Lampe basse consommation : principe

Formée d’un culot contenant un circuit électronique d’alimentation et d’un tube fluorescent replié sur lui-même, une lampe basse consommation a un principe bien différent d’une lampe à incandescence ou halogène. Comme le tube fluorescent classique, la lampe à basse consommation fonctionne sur le principe de la décharge dans un gaz à basse pression. Une explication du fonctionnement d’un ballast électronique est donnée dans cet article.

Voici donc quelques éléments du fonctionnement des lampes basse consommation (fluocompactes, abrégée CFL).

Lampe basse consommation (fluocompacte) démontée

Vue éclatée d’une lampe basse consommation

Tube fluorescent classique

Rappelons rapidement le fonctionnement d’un tube fluorescent classique.

Lorsqu’on allume le tube, le starter se met en court-circuit sous l’action de la tension 230V qui apparaît à ses bornes. Il s’échauffe ensuite à cause du courant qui le traverse. Le courant circule dans les 2 électrodes (résistance de faible valeur), ce qui échauffe aussi le gaz pour un allumage facilité. A un moment donné, le starter s’ouvre, et une surtension apparaît à ses bornes, donc aux bornes du tube fluorescent (à cause de la rupture du courant dans le ballast). Le ballast est une grosse inductance. Cette surtension est suffisante pour amorcer la décharge dans le tube. Une fois le tube amorcé, c’est lui qui est conducteur. Le courant qui le traverse est alors limité par l’inductance du ballast.

Tube fluorescent classique, ballast et starter

Lorsque le tube est allumé, le starter ne joue plus aucun rôle.

Lampe basse consommation : ballast électronique

Le principe est semblable mais au lieu de fonctionner à 50Hz, la lampe basse consommation fonctionne entre 20 et 40kHz grâce à une alimentation à découpage. Cela permet de réduire considérablement la taille du ballast qui prend la forme d’une petite inductance à ferrite et de supprimer le scintillement parfois encore visible à 50Hz.

Alimentation électronique du tube fluorescent de la lampe à économie d’énergie

Ballasts électroniques de lampe basse consommation

L’alimentation à découpage repose sur une topologie en demi pont pour une entrée 230V. La tension de sortie est souvent appliquée immédiatement après la mise sous tension pour un allumage instantané (« quick start »).

Comparaison avec un transfo électronique pour lampe halogène 12V

Un transfo électronique pour lampe halogène 12V a un fonctionnement proche, mais avec une sortie basse tension (12V efficaces) et isolée pour obtenir une « très basse tension de sécurité » (TBTS).

Fonctionnement du ballast électronique

Pour les électroniciens, voilà le schéma d’un ballast électronique de lampe basse consommation :

Schéma du ballast électronique d’une lampe basse consommation 25W

Pour concevoir une lampe basse consommation très bon marché, on utilise des transistors de puissance bipolaires pilotés par un transformateur d’impulsion : c’est une alimentation auto-oscillante. Il n’y a aucun circuit intégré oscillateur. Le transformateur d’impulsion sature à un certain niveau de courant, ce qui permet un contrôle du courant dans le ballast, et donc dans le tube.

Demi-pont du ballast

La tension secteur 230V est redressée et filtrée par le condensateur chimique C1. R1 limite l’appel de courant pour charger C1. T1 et T2 fonctionnent en demi pont et commutent au zéro de tension, ce qui réduit considérablement leur dissipation.

Démarrage de la lampe basse consommation

Après la mise sous tension, C2 se charge à travers R2. Dès que la tension à ses bornes atteint 32V, le diac D2 entre en conduction et fait entrer T2 en conduction. Le potentiel du collecteur de T2 devient presque nul par rapport au potentiel le plus bas (la ligne du bas du schéma). D1 décharge C2 via T2, ce qui évite une nouvelle conduction du diac. Le circuit oscille et C2 n’aura plus jamais le temps de se charger suffisamment pour amorcer le diac.

Amorçage du tube de la lampe

Après le démarrage, C3 et L2 forment un circuit LC série résonant qui génère une haute tension (900V crête) aux bornes de C3. C3 et L2 sont dimensionnés de telle sorte que cette haute tension soit atteinte tout en évitant au courant collecteur d’atteindre des valeurs dangereuses pour les transistors.

Lampe allumée

Après l’amorçage du tube de la lampe basse consommation, le tube se comporte comme une faible résistance. L2 (2.7mH) fixe la fréquence entre 25kHz et 30kHz. L’impédance de C3 est élevée devant l’impédance du tube amorcé. C3 ne joue ainsi plus aucun rôle. L’impédance de L2 limite aussi le courant qui circule dans le tube et agit ainsi comme le ballast classique 50Hz (gros ballast ferromagnétique).

Réalisation du circuit de la lampe basse consommation

Le circuit est souvent ultra économique : simple couche et composants traversants.

Circuit imprimé de lampe basse consommation

En pratique, si on démonte une lampe basse consommation :

Ecorchée d’une lampe basse consommation

On reconnaît quelques éléments du schéma… Beaucoup de lampes basse consommation ont des schémas semblables.

Le fusible peut se trouver inséré entre le circuit et le culot. Une simple résistance de limitation de courant peut aussi faire fusible.

Lampes basse consommation usagées : des composants à récupérer

Vous trouvez dans les entrées des grandes surface des bacs de recyclage de lampes basse consommation. Pour les bricoleurs, vous pouvez y récupérer des composants très intéressants :

– condensateur chimique 2.2uF à 10uF 350V ou 400V (idéal pour amplis à lampes)

– diac 32V (idéal pour réaliser un variateur à triac)

– inductance ballast (1mH à 5mH)…

– et même parfois une ampoule qui marche… (l’acheteur s’est peut-être trompé de culot, de température de couleur, d’encombrement du tube, etc)

Pour les autres, pensez à recycler vos lampes…

… pour le bien être de la planète !

Référence : article sur un ballast auto oscillant 25W de lampe basse consommation

http://educypedia.karadimov.info/library/AN00048.pdf