ES2365774T3 - Aparato de depilación y procedimiento de puesta en práctica de un aparato de este tipo. - Google Patents
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Abstract
Aparato (1) de depilación para aplicaciones cutáneas y locales, adaptado para emitir al menos un impulso luminoso generado por un impulso de corriente eléctrica que atraviesa una lámpara de flash (LF) formando en la misma un arco eléctrico, procediendo esa corriente de la descarga de al menos un condensador (CE) y estando controlada por un interruptor electrónico (SW) todo o nada de conmutación rápida, estando dispuestos estos tres elementos en un bucle principal (CE-SW-LF), caracterizado porque durante cada descarga del condensador, la corriente que atraviesa la lámpara (LF) genera una señal de medición (URm) representativa de dicha corriente que atraviesa la lámpara, y porque dicha señal de medición (URm) se compara con un valor de referencia (Uref) mediante un dispositivo de comparación de histéresis (COMP) para controlar el estado abierto o cerrado de dicho interruptor (SW) y regular dicha corriente que atraviesa la lámpara (LF) mediante su corte a alta frecuencia alrededor de una intensidad determinada (Icrítica) durante sensiblemente toda la duración de dicho impulso de corriente.
Description
Aparato de depilación y procedimiento de puesta
en práctica de un aparato de este tipo.
La presente invención se refiere a los aparatos
de depilación para aplicaciones cutáneas y locales, adaptados para
emitir al menos un impulso luminoso generado por un impulso de
corriente eléctrica que atraviesa una lámpara de flash formando en
la misma un arco eléctrico, procediendo esa corriente de la descarga
de al menos un condensador y estando controlada por un interruptor
electrónico todo o nada de conmutación rápida, estando esos tres
elementos dispuestos en un bucle principal. Por impulso luminoso se
entiende un impulso de radiación visible y/o infrarroja V/IR,
generalmente generado por una lámpara de flash de xenón.
Todos estos aparatos producen impulsos cuya
duración está comprendida entre 5 y 50 ms (milisegundos), lo que es
excepcionalmente largo para un flash, y presentan, por ese motivo,
problemas específicos de regulación.
Se sabe por experiencia que la respuesta cutánea
es la mejor si los impulsos luminosos V/IR presentan una forma lo
bastante cuadrada, con una potencia instantánea lo bastante estable
durante toda su duración. Entre los aparatos existentes y que se
aproximan bien a esas características, pueden citarse los aparatos
de descargas trapezoidales que comprenden en bucle: un condensador,
un interruptor y una lámpara de flash. El documento FR 2 838 042
describe un aparato según el preámbulo de la reivindicación 1.
Los dos inconvenientes principales de los
aparatos de descargas trapezoidales son la fuerte solicitación de la
lámpara de flash y el sobredimensionamiento del condensador. Frente
a la fuerte solicitación de la lámpara, o bien es de fabricación
habitual, económica de borosilicato (también denominado
habitualmente
PYREX) y se desgasta rápidamente y debe remplazarse con frecuencia, o bien se fabrica de cuarzo para ofrecer una mejor vida útil, pero a un precio mucho más elevado. En cuanto al condensador, su sobredimensionamiento es necesario en los aparatos actuales para limitar la disminución de potencia en el transcurso del impulso. Este sobredimensionamiento presenta el inconveniente de aumentar sensiblemente el precio de fabricación de los aparatos, así como su volumen y su masa.
PYREX) y se desgasta rápidamente y debe remplazarse con frecuencia, o bien se fabrica de cuarzo para ofrecer una mejor vida útil, pero a un precio mucho más elevado. En cuanto al condensador, su sobredimensionamiento es necesario en los aparatos actuales para limitar la disminución de potencia en el transcurso del impulso. Este sobredimensionamiento presenta el inconveniente de aumentar sensiblemente el precio de fabricación de los aparatos, así como su volumen y su masa.
La presente invención pretende reducir la
solicitación de la lámpara de flash, y mejorar sensiblemente la tasa
de uso del condensador, con respecto a una potencia instantánea
bastante estable durante el impulso luminoso V/IR.
Para ello, la presente invención tiene por
objeto un aparato de depilación del tipo mencionado anteriormente,
caracterizado porque durante cada descarga del condensador, la
corriente que atraviesa la lámpara genera una señal de medición
representativa de dicha corriente que atraviesa la lámpara, y porque
dicha señal de medición se compara con un valor de referencia
mediante un dispositivo de comparación de histéresis para controlar
el estado abierto o cerrado de dicho interruptor y regular dicha
corriente que atraviesa la lámpara mediante su corte a alta
frecuencia alrededor de una intensidad determinada durante
sensiblemente toda la duración de dicho impulso de corriente.
Por tanto, se realiza una regulación activa de
la intensidad en el transcurso del breve momento durante el cual
dura el impulso de corriente, lo que permite entregar un impulso
luminoso de potencia sensiblemente constante y adaptada para obtener
una buena respuesta cutánea. Al contrario que los dispositivos de la
técnica anterior, no es necesario sobredimensionar el condensador
para que la tensión en sus bornes varíe poco. Además, esta
regulación limita la intensidad máxima de la corriente que atraviesa
la lámpara, y por consiguiente el diámetro del arco eléctrico, lo
que protege la lámpara.
