qui sont en premier le gaz interne qui est de la vapeur de mercure et du mercure. Viennent ensuite les oxydes et terres rares déposés sur la face interne du tube de verre, mais aussi sur les deux filaments de chaque extrémité qui constituent les électrodes d'émission d'électrons.


On notera que chaque extrémité de tube est composée d'un filament qui peut chauffer "un peu" et permettre d'atteindre une température minimale de vaporisation complète du mercure et libération des électrons. Ce rôle des filaments dans les LBC  reste cependant assez obscur car peu explicité et ne semble pas essentiel dans son acceptation de préchauffage.


Les filaments chauffent en haute fréquence et en série par une liaison capacitive entre filaments à priori seulement lorsque le tube n'est pas encore amorcé. La résistance est d'ailleurs différente des tubes droits à ballast puisqu'elle est de 13 Ohms pour les LBC, contre 3 Ohms pour les autres tubes droits (60 cm ou 120 cm identiques).
On devra parler ici seulement d'impédance des filaments (en dynamique) et non plus seulement de résistance, car à la fréquence de fonctionnement cette "résistance" n'obéit plus seulement à la loi d'Ohm, car les courants se répartissent uniquement en surface des conducteurs.


Ce filament de tungstène est recouvert d'oxydes. Ces filaments chauffants font office de cathode avec leur fils de raccordement, mais je ne suis pas sûr qu'il y ait une "charge d'espace" comme dans un tube électronique. La température est entretenue par les filaments ET le choc des électrons sur l'électrode opposée (2 ème filament) et par le rendement des conversions de longueur d'onde.
Les filaments sont réunis en série par un condensateur, et lors de la tension d'arc, on peut vraisemblablement considérer qu'ils sont inactifs, car en effet s'il y a arc, la tension aux bornes du tube s'écroule et les deux côtés d'un filament sont alors au même potentiel ?.

Je dois toutes fois rester très prudent dans l'aslbc7pect théorique, car le comportement des tubes à gaz est très spécifique suivant le cas y compris avec l'électronique associée et quelques mesures effectuées aux bornes du tube d'une LBC donne des formes d'ondes assez surprenantes et instables que je ne sais pas expliquer ou qui résultent d'une "interprétation de l'oscillo numérique" (Voir oscillogramme ci contre de la tension aux bornes aux points équivalents P5 et P3 d'un tube (Doc Philips))


Ces LBC dégagent généralement un peu plus de chaleur que les tubes droits traditionnels avec ballast. Ceci indique peut-être un rendement moins favorable ? Est-ce seulement une impression, car la chaleur est plus localisée ? Cela reste à éclaircir !

Je ne sais pas vraiment quoi penser de la chaleur, car dans le cas des LBC, les extrémités des tubes sont enfermées dans la partie supérieure du culot et cette chaleur  reste concentrée dans cet espace réduit.
Mesures en main, la température de surface des tubes de la LBC dépassent les 70°C (Mon "thermo" s'arrête là !) Alors il semble que la chaleur soit au moins répartie tout au long du tube, et pas spécialement aux extrémités.


Ces tubes fluorescents font partie des tubes à gaz à cathode chaude. Il existe aussi des tubes à cathode "froide" dont l'emploi est totalement différent.


(Les véritables tubes néon utilisent ce gaz rare qu'est le néon
etLBC12 l'ionisation produit une lumière orangée sans fluorescence, mais en émission directe par les électrons lorsqu'ils qui repasse d'un niveau d'énergie supérieur à un niveau d'énergie inférieur. Vous avez tous chez vous le petit témoin lumineux orange "de la cave". C'est réellement une micro lampe au néon avec deux électrodes alternativement anode et cathode (Sans filament). Voir photo...Le courant qui parcourt ces lampes est très faibles et de l'ordre du µA).

 

Pour éclaircir un peu ce problème de température de l'électronique, j'ai donc réalisé une mesure à l'aide d'une thermistance insérée dans la partie composants (Bien isolée !) pour en avoir un peu le coeur net...
Le thermomètre ayant une séquence de mise à jourlbctemp toutes les 15 secondes a perturbé un peu. Aussi j'ai redressé un peu la courbe (Courbe magenta dite "courbe probable") On s'aperçoit sur cette courbe, que l'asymptote de température interne sera vraisemblablement aux alentours des 70°C (pour une température ambiante de 21°C).

Cela ne favorise pas l'électronique qui a en "horreur" les températures élevées et qui a toujours tendance à s'emballer et à partir en "avalanche". Ce point reste sous-estimé à mon sens, mais est certainement une cause importante de la mort prématurée des transistors haute tension.

Ces lampes LBC dans l'esprit, sont une très bonne réponse au problème énergétique d'une façon générale. Car elles s'appuient sur un phénomène physique de l'atome, qui est d'émettre un photon lorsqu'un électron excité retrouve sa position normale. Il n'est pas question de chaleur mais seulement d'énergie au sein de la matière, ce qui n'est pas tout à fait la même chose.


