Freiburg (Breisgau), Universiẗat, Diss., 2002.

Thesis (doctoral)--Rijksuniversiteit te Utrecht, 1954. / Summary in English. Includes bibliographical references and index.

Thesis (doctoral)--Rijksuniversiteit te Utrecht, 1954. / Summary in English. Includes bibliographical references and index.

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La partie centrale des lampes à basse consommation est constituée d'un tube en verre rempli de plasma de mercure et recouvert d'une couche de grains de luminophores. Ces grains de quelques microns absorbent la radiation UV et émettent de la lumière visible. Dans cette thèse, deux problèmes liés à ces couches sont étudiés. Dans une première partie, un modèle de champ de phase est développé pour décrire le changement de la morphologie des grains lors du recuit de synthèse en présence d'un fondant. A l'aide de ce modèle, nous avons mis en évidence le rôle des tensions de surface et des mécanismes de transport de matière dans le liquide. Dans une seconde partie, nous utilisons la méthode du tracé de rayons pour modéliser les propriétés optiques d'une couche de grains de luminophores. Cette dernière a deux buts qui peuvent sembler contradictoire : absorber le maximum de rayons UV et maximiser l'extraction de lumière visible. Nous avons mis en évidence l'existence d'un optimum d'efficacité d'extraction, ce qui suggère que les pertes de lumière visible dans la lampe peuvent être atténuées en utilisant des couches peu compactes.

Avec l'objectif d'améliorer le rendement des lampes à excimères (Excil-ampe) à décharge à barrière diélectrique (DBD), un convertisseur en mode de courant, qui permet un ajustement précis de la puissance électrique injectée dans ce type des lampes, à été conçu et mis en œuvre. Ce convertisseur fournit à la lampe un courant de forme d'onde carrée contrôlé au moyen de trois paramètres: l'amplitude, la fréquence et le rapport cyclique, pour obtenir un contrôle total de l'énergie électrique transmise à l'excilampe DBD. La mise en œuvre intègre un transformateur élévateur comme interface entre la lampe et un commutateur. Les expériences démontrent le principe de fonctionnement de ce convertisseur, y compris les mesures de puissance du rayonnement UV. Les degrés de liberté du convertisseur sont utilisées pour analyser le comportement de la lampe sous différentes combinaisons de ces trois paramètres, et sont utilisés pour déterminer le point de fonctionnement optimal de la lampe. Ensuite, un convertisseur à résonance du type onduleur série, est proposé pour alimenter la lampe avec une grande efficacité électrique. Afin de contrôler effectivement la puissance de la lampe, le mode de fonctionnement de ce convertisseur utilise le mode de conduction discontinue et la commutation douce (ZCS), avec lequel on obtient aussi de faibles émissions électromagnétiques et l'on réduit les pertes de commutation. Les relations mathématiques obtenues à partir de l'analyse du diagramme de phase, ont été validées par des simulations et avec des résultats expérimentaux. Enfin, différentes topologies d'alimentations pour DBD sont comparées analytiquement et expérimentalement pour évaluer objectivement les avantages de chaque approche. Une des perspectives de ce travail est l'application de l'alimentation en créneaux pour l'étude de la performance d'autres types de réacteurs et d'excilampes DBD.

Avec l'objectif d'améliorer le rendement des lampes à excimères (Excilampe) à décharge à barrière diélectrique (DBD), un convertisseur en mode de courant, qui permet un ajustement précis de la puissance électrique injectée dans ce type des lampes, à été conçu et mis en oeuvre. Ce convertisseur fournit à la lampe un courant de forme d'onde carrée contrôlé au moyen de trois paramètres: l'amplitude, la fréquence et le rapport cyclique, pour obtenir un contrôle total de l'énergie électrique transmise à l'excilampe DBD. La mise en oeuvre intègre un transformateur élévateur comme interface entre la lampe et un commutateur. Les expériences démontrent le principe de fonctionnement de ce convertisseur, y compris les mesures de puissance du rayonnement UV. Les degrés de liberté du convertisseur sont utilisées pour analyser le comportement de la lampe sous différentes combinaisons de ces trois paramètres, et sont utilisés pour déterminer le point de fonctionnement optimal de la lampe. Ensuite, un convertisseur à résonance du type onduleur série, est proposé pour alimenter la lampe avec une grande efficacité électrique. Afin de contrôler effectivement la puissance de la lampe, le mode de fonctionnement de ce convertisseur utilise le mode de conduction discontinue et la commutation douce (ZCS), avec lequel on obtient aussi de faibles émissions électromagnétiques et l'on réduit les pertes de commutation. Les relations mathématiques obtenus à partir de l'analyse du diagramme de phase, ont été validées par des simulations et avec des résultats expérimentaux. Enfin, différentes topologies d'alimentations pour DBD sont comparées analytiquement et expérimentalement pour évaluer objectivement les avantages de chaque approche. Une des perspectives de ce travail est l'application de l'alimentation en créneaux pour l'étude de la performance d'autres types de réacteurs et d'excilampes DBD. / With the aim to provide a scientific tool for the enhancement of the Dielectric Barrier Discharge (DBD) Excimer Lamps (Excilamp) performance, a current-mode converter that allows an accurate adjustment of the electrical power injected into one of those lamps, is designed and implemented. With the proposed converter, the current supplied to the lamp has a square shape, controlled by means of three parameters: amplitude, duty cycle and frequency, which provides full control of the lamp electrical power. Implementation is made considering a step-up transformer interfacing the high-voltage lamp with the converter. Experiments demonstrate the operating principle of this converter, including UV power measurements for a DBD XeCl Excilamp. The capabilities of the converter are used to analyze the lamp behavior under different combinations of these three parameters, illustrating its capabilities for finding the optimal operating point. Then a series-resonant inverter for the supply of DBD) excilamp is proposed. In order to effectively control the lamp power, the operating mode of this converter combines discontinuous current-mode and soft-commutation (ZCS), obtaining as well low electromagnetic emissions, and reduced switching losses. The mathematical relationships obtained from state plane analysis, are validated with simulations and experimental results. Finally, several topologies of DBDs power supplies are compared analytical and experimentally to elucidate the advantages of each approach. After this work, one of the perspectives is the application of the square-shape supply in the performance study of other types of DBD excilamps and DBD reactors.