En formas de realización preferidas de la
invención, se recurre, además, a una y/u otra de las siguientes
disposiciones:
- la señal de medición es una tensión de
medición proporcional a la corriente que atraviesa la lámpara, que
se proporciona por un transductor de
corriente-tensión, siendo dicho transductor de
corriente-tensión preferiblemente una resistencia
montada en serie en el bucle principal, por tanto la señal de
medición se proporciona de manera directa y simple;
- se incorpora un diodo de rueda libre en un
bucle adicional que comprende, en común con el bucle principal, la
lámpara de flash y el transductor de
corriente-tensión, lo que evita la aparición de
sobretensión que pueda dañar el interruptor electrónico;
- el bucle principal comprende además una
inductancia, que atenúa la rapidez de las variaciones de corriente y
facilita la regulación de la misma;
- el dispositivo de comparación de histéresis y
el valor de referencia se eligen de manera que se regula la
corriente que atraviesa la lámpara a un valor sensiblemente inferior
al valor de la corriente para el que la expansión del arco eléctrico
alcanza las paredes interiores de la lámpara, para proteger la vida
útil de la misma;
- dicho al menos un condensador se elige de
manera que la razón entre la tensión inicial en sus bornes antes de
la descarga y la tensión final al final del impulso de corriente,
esté comprendida entre 2 y 6, y preferiblemente del orden de 4, de
manera que se optimiza la tasa de uso del condensador y por
consiguiente se limita su capacidad;
- dicho al menos un condensador presenta una
capacidad como máximo igual a 13.000 microfaradios y una tensión
nominal como máximo igual a 400 voltios, siendo dicho al menos
condensador preferiblemente un condensador electrolítico;
- la capacidad del condensador se elige de
manera que el valor medio de la intensidad de la corriente que
atraviesa la lámpara medida a lo largo de un periodo de un
milisegundo al final del impulso de corriente, esté comprendido
entre el 90% y el 100% del valor medio de la intensidad medida a lo
largo de un mismo periodo al comienzo del impulso de corriente, de
manera que se obtiene una depilación eficaz y sin dolor;
- el interruptor electrónico se elige de manera
que presenta un tiempo de conmutación netamente inferior a un
microsegundo, siendo dicho conmutador preferiblemente un IGBT;
- un módulo de control electrónico está adaptado
para proporcionar el valor de referencia al dispositivo de
comparación de histéresis, y adaptado para controlar la entrega de
un impulso de corriente en el bucle principal durante una duración
de impulso determinada, estando dicha duración de impulso
comprendida entre 20 ms y 45 ms, y preferiblemente igual a
aproximadamente 35 ms para obtener un buen compromiso entre la
depilación y la protección de los tejidos cutáneos;
- el módulo de control está adaptado para
proporcionar al interruptor de conmutación rápida, una temporización
de duración determinada en cada apertura de ese interruptor, durante
la cual le está prohibido bascular de nuevo al estado cerrado,
siendo la duración determinada significativamente mayor que el
tiempo de conmutación del interruptor pero inferior al tiempo
necesario para que la lámpara se apague, y evitar así un
calentamiento excesivo del interruptor;
- el módulo de control está adaptado para no
ordenar la emisión de un nuevo impulso de corriente antes de que
transcurra un tiempo determinado, denominado de reposo, desde el
impulso de corriente anterior, estando el tiempo de reposo
comprendido entre un segundo y diez segundos, y preferiblemente
aproximadamente igual a siete segundos, lo que tiene una influencia
favorable sobre el dimensionamiento del aparato y su alimentación
eléctrica;
- dicho al menos un condensador, el interruptor
electrónico y el dispositivo de comparación de histéresis, están
alojados en una misma carcasa, presentando dicha carcasa un volumen
inferior a cinco litros; y
- el peso del conjunto del aparato es como
máximo igual a dos kilos, para que pueda transportarse
fácilmente.
La presente invención también tiene por objeto
un procedimiento de puesta en práctica de un aparato de depilación
tal como se definió anteriormente, caracterizado porque comprende,
en el transcurso de la generación del impulso de corriente
eléctrica, las etapas de:
- generación de una señal de medición
representativa de la corriente que atraviesa la lámpara;
- comparación con histéresis entre la señal de
medición y un valor de referencia;
- control del cierre del interruptor electrónico
si la comparación entre la señal de medición y el valor de
referencia indica que la corriente que atraviesa la lámpara es
inferior a una intensidad determinada; o
- control de la apertura del interruptor
electrónico si la comparación entre la señal de medición y el valor
de referencia indica que la corriente que atraviesa la lámpara es
superior a la intensidad determinada, para regular dicha corriente
que atraviesa la lámpara mediante corte de la misma a alta
frecuencia alrededor de la intensidad determinada.
En un modo de puesta en práctica preferido del
procedimiento se prevé, en cada apertura del interruptor, una etapa
de temporización de duración determinada, durante la cual le está
prohibido al interruptor bascular de nuevo al estado cerrado, siendo
el tiempo determinado significativamente mayor que el tiempo de
conmutación del interruptor, pero inferior al tiempo necesario para
que la lámpara se apague.