4 Coûts et fiabilité des LBC


Le problème de ces lampes, outre l'aspect toxique est un défi technique pour faire tenir une électronique haute tension dans un espace limité et surchauffé.


En ce sens les contraintes d'isolation diverses sont telles que les composants principaux devraient avoir des volumes plus conséquents, ce qui est matériellement impossible. Les circuits imprimés devraient avoir des distances suffisantes pour éviter tout amorçage, ce qui n'est pas le cas (Voir à ce sujet mon article sur une guirlande de sapin de Noël dont le CI amorçaitLBC19
)


Il faut avoir le courage de dire dès maintenant que ces modèles de lampes, sauf traitement spécifique de tropicalisation, ne sont pas conçus pour fonctionner en extérieur, à cause des problèmes d'humidité. Quelqu'un l'a-t-il dit clairement ? Je ne le crois pas !

 

Outre ces problèmes spécifiques des circuits réalisés sur des supports de qualité médiocre (absence de fibre de verre), il y a aussi le problème du "design" de ces circuits qui comportent encore, même pour les grandes marques, des pointes qui forment des éclateurs à arc et qui peuvent devenir actives en cas d'humidité ou simplement en cas de surtensions (N'oublions pas la résonance série qui permet d'atteindre 900 Volts dans ce cas précis...)
La sagesse de conception veut que l'on évite ce genre d'erreurs. La liaison circulaire pourrait être "adoucie" (trait blanc) pour éviter ces proximités. Ceci ne voulant pas dire que ce cas précis l'amorçage puisse se produire (Il faut vérifier les proximités "potentiellement" dangereuses, mais il y a parfois des réaction en chaîne....)

Évidemment la conception électronique des circuits ne sait pas traiter des formes non rectilignes de "runs", mais je crois qu'il faut reprendre ces designs à la main avec la bonne vieille méthode des rubans adhésifs à l'échelle 2 ou plus pour obtenir la précision demandée et la "souplesse d'un design sans pointes". Le plan automatique servant alors de modèle pour les liaisons et le plan LBC20de placement.

 

Un petit mot aussi sur les CMS, qui certes sont nécessaires pour la place disponible, mais les distances de sécurité d'amorçage ne sont pas toujours possibles...? Les "runs" sous ces composants sont également beaucoup trop larges ce qui implique des distances de sécurité trop faibles...

Alors, les mensonges ne sont plus que la seule réponse actuelle à la faible durée de vie de ces lampes, et en tous cas à la non atteinte des valeurs de longévité prônées par la majorité des fabricants. Il n'est même plus question de savoir sont fabriquées ces lampes (?) mais il est évident que l'on devra changer pour apporter réellement un plus au porte monnaie et un gain réel pour la planète.
Alors pourquoi ne pas fabriquer en France, faire travailler nos entreprises et obtenir une réelle qualité par des composants de PREMIER CHOIX ? (Les fabricants de composants trient leurs composants, et ceux qui sont en dessous des caractéristiques définies sont tout de même revendus...en CHINE !)

Je n'ai eu qu'une seule lampe LBC ayant duré 8 ans, c'était une PHILIPS, ça a le mérite d'être cité. Toutes les autres ont rendu l'âme bien avant, quelques soient les marques. Voyez l'hécatombe sur la photo de tête d'article (Je précise que j'ai un secteur électrique parfaitement stable à 228 Volts le plus souvent)

Je dirai un mot ensuite sur la garantie légale qui n'est qu'illusion.
En effet le ticket de caisse faisant foi, j'espère que vous conserverez celui-ci sur 8 années et que vous saurez le retrouver…Je n'y suis pas encore arrivé ! Alors si au bout de 4 ans cette lampe LBC vous lâche, alors c'est pour "votre pomme" !


Les plus grandes marques OSRAM, GE, PHILIPS, CARREFOUR, CORA, sont toujours prêtes à vous les remplacer, mais les frais de port font que c'est le même ordre de grandeur de prix, alors pourquoi dépenser de l'argent pour un hypothétique retour (Cassée ou pas cassée ?) et des "emmerdements" en plus ? De plus si vous stockez les "cadavres" pour faire un envoi groupé, alors vous dépassez la garantie ! Problème insoluble d'une garantie illusoire ! Enfin si vous avez fait comme moi et bu à toutes les fontaines, vous ne savez plus rien du tout de celle qui enrhume ....!

 

Pour faciliter la tâche, on trouve maintenant des lampes LBC garanties 6000 heures, 8000 heures et parfois avec un certain nombre d'allumages par jour et une durée journalière. Dans ces dernières conditions le fabricant garanti son produit pour un nombre d'années cette fois. Cela devient réellement la bouteille à encre pour qu'un consommateur moyen se fasse rouler très soigneusement et "doré à souhait de chaque côté".

