N'excluez pas l'ampoule au néon comme indicateur d'alimentation CA

Vous avez une exigence de conception apparemment simple pour votre dernier projet à alimentation secteur CA : fournir un témoin lumineux distinct pour montrer que l'unité est branchée sur secteur et que l'alimentation est « activée », ce qui signifie que la ligne est bonne et que l'unité est allumée. Cette exigence est nécessaire à la fois pour le côté pratique pour l'utilisateur et pour un dépannage rapide si l'unité semble « morte » lorsqu'elle est censée être allumée.

Votre première idée est de faire simple et de tirer un peu d'énergie de n'importe quel rail CC disponible dans le produit pour fournir environ 20 milliampères (mA) à une LED rouge. Si aucun rail approprié n'est disponible, vous pouvez ajouter un petit circuit pour commander cette LED (Figure 1).

Figure 1 : Il n'est pas difficile de commander un indicateur LED à partir de la ligne CA, mais cela nécessite plusieurs composants actifs et passifs. (Source de l'image : International Light Technologies, Inc.)

Cependant, ces deux solutions posent problème. Tout d'abord, il y a la question de la crédibilité et de la confiance, avec des implications en matière de sécurité. Si le circuit qui alimente le rail CC est défectueux et que la LED ne s'allume pas, il peut y avoir un problème de sécurité lorsque l'utilisateur pense que la ligne CA est coupée et que le circuit n'est pas sous tension, alors qu'il l'est en réalité.

Même si ce n'est pas un problème, le circuit d'indicateur séparé est relativement coûteux et compliqué pour ce qu'il fait, même si la nomenclature est courte. S'il n'y a pas de rail CC que vous pouvez exploiter, et si vous avez besoin d'un transformateur abaisseur ou d'un transformateur d'isolement conforme à la sécurité réglementaire, les choses se compliquent et les coûts augmentent.

Vous vous dites donc qu'il doit y avoir un moyen moins coûteux et entièrement passif de connecter directement une LED à la ligne CA — et c'est le cas. Parmi les possibilités, il y a l'alimentation capacitive (cap-drop) qui est utilisée dans certaines conceptions commerciales lorsqu'un rail CC à faible courant est nécessaire depuis une source CA (Figure 2). En tant que telle, elle peut être utilisée pour commander une LED.

Figure 2 : Un circuit « capacitif » peut être utilisé pour commander une LED directement depuis la ligne CA. Malgré son apparente simplicité, il s'agit en fait d'un circuit subtil qui présente également quelques problèmes de réglementation/sécurité. (Source de l'image : Turbokeu.com)

Encore une fois, ces circuits posent des problèmes de réglementation et de sécurité, car ils doivent être physiquement séparés des autres composants de la conception. Afin de respecter les codes de sécurité comme ceux de l'organisation UL, l'ensemble du circuit — et sa carte à circuit miniature, le cas échéant — doit être disposé physiquement de manière à ce que l'utilisateur soit protégé en cas de défaillance du châssis. En outre, cette approche nécessite des composants passifs plus grands, plus coûteux et à plus haute tension (en particulier les condensateurs, qui doivent fournir une marge de sécurité d'environ deux fois la tension de crête de la ligne).

En réalité, l'ajout d'un sous-circuit « sous tension CA » avec des LED n'est pas aussi facile en pratique qu'il n'y paraît « sur le papier ».

Retour vers le futur avec les lampes au néon

Heureusement, il existe une solution éprouvée et très fiable : utiliser une petite ampoule au néon et une résistance de limitation du courant (Figure 3) qui peuvent être connectées directement à la ligne CA (120 ou 240 volts CA [VCA]). Ce circuit doit également être correctement isolé, mais il est si simple et si petit qu'il peut être recouvert d'une gaine thermorétractable ou d'un système d'isolation similaire.

Figure 3 : Tout ce qu'il faut pour utiliser une lampe au néon avec une ligne CA comme source d'alimentation, c'est une résistance série de limitation du courant, comme indiqué sur le schéma (à gauche). L'implémentation physique du schéma est également une simple interconnexion (à droite). (Source de l'image : Bristol Watch Co.)

Les ampoules au néon, plus correctement appelées lampes puisque c'est leur fonction, existent depuis le début des années 1900 et sont disponibles dans une variété de tailles et de styles. La taille la plus courante pour les indicateurs est connue sous le nom générique de lampe NE-2. La lampe 4PAK:WX-EGA2-0 d'Interlight est un bon exemple. Elle mesure 12 millimètres (mm) de long et 5 mm de diamètre (Figure 4).

Figure 4 : La lampe au néon NE-2, très répandue, mesure environ 12 mm de long et 5 mm de diamètre. (Source de l'image : Interlight)

La valeur de la résistance de limitation du courant dépend de la taille de la lampe au néon, de la luminosité souhaitée et de ses valeurs nominales de courant minimum/maximum. Pour une lampe NE-2, cette valeur est typiquement comprise entre 50 et 220 kilohms (kΩ) pour une alimentation secteur de 120 VCA, et deux fois cette valeur pour 220 VCA. La puissance nominale de la résistance est de l'ordre de ¼ de watt ou moins. Il n'y a pas plus simple que cela, ni plus fiable.