Además de la descripción anterior, la presente
invención se comprenderá mejor con ayuda de la siguiente
descripción, facilitada a modo puramente ilustrativo y no
limitativo, con referencia a los dibujos en los que:
- la figura 1 representa un esquema de base de
un aparato de impulsos trapezoidales de la técnica anterior,
- la figura 2 muestra un diagrama de
tensión/
tiempo, es decir u/t, de la tensión en los bornes del condensador de un aparato según la figura 1 durante un impulso de tipo trapezoidal,
tiempo, es decir u/t, de la tensión en los bornes del condensador de un aparato según la figura 1 durante un impulso de tipo trapezoidal,
- la figura 3 muestra un diagrama de potencia
instantánea/tiempo, es decir Pimp/t, de la lámpara de flash de un
aparato según la figura 1 durante un impulso de tipo
trapezoidal,
- la figura 4 representa un esquema de un modo
de realización preferido de un aparato según la presente
invención,
- la figura 5 muestra un diagrama de
tensión/
tiempo, es decir u/t, de la tensión en los bornes del condensador de la figura 4 durante un impulso,
tiempo, es decir u/t, de la tensión en los bornes del condensador de la figura 4 durante un impulso,
- la figura 6 muestra un diagrama de potencia
instantánea/tiempo, es decir Pimp/t, de la lámpara de flash de un
aparato según la figura 4 durante un impulso,
- la figura 7 es una vista en perspectiva de un
aparato para depilar según la invención.
A continuación, los términos y abreviaturas
usados tienen los siguientes significados:
- condensador "CE", significa uno o varios
condensadores electrolíticos, dispuestos en serie o en paralelo o en
serie-paralelo y destinados a almacenar energía
eléctrica con vistas a su restitución, total o parcial, a la lámpara
de flash,
- por impulso "V/IR" se designa el impulso
visible y/o infrarrojo destinado a producir sobre la piel el efecto
de depilación,
- por interruptor "SW" se designa un
interruptor electrónico que puede realizar conmutaciones
rápidas,
- lámpara "LF" significa la o las lámparas
de flash, dispuestas en serie o en paralelo o en
serie-paralelo,
- Ui representa la tensión en los bornes de CE
al comienzo de un impulso (Ui para tensión inicial),
- Uf representa la tensión en los bornes de CE
al final de un impulso (Uf para tensión final).
La figura 1 muestra una lámpara (LF), un
condensador (CE) y un interruptor (SW) dispuestos en bucle. El
interruptor (SW) se controla en el estado abierto o cerrado por un
impulso rectangular procedente de un módulo de control electrónico
(COMM) clásico.
Según las figuras 2 y 3, el funcionamiento de
este aparato de la técnica anterior se descompone en tres fases:
1º) Encendido de la lámpara mientras que el
condensador (CE) está cargado a una tensión (Ui). Durante esta fase
de encendido, el arco eléctrico en principio capilar, y que consume
poca corriente, aumenta naturalmente de diámetro hasta entrar en
contacto con la pared interna de la lámpara. Este aumento de
diámetro, o expansión, genera una reducción correspondiente de la
impedancia de la lámpara y por tanto un aumento de la corriente. El
orden de magnitud de tiempo de este fenómeno se encuentra en
aproximadamente 100 \mus.
2º) Mantenimiento del estado encendido de la
lámpara, gracias al mantenimiento del estado cerrado del interruptor
(SW). Durante toda esta fase se prohíbe la tendencia natural a la
expansión del arco ya que ya hace tope contra la pared interna de la
lámpara; se dice que el arco está confinado. Debido a ello, ya no
hay crecimiento de la corriente, e incluso hay una disminución
debido a la bajada de tensión en los bornes del condensador (CE) que
está en transcurso de descarga. El contacto físico entre el arco
eléctrico y la pared de la lámpara es un elemento principal de
envejecimiento de la misma. Pero este contacto es necesario para
imponer que el arco eléctrico conserve, durante toda la duración del
impulso deseado, una sección pequeña, y por tanto una impedancia
relativamente elevada y una potencia instantánea en los límites
deseados a pesar de la tensión elevada necesaria para el
funcionamiento de cualquier lámpara de flash. El orden de magnitud
de potencia desarrollada en la lámpara durante esta fase es de 10
kW, para una duración de algunas decenas de milisegundos.
3º) Interrupción del funcionamiento de la
lámpara mediante apertura del interruptor (SW) en el momento en el
que el impulso luminoso V/IR ha durado el tiempo deseado. En este
momento la tensión en los bornes del condensador (CE) es (Uf). La
tensión (Uf) es inferior a (Ui) debido a la energía que el
condensador (CE) ha restituido a la lámpara. Rápidamente tras la
apertura del interruptor (SW), el arco eléctrico, que ya no se
alimenta, se contrae sobre sí mismo, su diámetro disminuye y termina
por apagarse. Este fenómeno cuyo orden de magnitud de tiempo se
encuentra en aproximadamente 100 \mus, se encuentra prolongado por
la inductancia del cableado, o por una inductancia eventualmente
integrada en el circuito.
Los parámetros teóricos y empíricos que dominan
la potencia desarrollada en una lámpara de flash que funciona en
modo confinado son tales que el aparato de la técnica anterior está
equipado con lámparas que presentan una razón LA/DA (con LA para
longitud del arco, y DA para el diámetro del arco) grande,
generalmente comprendida entre 10 y 50.