Je vous suggère au minimum d'écrire sur la partie blanche du culot, la date d'achat et le lieu d'achat, cela pourra aider en cas de conflit (car les grandes surface possèdent je pense toutes les traces de vos passages en caisse)

Sérieusement..., je milite par mes blogs pour préserver la planète, mais les choses ont besoin d'un peu plus de réalisme et d'honnêteté de la part des fabricants et des distributeurs.

Les LBC ne sont pas encore parfaitement au point. Désolé Messieurs les ministres et les directeurs de boîtes, lorsque vous ne savez que parler de notes de synthèse, il faut aussi laisser à ceux qui les réalisent le soin de vous porter les vrais messages (souvent contraignants) et ne pas vous laisser emmener par vos propres conclusions qui ne sont étayées que de votre seul ego.


Les LBC coûtent cher "au finish" et le ratio du gain financier (Avec l'investissement naturellement) dépasse très rarement 1.5 environ et particulièrement pour les plus grandes marques ! Il n'y a donc pas de quoi pavoiser.


5 Le principe électronique


J'ai trouvé sur Internet plusieurs schémas, dont celui à l'adresse suivante et dont il faut féliciter le relevé s'il a été manuel, et en tous cas la publication (pdf).
http://www.elektor.fr/StreamFile.lynkx?path=Uploads/Forum/Posts/BALLAST_5f12-18W-sch.pdf

 

J'ai cependant préféré me baser sur la note d'application du constructeur  PHILIPS qui a le mérite d'expliquer un peu plus le fonctionnement de son montage qui est très proche des montages utilisés à quelques composants près, par beaucoup de fabricants. Ce schéma  est extrêmement intéressant et je vous engage, si le sujet vous intéresse à télécharger cette note d'application.
http://www.nxp.com/acrobat_download/applicationnotes/AN00048_1.pdf

 

(Il est aussi très proche du schéma du premier lien)


Avant le développement de quelques points spécifiques, on peut remarquer la technique toujours identique pour se passer des transformateurs 50 Hz toujours lourds et encombrants. Il suffit seulement de monter en fréquence ! Et pour cela on commence par redresser le 50Hz et on fabrique un oscillateur de puissance à une fréquence plus élevée, à partir du LBC17courant continu redressé. C'est toujours ce même principe qui est adopté.

 

 

Avant d'aborder le vif du sujet il me semble préférable de décortiquer d'abord les grandes lignes par un petit synoptique "maison".
Cela évitera par exemple de penser que le transformateur n'est qu'un simple driver et ne véhicule pas de puissance, ce qui serait faux.
Le primaire transformateur est parcouru par le courant d'arc, mais est là également pour des questions d'isolement et d'inversion des commandes des bases des transistors...Il sert donc aussi de driver.

Il participe aussi à la fréquence d'oscillation très certainement.

Avant de passer à la suite imprégnez vous donc de ce synoptique type pont de wheatstone...


Le secteur est donc redressé en double alternance par un pont constitué de 4 diodes (1N400x). Des diodes en composants discrets ont été préférées par tous les constructeurs, à un pont en boîtier pour les problèmes d'encombrement, de tension élévée  et peut-être aussi de dissipation thermique.

Juste avant ce pont une résistance de 22 Ohms sert de fusible en cas de court-circuit sur le pont ou  ou d'une demande de courant trop forte, dans le cas de transistors en court-circuit par exemple.
(D'un point de vue commercial il est impossible qu'un appareil fasse sauter les fusibles d'un appartement. On est sûr ainsi de ne plus vendre cette marque de LBC. Il faut donc un fusible DANS l'ampoule !)

 

On remarquera que tous les fabricants ne sont pas idéalement précautionneux car on trouve des diodes 1N4005 (Tension de 600 V seulement) alors que chez certains on ne lésine pas et on utilise des 1N4007 (Tension de 1000 V ce qui avec les transitoires, parasites énergétiques et autres, ne me semble pas de trop) (Tensions de crête répétitives) voir caractéristiques de ces diodes .

Un condensateur électrochimique (4.7 µF ou 10 µF) est chargé à la tension 230 V*rac2 soit 325 Volts maxi.

Ce condensateur est le plus souvent en tension de service 350 V (Ce qui ne laisse pas beaucoup de marge de sécurité) et parfois sur les modèles plus sérieux à 400 V. (Les plus sérieux ne sont pas toujours les grandes marques !).  Il faut comprendre qu'au niveau énergie de l'oscillateur, mettre un condensateur réservoir plus important ne ferait que créer une pointe de courant encore plus importante, car plus fine encore. La valeur représente donc un juste compromis entre l'énergie restante avant la prochaine alternance et, le courant de pointe commercialement admis mais aussi la place disponible. La valeur de ce condensateur dépendra de la puissance de la lampe LBC bien naturellement. (Il est parfois nécessaire de déporter dans une zone inutilisée du culot, ce chimique).


Un oscillateur à 2 transistors haute tension qui sont suivant les marques des BUJ101AU, 2N50B, STX1303, MPSA42, 6822 ou HJ13003, fonctionnant en haute fréquence, avec le petit transformateur.
La commande des bases des transistors est assurée directement en classe C par les bobinages en opposition de phase du transformateur.

