La lampe à induction E. Roaux

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La lampe à induction
E. Roaux
AFE

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Sommaire
Sommaire ................................................................................................................................... 2
I - Introduction ........................................................................................................................... 3
II- Principe de fonctionnement................................................................................................... 3
II.1 Induction et production de lumière. ................................................................................. 3
II.2- Schéma électrique du système ........................................................................................ 4
II.3- Amorçage de la décharge................................................................................................ 5
II.4-Rôle des amalgames de mercure...................................................................................... 5
III - Caractéristiques................................................................................................................... 6
III.1- Caractéristiques photométriques et durée de vie ........................................................... 6
III.2- Compatibilité électromagnétique................................................................................... 7
IV - Applications........................................................................................................................ 8

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I - Introduction
La lampe « éternelle » a toujours été un rêve pour les utilisateurs; ceci n’était pas forcément
partagé par les fabricants qui voyaient là un risque certain pour le marché. Cependant, à la fin
des années 80, Matsushita Electric Works commercialise une lampe sans électrodes Everlight
(la bien nommée !)d’une durée de vie de 50 000 heures. Philips, en 1991, introduit sur le
marché la lampe à induction QL. Ces deux compagnies sont suivies tout d’abord par General
Electric, en 1994, avec la lampe R80 Genura puis, par Osram, en1998, avec la lampe Endura.
Bien que toutes ces lampes se diversifient par la puissance mise en jeu (de 23 à 165 W), par la
fréquence des systèmes d’excitation (de 250kHz à 13,65 MHz) par la forme des lampes, (A:
ovoïde, R : réflecteur ou tubulaire) et donc par l’application visée, elles ont toutes la
caractéristique d’être des lampes à décharge sans électrodes. L’absence d’électrodes d’un tube
à décharge signifie l’élimination du facteur principal limitant la durée de vie.
Evidemment, le problème qui se pose alors est de trouver un moyen pour amorcer et
entretenir la décharge.
Nous étudierons ci-après la lampe Philips QL, présentant une réelle gamme ( 55, 85 et 165 W)
et étant sans doute la plus répandue sur le marché.
II- Principe de fonctionnement
Le système est constitué de 3 composants (voir figure 1) :
- la lampe (A),
- la bobine d’excitation appelée « antenne » (B),
- le générateur HF (C) .
II.1 Induction et production de lumière.
L’antenne est composée d’un noyau de ferrite sur lequel est enroulée une bobine reliée
électriquement au générateur HF au moyen d’un câble coaxial de longueur définie(voir figure
2). A l’intérieur de l’antenne, une âme métallique permet l’évacuation des calories vers le
support faisant office de radiateur.
La figure 3 présente le résultat du courant circulant dans la bobine de l’antenne qui se
comporte comme le primaire d’un transformateur :
- Le générateur HF fournit un courant de 2,65 MHz à la bobine.
- La bobine induit un champ magnétique H dans la lampe.

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- Ce champ magnétique H induit à son tour un champ électrique E en quadrature
avec H.
- Si des électrons libres sont présents (après l’amorçage de la décharge ), ils seront
accélérés par le champ E.
- Ces électrons accélérés vont entrer en collision avec des atomes de mercure du
plasma et donneront parfois naissance à une ionisation qui entretiendra le courant
électrique. Mais la plupart des collisions vont produire l’excitation des atomes de
mercure à des niveaux instables d’énergie supérieure.
- Lorsque l’atome excité revient à son niveau d’énergie fondamentale, il émet des
photons dont la longueur d’onde est principalement 254 nm (rayonnement UV -
voir figure 4 ).
- A leur tour, les photons UV excitent la poudre fluorescente déposée sur la face
interne de l’ampoule qui émet des photons visibles (voir figure 5).
II.2- Schéma électrique du système
La figure 6 présente le circuit électrique simplifié du système QL.

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La bobine de l’antenne se comporte comme le primaire d’un transformateur. Le secondaire est
formé par le courant circulant dans la lampe. L’étage de sortie du générateur HF comprend
une capacité de charge et un oscillateur réglé sur l’impédance du câble coaxial connecté à
l’antenne.
II.3- Amorçage de la décharge.
Une impulsion de tension sur l’antenne provoque une décharge luminescente capacitive dans
l’espace compris entre les extrémités de la bobine à l’intérieur de l’ampoule (voir figure 7).
Cette décharge produit assez d’électrons libres dans le gaz de remplissage pour permettre le
régime d’arc de la décharge en fonctionnement établi.
L’impulsion initiale assure également le réamorçage à chaud de la lampe.
II.4-Rôle des amalgames de mercure.
Deux amalgames de mercure sont utilisés (voir figure 8).
La lampe est compacte, ce qui entraîne une température de fonctionnement relativement
élevée. Ceci implique l’utilisation d’un amalgame de mercure (amalgame principal), au lieu
de mercure pur comme dans le cas des tubes fluorescents. Mais, en général, la lampe démarre
à froid et il n’est pas concevable d’attendre la mise en température de la lampe (plusieurs
minutes) pour obtenir un flux lumineux acceptable. Alors, dans la phase de démarrage de la