También debe saberse que la potencia instantánea
de emisión de una lámpara de flash que contiene un arco confinado
es proporcional a la tensión (U) en sus bornes de potencia 2,5;
siendo (U) la tensión en los bornes de la lámpara (determinadas
fórmulas proporcionan incluso una (U) de potencia 3, pero a
continuación en el documento, se tomará 2,5 para los valores en
cifras mencionados a modo de ejemplos). Debido a esta relación entre
la potencia y la tensión, y para garantizar una diferencia
razonablemente pequeña entre la potencia instantánea al comienzo del
impulso luminoso V/IR y la potencia instantánea al final del
impulso, la diferencia entre (Ui) y (Uf), debe ser muy pequeña, y
sólo se usa una pequeña parte de la energía inicialmente almacenada
en el condensador para el impulso con el fin de limitar la bajada
de tensión en sus bornes. El condensador se encuentra infrautilizado
y por tanto debe tener un gran valor capacitivo. Por ejemplo, para
que la potencia instantánea permanezca en el intervalo de + o - 10%
de su valor nominal, debe tenerse Uf = 0,92 x Ui, y en ese caso,
únicamente se usa el 16% de la energía inicialmente almacenada en el
condensador (CE). Por tanto, para poder entregar 100 J, en las
condiciones anteriormente descritas, el condensador (CE) debe
almacenar 625 J antes del comienzo de un impulso. Esto representa
un sobredimensionamiento en un factor de 6.
Tal como se representa en las figuras 4, 5 y 6,
la presente invención consiste en introducir una regulación de
corriente en el aparato (1) de depilación representado en la figura
7, concretamente de manera que el arco eléctrico conserva una
sección inferior a la sección interna de la lámpara al tiempo que se
entrega la potencia necesaria.
De este modo, al no ejercer el arco eléctrico
presión intensa sobre la pared interna de la lámpara de flash (LF),
envejece menos rápidamente, y por otro lado, con la regulación de la
corriente, la lámpara puede permanecer a una potencia sensiblemente
constante durante toda la duración del impulso luminoso V/IR, aunque
la diferencia de tensión entre el comienzo (Ui) y el final (Uf) del
impulso sea grande. Esta diferencia lleva a una tasa de uso elevada
del condensador (CE) que por tanto ya no necesita
sobredimensionarse.
Se elige la regulación por la corriente ya que,
para una lámpara de flash dada, con un arco confinado o no
confinado, a corriente constante corresponde una potencia muy
estable; mientras que a tensión constante corresponde una potencia
más o menos variable.
Tal como se representa en la figura 7, el
aparato (1) comprende una carcasa (2) dotada de botones (3) de
encendido/apagado y de botones (4) de ajustes en su cara superior,
una pieza (5) manual y un cable (6) eléctrico que se extiende de la
carcasa a la pieza manual. La pieza (5) manual contiene una lámpara
de flash de xenón y presenta una guía (7) de salida de luz, así como
un botón (8) de activación del impulso luminoso.
Según la figura 4, un modo de realización
preferido del dispositivo según la presente invención se dispone de
la siguiente manera: el bucle principal del circuito de potencia del
dispositivo, designado por el bucle
(CE-SW-Rm-INDUC-LF),
comprende el condensador (CE), un interruptor (SW), una resistencia
de medición (Rm), una inductancia (INDUC) y la lámpara de flash
(LF).
El condensador (CE) formado por uno o varios
condensadores electrolíticos dispuestos en paralelo, en serie o en
serie-paralelo, cuya capacidad nominal total es
preferiblemente inferior o igual a aproximadamente 13.000
microfaradios en el caso en el que se desea realizar un aparato
fácilmente transportable. Pero la capacidad nominal puede ser mucho
más elevada para un aparato de tipo profesional. Asimismo, la
tensión nominal de uso del o de los condensadores es como máximo de
400 voltios para limitar su coste. Además, tensiones más elevadas
aumentarían el aislamiento eléctrico necesario, lo que iría contra
la reducción de volumen del aparato. Los valores indicados
anteriormente para modos particulares de realización representan
máximos, es posible disminuir la capacidad o la tensión del
condensador cuando respectivamente la tensión o la capacidad nominal
se aproximan a esos máximos.
El interruptor (SW) es un interruptor
electrónico de conmutación rápida, del orden de 50 a 300
nanosegundos, y preferiblemente netamente inferior a un
microsegundo. Para ello, se elige un interruptor de tipo transistor
bipolar de puerta aislada IGBT ("Insulated Gate Bipolar
Transistor"), y eventualmente pueden montarse varios
interruptores de este tipo en paralelo.
La resistencia de medición (Rm) es una
resistencia de bajo valor óhmico que puede soportar intensidades
importantes. Permite proporcionar de manera inmediata una señal de
medición en forma de una tensión (URm), que es directamente
proporcional a la intensidad que la atraviesa. Pero la presente
invención no excluye el uso de cualquier otro transductor de
corriente-tensión analógico o digital, ni incluso de
cualquier dispositivo que proporcione directamente una medición de
la intensidad que atraviesa la lámpara de flash (LF).
La inductancia (INDUC) no es indispensable, pero
debido al corte a alta frecuencia que tiene lugar en el circuito
para controlar la transferencia de energía, se prefiere incorporar
una inductancia de suavización (INDUC) en el bucle
(CE-SW-Rm-LF), por
ejemplo entre la resistencia (Rm) y la lámpara (LF).