Le bobinage principal (Primaire) du transformateur est parcouru par le courant de décharge du tube, et ce courant continu est trop important pour pouvoir fonctionner dans la partie droite du cycle d'hystérésis. Il y a donc nécessité d'un entrefer assez important qui évite la saturation magnétique.

Les bobinages secondaires alimentent en direct et en inversé les bases des transistors. Ces transistors conduisent alternativement et ne doivent surtout pas conduire en même temps (Court-circuit de l'alimentation !) La classe de fonctionnement des transistors devrait éviter simplement ce désagrément par des commandes qui ne se recouvrent jamais à cause de la classe C.

L'ensemble avec le tube et ses caractéristiques spécifiques reste assez compliqué, aussi je l'aborderai avec modestie et  quelques incertitudes et je vous renvoie vers la note d'application PHILIPS.

Les deux transistors conduisent alternativement et placent donc le point A alternativement au +350 V ou à la masse. L'autre point du tube étant donné par les condensateurs C1 et C5 qui forment le PONT. Le transistor TR2 conduit le premier à la mise sous tension initiale, avec un circuit spécialisé pour cet instant, particulier C6, R2, D7 et D4 (Cette initialisation a déjà été repérée en défaut aléatoire sur un de mes modèles).

La partie la plus compliquée est certainement l'adaptation selfs/condensateurs avec les résonances souhaitées pour certaines et évitées pour d'autres. Ceci est à calibrer en fonction des caractéristiques des tubes. (Philips le mentionne spécifiquement puisque son montage est réalisé pour une marque et un type de tube déterminé).

La note d'application indique 28 KHZ de fréquence de l'oscillateur, mais j'ai préféré mesurer au réel avec une autre marque, aussi j'ai promené la pointe de la sonde de l'oscilloscope à proximité du culot d'une lampe en fonctionnementlbc3.

Le résultat est sur l'oscillogramme ci-joint avec une période de 20 µs soit une fréquence voisine de 50 KHZ.


La haute tension confortable d'alimentation de plus de 300 V est directement issue du redressement, mais l'amorçage du tube est "boosté" par le jeu de la résonance série du circuit L2/C3 (Voir ci-après)
.

La partie chauffage des filaments reste assez peu explicite et je préfère ne pas trop en parler, car je ne suis pas certain d'avoir parfaitement compris cette partie. (Il me semble que le chauffage devrait exister en permanence mais à faible intensité avant amorçage, car globalement, les filaments seraient plus considérés comme des électrodes que des filaments, dans la majeure partie d'un cycle. En effet, le tube une fois amorçé, les deux extrémités d'un filament sont au même potentiel lors d'un amorçage ? Il n'y aurait donc aucun courant  dans la résistance et report majoritaire de tous les électrons d'un seul côté de l'alimentation d'un filament, sur le fil rigide d'amenée faisant office d'électrode (puisqu'on ne peut remonter les potentiels)).


Attention pour les curieux, à la résonance il est indiqué 900 V ! Et de toutes façons, ces montages sont toujours EXTRÊMEMENT DANGEREUX à "bricoler".


L'énergie HF entretenue dans la LBC permet une excitation suffisante et autorise ainsi le processus thermique nécessaire pour la vaporisation du mercure et l'ionisation du gaz.

6 Les harmoniques de courant


Ce sujet a peu d'impact au niveau des particuliers (En principe...?), mais peut prendre des allures dramatiques dans les processus industriels. (Philips y fait référence dans sa note par le terme THD Total Harmonic Distorsion)

 

Quel est le problème ? Tout courant non sinusoïdal peut être décomposé en une suite de courants sinusoïdaux de fréquences multiples du fondamental (50 HZ) (Décomposition en Série de Fourrier).
On peut retrouver ainsi facilement des harmoniques de rang élevé soit une fréquence de 1550 Hz pour l'harmonique 31 qui compose un tel COURANT. (Valeur maxi de l'analyseur d'harmoniques).


Or le courant absorbé par ces lampes (Tout comme les traditionnels tubes fluo à ballast des usines) n'est pas du tout sinusoïdal. Il a la forme de pics dissymétriques correspondant à l'énergie consommée entre chaque alternance.


Y-a-t-il des harmoniques de courant avec les lampes à incandescence ? La réponse est claire NON.


Y-a-t-il des harmoniques de courant avec les bons vieux tubes fluo à ballast ? La réponse est OUI.


