ITBA20130071A1 - Alimentatore e driver per turbo led t8 dimensioni (60cm, 90cm, 120cm, 150cm) a reattanza capacitiva variabile. - Google Patents

Description

L'alimentatore driver LED progettato dall'Haisenlux e' in grado di fornire la corretta tensione e la desiderata corrente alla matrice LED senza trasformatori con una tecnologia tale da annullare completamente il relatvo consumo energetico. Quindi Per fornire un esempio si può affermare che se si alimenta una matrice LEDcomposta da n. 100 LED (lw ciascuno) si otterrà' un consumo ergetico relativo alla marice LED di 100W mentre 0W dissipati dall'alimentatore driver, per un totale complessivo di 100W .

DESCRIZIONE:

Dell’Invenzione Industriale dal Titolo: ALIMENTATORE E DRIVER PER TUBO LED (T8 E T5) A REATTANZA CAPACITIVA

IL CAMPO DEL RITROVATO RIGUARDA L'ILLUMINAZIONE A TECNOLOGIA LED, NELLO SPECIFICO TUBO LED (T8-T5) DIMENSIONI 60-90-120-150 CM.

STATO ANTERIORE DELLA TECNICA:

Definizioni : TUBO LED ( STANDARD T8-T5) compatibile con tecnologia tradizionale NEON:

Apparato per illuminazione per interni prodotto in quattro diverse lunghezze 60 cm , 90 cm , 120 cm, 150 cm e sia in versione T8 che in versione T5.

Come già' descritto il Tubo LEDT8 T5 è composto da tre componenti: l'armatura che già’ ingloba il corpo illuminante, la matrice LED per l'emissione luminosa , e dell'alimentatore driver che fornisce la tensione e corrente impostate dalle connessioni seriali e parallele dei LED sul circuito stampato.

Watt : Unità di misura delia Potenza (consumo energetico) espresso in watt/ora.

Ampere: Unità di misura della corrente.

Premesso che i LED funzionano con una tensione variabile da 2,9V a 3,6 V; la complessità nell 'utilizzo dei LED ad alta luminosità si traduce nella consistente variabilità dell'assorbimento in funzione di piccolissime variazioni di tensione (spesso frequenti).

Tale criticità obbliga i progettisti di alimentatori per piastre LED a dover aggiungere alla sezione di alimentazione classica , una sezione di driver in grado di controllare e limitare-regolarizzare la corrente che scorre nel circuito.

Considerando la tensione standard di funzionamento dei LED e la semplicità di costruzione del driver in grado dì controllare la corrente con bassa tensione, tutti i costruttori di alimentatori e led driver, realizzano l'alimentatore in due sezioni: la prima di alimentazione e di trasformazione della tensione da 220V AC in bassa tensione DC (VEDI TAVOLA 1 DISEGNO A) e la seconda sezione di controllo corrente del circuito con conseguente ulteriore riduzione della tensione per mantenere stabile ia corrente (VEDI TAVOLA I DISEGNO B).

Tale concezione costruttiva obbliga i progettisti a dover utilizzare trasformatori lamellari o toroidali per trasformare l'iniziale tensione 220 V AC in bassa tensione DC. In considerazione del fatto che tutti i trasformatori sfruttano una doppia conversione in campo elettromagnetico, è parte del percorso obbligatole rde re dal 10% al 15% di efficienza (ovvero l'alimentatore disperde energia elettrica consumando il 10-15% del totale consumo della matrice led).

Inoltre la commutazione in PWM (power with modulation - ovvero modulazione della potenza)con dei transistor di potenza , dissipa altra quantità di energia elettrica tra un 3% ad un 7%. In conclusione si può delineare la perdita di efficienza e il conseguente consumo energetico dissipato misurabile in totale dal 15% al 20% in funzione della tecnica e della tecnologia attualmente adottata degli attuali alimentatori per i TUBI LED.