Un diodo de rueda libre (D) está dispuesto en un
bucle adicional
(Rm-INDUC-LF-D). El
diodo (D) cumple dos funciones:
- garantizar la transferencia de energía desde
la inductancia (INDUC) hacia la lámpara (LF) cuando el interruptor
(SW) está abierto y se almacena energía eléctrica en la inductancia
(INDUC),
- limitar las puntas de tensión en los bornes
del interruptor (SW) durante su apertura, puntas de tensión que se
generan por la inductancia (INDUC), así como por las inductancias
parásitas del cableado que son relativamente importantes debido a la
corriente del orden de 250 amperios que circula en el bucle
principal.
Los elementos de regulación comprenden al menos
un comparador de tensión de histéresis (COMP) y una puerta
lógica.
El comparador (COMP) recibe en la entrada un
valor de tensión de referencia (Uref) proporcionado por un módulo de
control electrónico (COMM), y la tensión de medición (URm) generada
en los bornes de la resistencia (Rm). El comparador funciona con
histéresis, es decir que cuando la tensión crece proporciona una
señal que indica una superación de la tensión de referencia (Uref)
cuando la tensión medida (URm) supera el valor de referencia más una
desviación determinada, y a la inversa, cuando la tensión
disminuye, la señal bascula cuando la tensión medida se vuelve
inferior a la tensión de referencia menos una desviación
determinada.
La tensión de referencia (Uref) se ajusta en
función de la corriente media a la que se desea hacer trabajar a la
lámpara (LF), concretamente en función del tipo de piel, por ejemplo
accionando uno de los botones (4) de ajuste asociados al módulo de
control (COMM) que contiene varias tensiones de referencias
memorizadas.
La puerta lógica presenta una entrada conectada
al comparador (COMP) y una entrada conectada al módulo de control
(COMM) de manera que transmite un control de cierre del interruptor
(SW) sólo durante la duración de impulso. Para ello, el módulo de
control (COMM) está adaptado para entregar una señal (Timp) durante
una duración determinada que corresponde a la duración del impulso
de corriente, tras el accionamiento del botón (8) de
activación.
La duración de impulso podrá ser ajustable, no
obstante las pruebas muestran que una duración constante
comprendida entre 20 y 45 ms, y de manera preferible aproximadamente
igual a 35 ms, permite una depilación eficaz de todos los tipos de
piel.
Aunque la presente invención no excluye el envío
mediante el módulo de control de una serie de señales de impulso de
manera que se produzca una serie de impulsos luminosos distintos, en
un modo de realización particular se prefiere prohibir la emisión de
un nuevo impulso luminoso antes de que haya transcurrido un tiempo
determinado, denominado de reposo, muy netamente superior a la
duración de un impulso. El tiempo de reposo programado en el módulo
de control (COMM) es del orden de algunos segundos, entre uno y diez
segundos, y preferiblemente de aproximadamente siete segundos. Este
tiempo de reposo relativamente largo permite asegurar que el
condensador ha alcanzado su carga inicial, es decir la tensión (Ui),
sin que sea necesario prever una alimentación eléctrica de recarga
del condensador de fuerte potencia. Además, este tiempo de reposo
puede aprovecharse para enfriar la lámpara de flash (LF) y el
interruptor (SW) mediante convección natural, o eventualmente
mediante convección forzada pero de pequeño caudal, lo que es
favorable para la reducción del peso y del volumen del aparato.
Tal como se indica en las figuras 5 y 6, con
anterioridad a la generación de un impulso luminoso V/IR, el
condensador (CE) se carga a la tensión inicial (Ui) mediante un
dispositivo de alimentación eléctrica no representado. El
dispositivo de alimentación eléctrica que puede ser de cualquier
tipo conocido, genera una tensión continua que se proporciona a los
bornes del condensador (CE).
Durante el diseño de un dispositivo según la
presente invención, debe conocerse en primer lugar la potencia de
radiación (Pimp) deseada durante el impulso, la duración del impulso
(Timp) y la longitud de la lámpara (Larc). Con estos parámetros
puede encontrarse, o bien mediante cálculo gracias a las fórmulas
proporcionadas por los fabricantes de lámparas, o bien
experimentalmente, la diferencia de potencial que debe aplicarse en
los extremos de una lámpara de flash experimental de diámetro
importante y de longitud (Larc), en la que un arco eléctrico
estabilizado y no confinado genera una radiación de potencia (Pimp).
El valor encontrado se denomina (Ucrítica), corresponde a un valor
de corriente (Icrítica). Un experimento o un cálculo del mismo tipo
informan sobre el diámetro del arco eléctrico; este diámetro se
denomina (Dcrítico). Más allá de la etapa experimental, para los
aparatos funcionales, se conserva Dlámpara = Dcrítico x 1,4 donde
Dlámpara es el diámetro interior de la lámpara. Para la tensión
final (Uf), se conserva un valor próximo a Ucrítica x 1,25, y para
la tensión inicial (Ui), un valor próximo a Uf x 4. Los coeficientes
que acaban de usarse (1,4, 1,25 y 4) pueden modularse en una medida
bastante grande, pero cada uno de ellos es superior a 1.