Y-a-t-il des harmoniques de courant avec les LBC ? La réponse est OUI et BEAUCOUP PLUS qu'avec les tubes fluo "normaux" à ballast (Je ne peux malheureusement pas faire les mesures car je n'ai plus l'appareil)

Cette dernière réponse s'appuie sur un constat qui devrait pouvoir être démontré mathématiquement et qui veut que plus les flancs d'un signal sont raides, plus les harmoniques sont importants et montent très haut en N° de rang et en valeur de courant. (On peut souvent atteindre l'harmonique 100 avec un niveau "mesurable")


La tension secteur est pourtant sinusoïdale ? Oui, mais il y a des pertes en lignes pour des courants importants. Si ces COURANTS ne sont pas sinusoïdaux, la tension au point de consommation va subir le contrecoup et acquérir ainsi des composantes harmoniques de TENSION.


Ces harmoniques de tension peuvent provoquer de réels problèmes au niveau des électroniques des processus industriels tels que les grandes lignes d'extrusion de plastique par exemple. (Ceci implique des protection EMI/RFI tant sur les appareils émetteurs que les appareils récepteurs)
Dans certaines usines, les alimentations de machines sont réalisées par des "KANALIS", qui, s'ils sont très pratiques, constituent une très mauvaise solution pour ces harmoniques. En effet toute une ligne électrique (Bus) peut ainsi être perturbée (Polluée) en harmoniques de courant et par conséquence en harmoniques de tension.


Ces perturbations seront d'autant plus importantes que les courants non sinusoïdaux seront élevés et avec des fronts raides.


Ces harmoniques outre le fait qu'ils créent des courants anormaux dans le fil de neutre, et des anomalies sur l'électronique mal protégée, provoquent des pertes conséquentes sur les installations non prévues. Les harmoniques détruisent par échauffement les CONDENSATEURS DE COMPENSATION DU COSINUS PHI. (Condensateurs auto cicatrisants). J'ai déjà vu des ventilateurs de ménage pour refroidir des TGBT de magasins grandes surfaces à cause de ce problème …Eh oui c'était à V…et pas très sérieux !


Bref ces harmoniques sont indésirables ! lbc2


A l'échelle du particulier, la longueur des lignes électriques va amortir fortement ces courants de haute fréquence par leur impédance selfique linéaire et limiter ainsi les problèmes vers le voisinage et le transformateur EDF.
Quelques lampes ne vont vraisemblablement pas beaucoup perturber !
Ce ne sera pas le cas dans l'industrie où le problème des harmoniques se développe à la vitesse de l'introduction de l'électronique dans tous les azimuts, et principalement pour toutes les sources de courant continu obtenu par redressement de type alimentation à découpage ou fonctionnement impulsionnel. (vitesse variable, démarreurs électroniques, etc...)

Parallèlement aux harmoniques, les protections EMI/RFI se généralisent aussi, si bien que le problème des harmoniques n'apparaÎt pas toujours clairement.


Voici quelques éléments chiffrés correspondant à des tlbc1ubes fluo standard à ballast, car je n'ai plus l'appareil analyseur d'harmoniques Fluke 41 pour faire les mesures sur les LBC.
Les rangs des harmoniques sont donc indiqués jusqu'à l'harmonique 31, mais on voit qu'à partir de l'harmonique 15 les harmoniques de rang pairs prennent le dessus (Avec des valeurs très faibles cependant)

 

On remarquera que suivant les procédés électroniques retenus, les harmoniques pairs sont souvent absents. Ces harmoniques pairs ne peuvent pas naître facilement sur les structures symétriques, c'est pourquoi on a toujours avantage à rendre symétrique pour limiter les harmoniques. (Oscillateur symétrique sur les LBC par exemple).

On notera des protestations de radioamateurs qui dénoncent que cela perturbe la bande de fréquence des 80 mètres, et c'est très certainement exact, (Tout autant que la "base de temps lignes" des vieilles télés avait un spectre très étendu par la présence d'un front raide sur la dent de scie avec un transformateur également. Ces télés perturbent largement la réception du signal DCF77). Il est fort possible que ces lampes perturbent aussi le DCF77 ? à vérifier !
Un autre point également est l'absence d'une réelle stabilité en fréquence de l'oscillation (Pas de feedback de contôle de la fréquence)

Heureusement que ces lampes ne perturbent pas les avions de ligne !


Dans un autre volet on devra signaler la forte perturbation
électromagnétique de ces lampes, qui rayonnent de part leur principe, puisqu'il y a un transformateur avec entrefer tout à fait propice pour rayonner magnétiquement cette fréquence élevée.

Sur ce volet je pense que les LBC ont encore des progrès sur les EMI/RFI à faire ! Elles sont déjà équipées cependant d'un petit filtre avec L1 juste après le condensateur de redressement, mais cela ne suffit pas. Pour ce prémunir de ces problèmes, les transformateurs peuvent être blindés d'une feuille de cuivre extérieure, mais pour une ampoule, cela a un coût...


Voici un oscillogramme du courant absorbé au réseau 220LBC6 V et de la tension pour une LBC Carrefour (Fonctionnant) de 20W 140 mA FLE20TBX/AQ/827 (Oscillogramme repère A couleur bleue). J'ai cependant noté la très forte chaleur de l'embase après quelques dizaines de minutes…


Pour l'explication, il faut considérer le régime établi et que l'oscillateur fonctionne "indépendamment" du secteur par le condensateur réservoir de redressement C4.