L'ampoule au néon a une longue durée de vie, entre 20 000 et 50 000 heures, ce qui est comparable à une LED. Les lampes au néon sont également très robustes et ne sont pas affectées par les vibrations, les chocs mécaniques ou les opérations fréquentes de marche/arrêt. Elles fonctionnent généralement sur une large plage de températures de -40°C à +150°C et ne sont pas susceptibles d'être endommagées par des surtensions transitoires comme des transitoires secteur ou des décharges statiques haute tension. À certains égards, les lampes au néon sont similaires aux tubes à décharge gazeuse (GDT) miniatures utilisés pour la protection des circuits.

Notez que les lampes au néon sont des dispositifs CC non polarisés dotés de deux électrodes symétriques. Lorsqu'un courant CC est appliqué, une électrode s'allume. Si le courant CC est inversé, l'autre électrode s'allume (Figure 5). Lorsqu'elles sont connectées à une source CA, les électrodes s'allument par alternance. L'œil intègre ce phénomène et ne voit pas le clignotement.

Figure 5 : La lampe au néon est un dispositif à décharge à alimentation CC non sensible à la polarité, avec une cathode qui brille, comme le montre cette « triple » image (de gauche à droite) avec polarité positive sur le fil de gauche (cathode à droite), sur le fil de droite (cathode à gauche), et alimentée par une forme d'onde CA (cathode alternée). (Source de l'image : Wikiwand)

Cette compatibilité inhérente avec les sources CC fait de l'indicateur au néon un choix viable pour les conceptions à rail CC haute tension qui sont de plus en plus utilisées avec les panneaux solaires, les systèmes de stockage d'énergie sur batteries (BESS) et la distribution CC.

Inutile de recourir au bricolage

Il existe un moyen plus simple d'intégrer une lampe au néon comme indicateur d'alimentation CA, sans avoir à câbler la lampe et la résistance, puis à isoler l'ensemble. Vous pouvez trouver la lampe et la résistance en tant qu'indicateur sur panneau dans un logement à montage sur panneau scellé et prêt à l'emploi, avec un choix de fils, de bornes à souder ou de bornes à connexion rapide. L'indicateur sur panneau au néon NL589C2A de Bulgin Limited (Figure 6) fait partie de ces dispositifs.

Figure 6 : En achetant un indicateur au néon comme le NL589C2A avec une résistance série dans un logement à montage sur panneau, les problèmes de câblage et de sécurité sont considérablement réduits. (Source de l'image : Bulgin Limited)

Pour aller encore plus loin dans la commodité et la simplification de la configuration physique, de nombreux interrupteurs à bascule sont proposés avec des indicateurs au néon intégrés. Le H8553VBBR2-B de Bulgin est représentatif de cette approche (Figure 7). Il s'agit d'un commutateur bipolaire unidirectionnel (DPST) de 15 ampères (A), 120/240 VCA, dont le montage sur panneau encliquetable permet des gains d'espace et facilite le câblage du système.

Figure 7 : En intégrant la lampe au néon et sa résistance dans la bascule de l'interrupteur, les concepteurs gagnent de l'espace, simplifient le câblage et réduisent leur nomenclature. (Source de l'image : Bulgin Limited)

Cette combinaison d'un interrupteur à bascule et d'une lampe interne apporte également un aspect intuitif d'« interface humaine » à la conception et à son fonctionnement, car l'action de l'interrupteur et l'éclairage associé sont visuellement et physiquement liés.

La facilité de montage et de câblage, ainsi que la sensibilité logique des interrupteurs à bascule avec indicateurs d'alimentation au néon intégrés, constituent l'une des raisons pour lesquelles ils sont largement utilisés dans les multiprises CA, comme la multiprise 6SPDX de Tripp Lite, une unité à 6 prises avec un cordon d'alimentation de 1,80 m (Figure 8).

Figure 8 : Grâce à leurs avantages techniques, de production et d'utilisation, les interrupteurs à bascule avec lampe témoin au néon intégrée constituent un bon choix pour les multiprises CA, qu'il s'agisse de dispositifs destinés au grand public (comme ici) ou de dispositifs commerciaux ou industriels à usage intensif. (Source de l'image : Tripp Lite)

Conclusion

Il existe de nombreux cas où une technologie ancienne peut encore être une solution légitime, voire la meilleure solution face aux défis de conception modernes. Alors que les indicateurs LED ont largement supplanté le néon pour les solutions basse tension, les lampes au néon restent une option très simple et viable pour l'indication secteur CA. Les lampes sont proposées dans plusieurs options — y compris ampoule nue, montage sur panneau et interrupteur à bascule — ce qui renforce encore leur utilité et leur polyvalence pour de nombreux projets de conception.

Références externes

• Wikipédia, Lampe néon (référence de base)
• Wikiwand, Lampe néon (présentation technique avec de nombreuses références)
• International Light Technologies, Inc., Neon Lamps: Application & Technical Notes (présentation technique et applications)
• Data Sheet Archive, Chicago Miniature NE-2 Datasheet (fiche technique détaillée)
• Science History Institute, A Blaze of Crimson Light: The Story of Neon (histoire)
• Neon Library, Neon History (histoire)