Para el bucle principal del circuito de potencia
(CE-SW-Rm-INDUC-LF),
se prefiere, pero de manera no limitativa, una disposición de los
elementos en el siguiente orden: el polo negativo del condensador
(CE), el interruptor (SW), la resistencia de medición (Rm) (u otro
transductor de corriente-tensión), la inductancia
(INDUC), la lámpara (LF) (polo negativo del lado de la inductancia)
y el polo positivo del condensador (CE). El bucle adicional está
formado por la resistencia de medición (u otro transductor de
corriente-tensión) (Rm), la inductancia (INDUC), la
lámpara (LF) y el diodo (D). El diodo (D) tiene, en este caso, su
cátodo conectado a los polos positivos de la lámpara (LF) y del
condensador (CE).
El valor inductivo de (INDUC) puede ser tal que
cuando se recorre por una corriente de valor (Icrítica) almacena una
energía eléctrica comprendida entre 1/100 y 1/1000 de la energía
eléctrica transferida a la lámpara (LF) durante cada impulso
luminoso V/IR.
Para iniciar un impulso, la lámpara de flash
(LF) se vuelve conductora, por ejemplo por medio de un impulso de
tensión muy alta según un método clásico y conocido para las
lámparas de flash, y garantizar el cierre del interruptor (SW). En
ese momento la corriente, en principio nula, crece en el bucle
(CE-SW-Rm-INDUC-LF)
ya que el arco eléctrico aumenta de sección y la inductancia (INDUC)
ralentiza la evolución de la corriente. Esa corriente crea una
diferencia de tensión URm en los bornes de (Rm). Cuando (URm) ha
superado (Uref), la salida del comparador (COMP) cambia de estado.
Este cambio de estado controla la apertura del interruptor (SW). Una
vez abierto el interruptor (SW), la corriente en el bucle
(Rm-INDUC-LF-D), así
como la tensión (URm), disminuyen hasta un umbral que genera de
nuevo el basculamiento de la salida del comparador (COMP). Este
basculamiento controla el cierre del interruptor (SW), si no ha
transcurrido el tiempo del impulso (Timp). Para un impulso completo,
estos ciclos se producen tantas veces como sea necesario, por
ejemplo del orden de una centena de vez para una duración de
impulso de 35 ms. Se observará que la intensidad de la corriente que
circula en la lámpara de flash no cae a un valor nulo
inmediatamente tras la apertura del interruptor, incluso en ausencia
de la inductancia (INDUC). En efecto, teniendo en cuenta las
intensidades y tensiones elevadas en los bucles principal y
secundario, así como los fenómenos de ionización en la lámpara, el
cableado y la lámpara que almacenan una determinada energía
eléctrica que se restituye durante la apertura del interruptor (SW).
Por el contrario, la corriente que atraviesa el condensador (CE)
que está fuera del bucle secundario, se anula rápidamente. Por
tanto, puede constatarse en los bornes del condensador la emisión
de impulsos elementales de corriente aproximados.
En el interior de cada ciclo la corriente que
atraviesa (Rm) (y por tanto la que atraviesa la lámpara (LF)) se
regula alrededor del valor de corriente (Icrítica), con una
ondulación cuya amplitud depende de la histéresis del comparador
(COMP). Esta regulación se realiza sensiblemente a lo largo de toda
la duración del impulso, es decir a lo largo de la duración del
impulso menos la duración las fases de encendido de la lámpara y de
extinción de la corriente que son muy breves, del orden de 100
microsegundos, en comparación de la duración del impulso, del orden
de 40 milisegundos.
La amplitud de las ondulaciones de corriente en
la lámpara (LF), y por consiguiente de la potencia representada
esquemáticamente en la figura 6, es de + o - 10%, pero pueden
permitirse amplitudes superiores a + o - 30% teniendo en cuenta su
duración muy breve y la rápida sucesión de picos y valles. Por el
contrario, es importante que a lo largo de una duración
significativa con respecto a la inercia térmica de los tejidos
cutáneos, concretamente a lo largo de una duración de 1 ms o la
duración de un ciclo de apertura-cierre del
interruptor (SW), la potencia media del impulso (Pimp) sea próxima a
la potencia correspondiente a la intensidad de regulación
(Icrítica), y preferiblemente igual a la misma a + o - 10%. Por otro
lado, se obtiene una mejor respuesta cutánea si la intensidad media
de la corriente que atraviesa la lámpara sólo disminuye poco, menos
del 10%, entre el comienzo y el final del impulso.
Al ser los valores de potencia instantánea
empleados muy elevados, debe prestarse atención particular al
interruptor (SW) del que se ha mencionado que es conmutador todo o
nada rápido. La palabra rápido se refiere a sus cambios de estado,
que duran algunas centenas de nanosegundos, pero durante cada
conmutación es el centro de una disipación térmica instantánea muy
importante. Esta disipación térmica media permanece aceptable si no
hay sucesiones demasiado rápidas de conmutaciones. Para garantizar
esta condición puede aumentarse la histéresis sobre la regulación de
la corriente a través de la lámpara (LF), o incorporar en el control
del interruptor (SW) una temporización (T_{prohibida}) (no
representada) de algunas decenas de microsegundos que impone el
mantenimiento del interruptor (SW) en el estado abierto tras cada
paso del estado cerrado al estado abierto. De esta manera, el
interruptor (SW) no puede solicitarse para ciclos muy rápidos de
cierre-apertura-cierre, y cuando
interviene la temporización (T_{prohibida}), contribuye a reducir
la potencia de transferencia de energía a la lámpara, lo que puede
alterar la calidad del resultado funcional, pero coloca al
interruptor (SW) en una zona de trabajo mejor
protegida.
protegida.