Au point 1 (Rouge) la tension redressée aux bornes du condensateur, qui a fourni l'énergie à l'oscillateur durant un temps assez long a baissé au point que la tension secteur qui remonte alors, arrive à l'égalité. Quelques µs plus tard la tension secteur a dépassé cette tension et commence à recharger le condensateur de redressement (ET  à alimenter l'oscillateur) avec un courant qui ne cesse de croître puisque la tension ne cesse de croître également.
Le courant de crête est alors donné par la loi d'ohm puisque le montage d'essai a été réalisé avec une résistance de 15 Ohms en série sur l'alimentation 220 V, soit (3 carreaux*2volts/carreau)/15=0.4 A crête.


Au point 2, qui est pratiquement le maximum de la tension, le courant redescend très rapidement puisqu'on on a chargé le condensateur au maximum de tension. Cependant la consommation de l'oscillateur commence aussi à faire descendre la tension du condensateur, et à un moment la tension du condensateur devient égale à celle de la sinusoïde. A ce stade, c'est à la fois le condensateur et la sinusoïde qui alimentent l'oscillateur, ce que l'on constate par une petite pente descendante d'accompagnement du secteur pour participer au courant de décharge jusqu'au point 3.


La décharge du condensateur est (Heureusement) plus lente que la descente de la tension secteur. Aussi comme la tension secteur passe en dessous de la tension du condensateur il n'y a plus aucun courant secteur à partir du point 3 !  Le même cycle symétrique se reproduit pour l'alternance négative.


En comparaison voici l'oscillogramme  d'une lampe Philips "albc5ntique" type SL18 tout à fait compatible avec un tube fluo à ballast. On peut voir cette fois la forme beaucoup moins agressive du courant qui a plus une forme triangulaire que de pics aigus comme dans le cas des LBC. (La tension est représentée par la sinusoïde) On peut en déduire que les harmoniques de courant seront beaucoup plus faibles.


Ceci serait très certainement beaucoup plus tourmenté pour une lampe LBC à partir de la simple constatation de la forme très raide de la pointe de courant.


Encore une précision, la conduction du pont de diode est caractérisée par son angle d'ouverture qui est donc relativement faible par rapport à la demi période (Environ 2/5). Le courant n'étant pas sinusoïdal, ceci conduit naturellement à des mesures de courant totalement erronées avec des appareils de mesure standard. Il faut des ampèremètres spécifiques qui réalisent l'intégration du courant pour donner soit la valeur moyenne soit la valeur efficace équivalente ou la valeur crête (Cette dernière donnée également par l'oscilloscope).


Les schémas comportent toujours une petite self après redressement et condensateur, destinée à éviter la transmission directe des harmoniques vers le réseau (EMI/RFI) mais qui limite aussi les courants de pointe. (Une self s'oppose toujours au passage du courant)


7 Facteur de puissance (cos phi)


Peut-on parler de facteur de puissance pour les LBC ? Je ne le pense pas vraiment. Le facteur de puissance fait toujours référence à des valeurs de décalages entre sinusoïdes, ce qui n'est plus le cas avec les LBC.


Cependant si l'on raisonne avec le fondamental seul on peut constater dans l'exemple A que le début du courant est en retard sur le début de la tension. Ceci pourrait être pris pour un équivalent de courant selfique (Courant en retard sur la tension), mais il faut je crois être très prudent dans ces extrapolations, car je ne connais pas les dernières nouveautés théoriques enseignées à ce jour.
Ainsi avec le contrôleur d'énergie PAGET pour une lampe LBC de 21 W, celui-ci indique 20 W de puissance active (Bien !) et un cos phi qui est instable avec 0.5 comme valeur centrale. Le même PAGET indique 0.1 pour un condensateur de quelques µF...
Attention cependant, car cette constatation dépend des modèles de lampes et très largement de la valeur du condensateur "réservoir" placé après les diodes de redressement.


En ce qui concerne les tubes fluo à ballast ou les anciennes SL 18 ou 25, le courant est suffisamment proche d'une sinusoïde pour y être assimilé. Dans ce cas, le cosinus phi est bien selfique (Heureusement d'ailleurs puisqu'il y a une self à l'intérieur !)


8 Effet stroboscopique et scintillement


Cet effet visuel concerne principalement des objets en rotation synchrone avec la fréquence du secteur ou ses multiples.


Avec les tubes fluo avec ballast, il est possible de confondre une machine en rotation et une machine à l'arrêt comme si celle-ci était éclairée par un stroboscope dont la fréquence serait multiple ou sous multiple de 50 HZ.
Cette confusion est due à la persistance rétinienne et au fait principal que ces tubes s'éteignent 100 fois par seconde. (Ce n'est pas le cas avec les lampes à incandescence car l'inertie thermique du filament ne permet pas de variation d'éclairement sensible entre deux alternances (10 mS)).