Ce travail présente une approche raisonnée pour alimenter en énergie électrique une lampe exciplexe à décharge à barrière diélectrique, en vue du contrôle du rayonnement UV produit. Un modèle électrique de la lampe a été développé et identifié, permettant d'étudier les interactions alimentation-lampe. Ce modèle est également utilisé pour effectuer la synthèse des structures candidates du convertisseur ; celles-ci, procèdent à un contrôle direct du courant dans la lampe. Une étude expérimentale a été menée afin de valider l'approche théorique. Les degrés de liberté apportés par le réglage des convertisseurs sont exploités, pour analyser la corrélation entre le courant du gaz et le rayonnement UV.

Cette thèse de doctorat porte sur les fluctuations temporelles du flux lumineux des lampes LED, ce phénomène portant le nom de papilottement (flicker). Le papillotement est habituellement considéré comme une perturbation en raison de son impact négatif sur la santé. Pour les systèmes d'éclairage à base de diodes électroluminescentes (LED), sa définition vient d'être formalisée dans la norme IEEE 1789:2015 et a été décrite pour les appareils alimentés en courant alternatif (CA). Ce papillotement alternatif résulte des interactions entre l'impédance du réseau, l'onde de tension, les courants harmoniques et le convertisseur de courant alternatif en courant continu (CA - CC). L'alimentation en courant continu est généralement obtenue via des convertisseurs à découpage. Par conséquent, les mêmes facteurs perturbateurs sont également présents sur les réseaux à courant continu. Cette thèse résume les diférences entre les propriétés caractéristiques du papillotement sous alimentation en CA et en CC. Il a été montré dans la littérature et aussi dans cette thèse qu'avec les LED, le facteur clé qui affecte le papillotement réside dans la conception du driver de LED - une partie indispensable des systèmes d'éclairage à LED. Cette thèse décrit une méthodologie d'évaluation de la sensibilité au papillotement des lampes LED sous alimentation en CC et analyse la façon dont cette sensibilité se modifie lorsque les drivers de LED sont simplifiés et adaptés à des alimentations CC. La thèse présente un ensemble d'expériences de mesure visant à déterminer la réaction typique du papillotement des lampes LED à la fois sous alimentation CA et CC. D'autres expériences ont été efectuées pour révéler l'impact de l'adaptation du driver à l'alimentation CC (en enlevant le pont redresseur à diodes). On constate que certaines lampes présentent une meilleure résistance au papillotement, tandis que d'autres lampes présentent une moindre résistance. Ces expériences sont accompagnées de simulations de drivers pour les lampes LED visant à reproduire et à expliquer les résultats des mesures. La thèse décrit en outre une expérience de mesure visant à montrer la sévérité typique de la variation de tension dans un réseau CC à basse tension couplé au CA domestique et son impact sur le papillotement. On conclut qu'un tel système est suisamment robuste pour filtrer les perturbations provenant du CA, mais une interaction indésirable entre la lampe et l'alimentation peut se produire. / This dissertation thesis is concerned with temporal fluctuations of the luminous flux of LED lamps, a phenomenon referred to as flicker. Flicker is usually regarded as a disturbance due to its negative impact on human health. For lighting systems based on light emitting diodes (LED), its definition has recently been formalised in norm IEEE 1789-2015 and has been documented on devices supplied with AC voltage. AC flicker results from interactions between network impedance, voltage and current harmonics, and the AC to DC converter. DC supplies are generally obtained by switching converters. Consequently, the same perturbing factors are present on DC networks. The thesis summarises the differences between the characteristic properties of flicker under AC and DC supplies. It has been shown in the literature and also in this thesis that the key factor affecting flicker with LEDs is the design of the LED driver-a necessary part of the LED lighting systems. This thesis describes a methodology for the evaluation of the flicker sensitivity of DC supplied LED lamps and analyses how the sensitivity changes when the LED drivers are simplified and accustomed to DC supply. The thesis presents a set of measurement experiments aimed to determine the typical flicker response of LED lamps both under AC and DC supply. Further experiments were performed to reveal the impact of accustomising the driver to the DC supply (removing the diode rectifier). It was found that some lamps show better flicker immunity while other lamps show worse flicker immunity. These experiments are accompanied by LED driver simulations aiming to reproduce and explain the measurement results. The thesis further describes a measurement experiment aimed to show the typical severity of the voltage fluctuation in a low voltage DC network coupled to AC mains and its impact on the flicker. It is concluded that such a system is robust enough to filter out any perturbations coming from the AC supply, but an undesired interaction between the lamp and the supply may occur.