Cuando interviene la temporización
(T_{prohibida}), la corriente que atraviesa la lámpara LF
disminuye por debajo del valor correspondiente al control de cierre
del interruptor generado por el comparador de histéresis, y puede
volverse nula. Pero en este caso la anulación de la corriente en la
lámpara sólo interviene durante una duración inferior a la duración
de temporización que es a su vez inferior a la duración de extinción
de la lámpara. Por tanto, la potencia luminosa emitida por la
lámpara no se anula y aumenta desde el final de la temporización ya
que la lámpara de flash permanece pasante. El impulso luminoso no se
interrumpe y esta bajada o anulación de la corriente en la lámpara
no tiene ningún efecto nefasto sobre la depilación teniendo en
cuenta su
brevedad.
brevedad.
La parte de los circuitos que genera la
temporización (T_{prohibida}), si existe esta parte opcional, se
coloca en la cadena de las señales cerca del interruptor (SW). De
esta manera, en presencia de una eventual señal parásita que
perturba los circuitos, el interruptor (SW) tiene las mejores
posibilidades de quedar protegido contra una solicitación accidental
a frecuencia demasiado elevada. En ausencia de perturbación
electromagnética excepcional, la seguridad proporcionada por
(T_{prohibida}) no interviene. A modo de ejemplo, esta
temporización (T_{prohibida}) puede realizarse mediante una señal
emitida por el módulo de control (COMM) hacia una puerta lógica
complementaria que también recibe la señal de la puerta lógica
representada en la figura 4.
Con un procedimiento de regulación de este tipo,
resulta teóricamente posible elegir un valor de (Ui) muy elevado con
respecto a (Uf), por ejemplo Ui = 10 x Uf. En este caso, el
condensador (CE) se usaría al 99%, pero el interruptor (SW) debería
soportar una tensión elevada y su precio aumentaría exageradamente
para determinados modos de realización. Un buen compromiso entre los
aspectos técnicos y económicos consiste en elegir la razón Ui/Uf
entre 3 y 5, incluso 6. En la figura 5, con Ui = 4 x Uf, tras un
impulso sólo queda 1/16 de la energía inicialmente almacenada en CE.
La tasa de uso de CE es de 15/16, es decir del 93,7%, frente al 16%
en el ejemplo mencionado con respecto a la técnica anterior en la
figura 2. Con una razón Ui/Uf de (2), ya se obtiene una tasa de uso
del condensador CE superior al 60%.
La figura 6 representa a modo indicativo un
resultado que puede obtenerse con la potencia instantánea que
permanece en el intervalo de + o - 10% de su valor nominal durante
una descarga luminosa V/IR, mientras que la tasa de uso de (CE) es
del 93,7% durante la misma descarga.
La invención permite realizar aparatos más
pequeños, de fabricación más económica, y que consumen lámparas
menos costosas que los aparatos de la técnica anterior. Eligiendo
uno o varios condensadores apropiados y optimizando su uso gracias
a las diferentes disposiciones de la presente invención, es posible
de realizar un aparato de serie de un peso inferior a 2 Kg.
Limitando la tensión de uso del o de los condensadores, y gracias a
la regulación mediante corte a alta frecuencia, la carcasa (2) que
contiene la alimentación eléctrica que permite recargar el
condensador, el condensador, el interruptor, la resistencia, la
inductancia y el módulo de control, presenta dimensiones reducidas
de manera que el volumen de la carcasa es inferior a 5 litros.
Claims (16)
1. Aparato (1) de depilación para aplicaciones
cutáneas y locales, adaptado para emitir al menos un impulso
luminoso generado por un impulso de corriente eléctrica que
atraviesa una lámpara de flash (LF) formando en la misma un arco
eléctrico, procediendo esa corriente de la descarga de al menos un
condensador (CE) y estando controlada por un interruptor electrónico
(SW) todo o nada de conmutación rápida, estando dispuestos estos
tres elementos en un bucle principal
(CE-SW-LF), caracterizado
porque durante cada descarga del condensador, la corriente que
atraviesa la lámpara (LF) genera una señal de medición (URm)
representativa de dicha corriente que atraviesa la lámpara, y porque
dicha señal de medición (URm) se compara con un valor de referencia
(Uref) mediante un dispositivo de comparación de histéresis (COMP)
para controlar el estado abierto o cerrado de dicho interruptor (SW)
y regular dicha corriente que atraviesa la lámpara (LF) mediante su
corte a alta frecuencia alrededor de una intensidad determinada
(Icrítica) durante sensiblemente toda la duración de dicho impulso
de corriente.
2. Aparato de depilación según la reivindicación
1, caracterizado porque la señal de medición es una tensión
de medición (URm) proporcional a la corriente que atraviesa la
lámpara (LF), que se proporciona por un transductor de
corriente-tensión, siendo preferiblemente dicho
transductor de corriente-tensión una resistencia
(Rm) montada en serie en el bucle principal
(CE-SW-LF).
3. Aparato de depilación según la reivindicación
2, caracterizado porque se incorpora un diodo de rueda libre
(D) en un bucle adicional (Rm-LF-D)
que comprende, en común con el bucle principal, la lámpara de flash
(LF) y el transductor de corriente-tensión (Rm).
4. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el bucle
principal (CE-SW-LF) comprende
además una inductancia (INDUC).
5. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
dispositivo de comparación de histéresis (COMP) y el valor de
referencia (Uref) se eligen de manera que se regula la corriente
que atraviesa la lámpara (LF) a un valor sensiblemente inferior al
valor de la corriente para el que la expansión del arco eléctrico
alcanza las paredes interiores de la lámpara (LF).
6. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicho
al menos un condensador (CE) se elige de manera que la razón entre
la tensión inicial en sus bornes (Ui) antes de la descarga y la
tensión final (Uf) al final del impulso de corriente, está
comprendida entre 2 y 6, y preferiblemente del orden de 4.
7. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al
menos un condensador presenta una capacidad como máximo igual a
13.000 microfaradios y una tensión nominal como máximo igual a 400
voltios, siendo dicho al menos un condensador preferiblemente un
condensador electrolítico.
8. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la
capacidad del condensador (CE) se elige de manera que el valor medio
de la intensidad de la corriente que atraviesa la lámpara (LF)
medida a lo largo de un periodo de un milisegundo al final del
impulso de corriente, está comprendido entre el 90% y el 100% del
valor medio de la intensidad medida a lo largo de un mismo periodo
al comienzo del impulso de corriente.
9. Aparato de depilación según una cualquiera de
las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
interruptor electrónico (SW) se elige de manera que presenta un
tiempo de conmutación netamente inferior a un microsegundo, siendo
dicho conmutador preferiblemente un IGBT.
10. Aparato de depilación según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un
módulo de control electrónico (COMM) está adaptado para proporcionar
el valor de referencia (Uref) al dispositivo de comparación de
histéresis (COMP), y adaptado para controlar la entrega de un
impulso de corriente en el bucle principal durante una duración de
impulso determinada, estando dicha duración de impulso comprendida
entre 20 ms y 45 ms, y preferiblemente igual a aproximadamente 35
ms.
11. Aparato de depilación según la
reivindicación 10, caracterizado porque el módulo de control
(COMM) está adaptado para proporcionar al interruptor de conmutación
rápida (SW), una temporización (T_{prohibida}) de duración
determinada en cada apertura de ese interruptor (SW), durante la
cual le está prohibido bascular de nuevo al estado cerrado, siendo
la duración determinada significativamente mayor que el tiempo de
conmutación del interruptor (SW) pero inferior al tiempo necesario
para que la lámpara (LF) se apague.
12. Aparato de depilación según la
reivindicación 10 u 11, caracterizado porque el módulo de
control (COMM) está adaptado para no ordenar la emisión de un nuevo
impulso de corriente antes de que haya transcurrido un tiempo
determinado, denominado de reposo, desde el impulso de corriente
anterior, estando el tiempo determinado de reposo comprendido entre
un segundo y diez segundos, y preferiblemente es aproximadamente
igual a siete segundos.
13. Aparato de depilación según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque
dicho al menos un condensador (CE), el interruptor electrónico (SW)
y el dispositivo de comparación de histéresis (COMP), están alojados
en una misma carcasa, presentando dicha carcasa un volumen inferior
a cinco litros.
14. Aparato de depilación según una cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el
peso del conjunto del aparato es como máximo igual a dos kilos.
15. Procedimiento de puesta en práctica de un
aparato de depilación adaptado para emitir al menos un impulso
luminoso generado por un impulso de corriente eléctrica que
atraviesa una lámpara de flash (LF) formando en la misma un arco
eléctrico, en el que se proporciona al menos un condensador (CE)
adaptado para entregar la corriente que atraviesa la lámpara de
flash, un interruptor electrónico (SW) todo o nada de conmutación
rápida, formando el condensador (CE), el interruptor electrónico
(SW) y la lámpara de flash (LF) un bucle principal
(CE-SW-LF), caracterizado
porque comprende, en el transcurso de la generación del impulso de
corriente eléctrica, las etapas de:
- -
- generación de una señal de medición (URm) representativa de la corriente que atraviesa la lámpara (LF);
- -
- comparación con histéresis entre la señal de medición (URm) y un valor de referencia (Uref);
- -
- control del cierre del interruptor electrónico (SW) si la comparación entre la señal de medición (URm) y el valor de referencia (Uref) indica que la corriente que atraviesa la lámpara (LF) es inferior a una intensidad determinada (Icrítica); o
- -
- control de la apertura del interruptor electrónico (SW) si la comparación entre la señal de medición (URm) y el valor de referencia (Uref) indica que la corriente que atraviesa la lámpara (LF) es superior a la intensidad determinada (Icrítica), de manera que se regula dicha corriente que atraviesa la lámpara (LF) mediante corte de la misma a alta frecuencia alrededor de la intensidad determinada (Icrítica).
16. Procedimiento de puesta en práctica de un
aparato de depilación según la reivindicación 15,
caracterizado porque se prevé, en cada apertura del
interruptor (SW), una etapa de temporización (T_{prohibida}) de
duración determinada, durante la cual le está prohibido al
interruptor (SW) bascular de nuevo al estado cerrado, siendo el
tiempo determinado significativamente mayor que el tiempo de
conmutación del interruptor (SW) pero inferior al tiempo necesario
para que la lámpara se apague.
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