 
Cette particularité peut s'avérer gênante et même dangereuse  dans les ateliers avec les tubes fluo avec ballast dits "traditionnels", car il est possible d'interpréter à tort l'arrêt d'une machine.


Dans le cas des lampes LBC, la fréquence très élevée ne devrait pas causer ce type de problème, car les pièces mécaniques en rotation à cette vitesse ne courent pas les rues…Tiens au fait, peut être la fraise du dentiste ?


Pour le scintillement des LBC n'en parlons plus. Il n'y a rien à ces fréquences de fonctionnement !


9 Aspect pollution chimique


Il faut bien entendu recycler proprement ces LBC.


D'autres ont largement "décrypté" le sujet, mais pas toujours objectivement. Je vais le balayer simplement, pour recadrer l'ensemble des pollutions.


Le mercure


C'est effectivement important pour l'eau et notre santé et le recyclage est impératif.

Je pose tout de même la question de la FRAGILITÉ DE CES TUBES de VERRE, qui lorsqu'ils sont cassés perdent leur mercure. (Gaz ou liquide ?) Le peu de vapeur de mercure devrait normalement se condenser rapidement au contact de l'air. Ce qui est à craindre à ce niveau est plus du mercure sous forme de gouttelettes très fines (Voir aussi les tensions de surface d'aussi fines particules et leur comportement réel ?)


Les oxydes et terres rares


Ce sont pour la plupart des produits toxiques voire hautement toxiques comme le cadmium (Mais je crois que ce dernier produit n'est plus utilisé dans cette application LBC).


Ces produits se trouvent sur les filaments des cathodes tout autant que sur le revêtement interne du tube de verre.

Les métaux du circuit

Le tungstène des filaments n'est pas dangereux, mais il y a quelques métaux tels que le plomb des soudures du circuit imprimé. A ce jour la soudure à l'étain plomb devrait disparaître au profit de soudure à l'étain et au zinc, mais c'est tout de même des métaux un peu trop présents en électronique.
Le cuivre du circuit imprimé protégé par son solder-resist n'est pas nécessairement utile à l'environnement et des cas d'intoxications au cuivre ont défrayé les chroniques de l'Est de la France ...(Tout comme les autres matériels électroniques conçus de façon identique !)

Il faut ajouter aussi la grosse goutte de soudure du contact central de la douille ou des 2 plots (Baïonnette), ainsi que la soudure du contact sur le côté de la douille à vis. (Soudures étain plomb parfois remplacées par une soudure électrique par point, notamment sur les douilles à vis en aluminium).


Les métaux et métalloïdes rares des composants électroniques


Ce sont les habituels dopants du silicium, arsenic, Gallium, phosphore et autres produits rares et pas très sains. Mais là c'est le domaine standard du recyclage de l'électronique"Alors gamin t'as perdu ton MP3" ?


La fragilité
du verre me parait être le point le plus délicat dans le recyclage de ces lampes, car aucune n'est identique et le stockage en vrac ne me semble pas particulièrement fiable pour éviter toute casse de verrerie lors des différentes manipulations mécaniques des caisses de récupération.


10 Un cas particulieLBC21r

 

Le cas de cette lampe m'a interpellé, car il condense plusieurs aspects évoqués. Bien entendu il s'agit d'un "cadavre" et de plus assez récent. Le problème est un allumage uniquement aux extrémités et donc très faible. Je n'attendais pas ce cas au vu de l'ensemble une fois démonté.

 

Naturellement les coquilles plastiques sont collées par mesure de sécurité, de sorte que comme toutes les autres LBC, il faut casser pour examiner ce qui "cloche".

 

Le premier élément qui choque est la compacité extrême de ce modèle. Naturellement les distances recommandées réservées pour les hautes tensions sont  inexistantes, et les composants sont en contact les uns les autres par manque évident de place.

Cela est résolument mauvais.

 

Tout est "bourré" dans le pseudo culot de la lampe, avec l'incertitude des isolations et je pense au cul du condensateur qui doit être très proche du contact central de la douille.
Je vois aussi les condensateurs qui touchent directement  les fils de bobinage du transformateur...
Certains composants sont mis de travers pour rentrer et il y en a même un, le petit transfo torique qui tient en l'air par les composants voisins...

Pas très sérieux !

 

Un autre point cité est le dégagement calorifique, et là, je me suis pourtant aperçu d'une innovation. Je suppose qu'elle est volontaire et qu'elle n'est pas le fruit du hasard ? Une ventilation est prévue avec un tout petit passage d'air par 4 ouvertures à la jonction du culot (flèche rouge basse), par des méplats sur le cercle du CI et par un tout petit passage d'air réservé dans le mastic de passage d'un des tubes de verre  (flèche rouge haute).

Voilà donc une nouveauté qui me parait judicieuse. Est-elle à la hauteur des attentes ? Cela reste à vérifier !