Grâce au développement de la technologie des semi-conducteurs, les ballasts électroniques fonctionnant en haute fréquence offrent des avantages considérables par rapport aux ballasts électromagnétiques conventionnels. Il en résulte une augmentation de la durée de vie de la lampe, une diminution du volume et du poids du système et surtout un meilleur contrôle de son fonctionnement afin de réduire notamment la consommation électrique. Parmi des lampes à décharge, la lampe sodium haute pression a une excellente efficacité lumineuse et une longue durée de vie. Pourtant, quand la lampe fonctionne en haut fréquence, des perturbations de type « résonance acoustique (RA) » peuvent entraîner l’instabilité de la décharge, son extinction ou pire, la destruction de la lampe. Cette thèse, intitulée « Modes d’Alimentation et de Commande des lampes sodium haute pression en vue d’éviter les résonances acoustiques », traite de plusieurs problèmes. Les caractéristiques de la décharge haute pression, le phénomène de RA, ses conditions d’excitation (notamment au travers d’un phénomène d’hystérésis original) et la variation des paramètres électriques due à la présence de résonances acoustiques dans la lampe, ont été étudiés. Les résultats sont issus de travaux de simulation et expérimentaux menés au sein du laboratoire LAPLACE. Grâce à ces acquis fondamentaux, plusieurs nouvelles méthodes d’alimentation par l’injection de signaux à fréquences proches ont été proposées dans nos travaux. Il s’agit d’éviter la résonance acoustique dans la lampe alimentée par un ballast de structure très réduite par rapport aux solutions classiques. Cette méthode est basée sur le choix judicieux des signaux injectés dans la lampe et leur répartition, (alimentation par deux, trois ou cinq signaux, répartition symétrique, asymétrique totale ou partielle). Le résultat est un meilleur étalement du spectre et donc une réduction de puissances harmoniques sélectionnées permettant de s’adapter, à terme aux conditions d’excitation des RA, mais aussi les limitations de ces méthodes compte tenu du facteur crête. Enfin, différents types de commande en boucle fermée sont proposés, ils permettent d’assurer la stabilité de la décharge et le contrôle des puissances imposées dans la lampe. Les études théoriques, en simulation et expérimentales qui ont été conduites nous ont permis d’aboutir à des résultats concluants. / For high pressure sodium (HPS) lamps, the progress of semi-conductor technology has provided considerable advantages in the design of high frequency operated electronic ballasts, compared to conventional electromagnetic ballasts. The advantages deal with lamp lifetime improvement, ballast volume and mass reduction, and particularly with a better control of lamp operation for optimized power consumption. Among discharge lamps, high pressure sodium (HPS) lamp has excellent efficacy and long lifetime. However, when it is operated at high frequency, discharge perturbation namely “acoustic resonances (AR)” can provoke some lamp arc instabilities, extinction or, even worst, lamp destruction. The present thesis, entitled “Supply and control methods for acoustic resonances avoidance in high intensity discharge lamps” deals with several matters.  High intensity discharge (HID) characteristics, AR phenomenon, its excitation conditions (including the original features of AR hysteresis) and lamp electrical parameters variation due to AR presence, will be studied. The obtained results were provided by simulations and experimentations carried out in LAPLACE laboratory. Thanks to the acquired results of previous studies, several novel lamp supply strategies via adjacent frequency signals injection were proposed. The main concepts here consist in the avoidance of AR presented in a lamp supplied by designed electronic ballast with reduced structure, compared to classical solutions. Otherwise, the presented methods are based on pertinent choices of injected signals applied to the lamp and their frequency distributions (two, three or five signals and symmetric, partial asymmetric or total asymmetric signals). The studies actually showed better spreading of signal spectrum and power harmonic amplitudes reduction adapted to AR excitation conditions, while taking into account crest factor limitation. Finally, different control laws (PI, Hysteresis, Self-oscillation, Resonant controllers) were also proposed in order to guarantee lamp discharge stabilization and power controls. The theoretical and experimental studies including simulations were conducted to reach concluding results of our works.