On peut cependant se poser la question de savoir dans quel sens on doit installer la lampe pour avoir le meilleur refroidissement ?
Culot vers le haut, la chaleur des tubes va réchauffer l'électronique et partir ensuite le long du culot.
Culot vers le bas, l'air frais va refroidir l'électronique avant de réchauffer le tube (qui ne risque rien).

C'est une nouveauté, qu'il faut souligner, mais bannir tout autant l'empilage de composants fonctionnant en haute tension qui est une honte pour tout électronicien sérieux.

 

J'ajouterai encore quelques éléments négatifs sur ce  produit, qui sont le manque de propreté du CI côté soudures (poussières blanchâtres de nature suspecte), mais aussi les différentes soudures des raccordements,  faites comme de bonne habitude manuellement par du personnel  non formé. (Queues dépassant largement, repliées, et constituant des proximités et des pointes d'éclateurs à arc. (cas de la  résistance et du fusible venant de la douille, mais aussi les 4 fils de raccordement du tube fluo).

En ce sens, c'est aussi la première fois que je vois un véritable fusible dans une LBC. Je dois seulement modérer cette satisfaction en mentionnant qu'il est seulement protégé par une simple gaine thermo-rétractable, un peu mince d'un point de vue isolant, et que vu la compacité, c'est absolument nécessaire.

 

Personnellement, je crois qu'il faut laisser le temps au temps, et que l'octuple durée de vie de ces lampes est actuellement un véritable leurre.

 

11 Conclusions

 

Le nombre de petits CI récupérés sur des lampes affectées à mon seul usage (Photo de tête d'article) peut largement témoigner de mon attachement à préserver la planète. (J'ai encore d'autres LBC et 2 de plus qui sont prêtes à partir dans un colis, mais j'ai renoncé à les envoyer à cause du coût).
Il faudra que Messieurs les constructeurs soient plus rigoureux et moins enclins à rouler les acheteurs dans la farine. Au final tout se sait et les contre-pouvoirs sont une bonne chose !


J'espère que cet article finalement un peu plus technique que je ne le pensais initialement, servira à tous ceux qui veulent un progrès raisonné et un véritable DÉVELOPPEMENT DURABLE.


J'espère que les élus de BRUXELLES qui sont des visiteurs habituels de mes deux blogs prendront quelques notes et informations pour dresser quelques textes d'encadrement de cette production anarchique de LBC de mauvaise qualité.lbc10


On remarquera que très souvent ce sont les transistors de commande de l'oscillateur (appelé aussi parfois convertisseur) qui lâchent. Il suffit d'ouvrir pour constater de visu les pannes. Un transistor qui lâche entraînant également la rupture des petites selfs (Ou autre composant) en série.


Parfois une simple boursouflure témoigne de la mort toujours violente (micro-explosion) d'un des transistors. (Photo ci-contre)


Je considère les LBC comme des éléments qui ont encore beaucoup de progrès à réaliser, mais qui permettent de réduire la consommation électrique globale d'un pays et C'EST BIEN, mais la récupération et le recyclage doivent être au dessus de tout soupçon et la fiabilité doit largement augmentLBC11er.


Le temps nécessaire pour obtenir un plein éclairement devra aussi être amélioré.

 

Je n'ai pas parlé des modèles spéciaux de LBC qui existent pour pouvoir être commandés par des variateurs électroniques. Ils restent discrets en termes d'utilisation, car la consommation réduite des LBC les rend un peu moins nécessaires.

 

Je n'ai pas parlé non plus des lampes à LED qui se développent rapidement et qui sont (À flux lumineux comparable), encore moins gourmandes en énergie. Là aussi il s'agit seulement de la phase de démarrage de ce produit. Le principal problème de ces lampes est cette fois l'aspect ponctuel et le flux très étroit et trop faible de l'éclairement.


Les dernières lampes LBC donnent une très bonne qualité de lumière en termes de température de couleur et de rendu.


La protection du verre des LBC devrait être améliorée pour éviter toute fuite d'éléments polluants dangereux lors du recyclage.


Ce produit reste une petite économie pour les particuliers et réduit le CO² pour la planète, mais il faut que le recyclage soit scrupuleusement respecté et que les filières de recyclage soient sérieuses pour éviter des pollutions diffuses très difficiles à maîtriser.

La miniaturisation devra s'arrêter immédiatement car elle compromet sérieusement la longévité de ces produits. J'espère aussi que ces lampes ne produiront pas plus d'incendies que les lampes à incandescence, non par la chaleur beaucoup plus faible, mais par les problèmes d'amorçages non contrôlés et le feu par arc électrique.
L'économie en termes de durée de bon fonctionnement devra largement être améliorée pour atteindre celle des tubes fluo droits à ballast.

Marie, va chercher la bougie, j'y vois plus rien...mais, mais, c'est la fin d'article  !

bricolsec

____ ( retour début d'article ) ____

____ ( retour accueil bricolsec) ____
____ ( retour accueil lokistagnepas) ____