OBIETTIVO CHE L'INNOVAZIONE INTENDE RAGGIUNGERE :

L'analisi del risultato del consumo di un alimentatore per TUBO LED con la tecnologia a reattanza capacitiva varianile, si ottiene, misurando la differenza del consumo elettrico in Watt ora del sistema totale del TUBO LED, misurando separatamente il consumo totale della matrice LED: ottenuto moltiplicando la tensione per la corrente della matrice led, e sottraendo dal consumo totale appunto il consumo della matrice LED, si otterrà il consumo in W/ora della sezione di alimentazione.

Per esempio se il consumo totale del sistema di un TUBO LED 60 cm T8 è di 12W e se si misura il consumo della matrice LED in 10W, avremo che la differenza tra 12W del sistema e i 10W della matrice LED, ovvero 2W costituisce il consumo in Watt/ora dissipato dall'alimentatore ( VEDI TAVOLA 3 DISEGNO A) .

Adottando la tecnologia a reattanza capacitiva variabile, come tecnologia costruttiva di un alimentatore per TUBO con tecnologia LED, avremo il consumo del sistema del TUBO LED pari a 10,07W il consumo della matrice LED sarà di 10W, la differenza ottenuta mostra il consumo effettivo dell'alimentatore che e' di soli 0.07W valore prossimo allo 0

( VEDI TAVOLA 3 DISEGNO B).

L'adozione di tale tecnologia, consente di risparmiare quel 15%/20°G che i tradizionali alimentatori - driver per LED dissipano aumentando di conseguenza l'efficienza globale di un TUBO LED.

ANALISI DEL RISULTATO RAGGIUNTO:

L'adozione della tecnologia illuminazione LED permette in se di avere una maggiore efficienza rispetto alle tecnologie tradizionali con risparmi effettivi medi che vanno dal 35% rispetto alle tecnologie definite a scariche di gas (SAP, al mercurio, a neon, aiogenuri metallici) fino all' 80% rispetto alle vecchie lampadine dotate di filamento al tungsteno. Gli obbiettivi del brevetto sono l'adozione di una tecnologia sull’ alimentatore per TUBO LED che permette di accentuare ulteriormente il risparmio energetico effettivo, utilizzando una tecnica completamente innovativa sulla sezione di alimentazione che a differenza degli attuali alimentatori e LED driver(consumo 15-20% del consumo effettivo) sia in grado di quasi completamente azzerare l'energia dissipata dai componenti della sezione di alimentazione e driver di controllo della corrente.

Consideriamo lo schema di un tipico alimentatore (VEDI TAVOLA 1 DISEGNO A) riduttore di tensione ove la tensione iniziale di 220V AC, attraversa il trasformatore, il quale con una doppia conversione da tensione elettrica in campo elettromagnetico e da campo elettromagnetico in tensione elettrica, riduce la tensione dai nominali 220V AC a, per esempio 24V AC, successivamente il ponte diodi raddrizzatore, ribalta la semionda negativa della tensione alternata in altrettanta semionda positiva,

quindi in tensione DC e ulteriormente livellata dal condensatore elettrolitico.

La tecnologia propria del brevetto, consiste nel rimuovere dalla sezione di alimentazione, il trasformatore e la sezione di controllo corrente, con un circuito a commutazione ad alta frequenza, sfruttando il principio fisico della reattanza capacitiva dei condensatori.

Ricordando che, un condensatore (indicato abitualmente con c), è generalmente costituito da una coppia di conduttori (armature o piastre) separati da un isolante (dielettrico). La carica è immagazzinata sulla superficie delle piastre, sul bordo a contatto con il dielettrico.

Quindi aH'esterno si avrà un campo elettrico pari a zero a causa dei due campi, uno positivo e uno negativo, che hanno per l'appunto stesso modulo ma segno (verso) opposto, mentre all'interno del dispositivo due volte il campo elettrico perché entrambi i campi, sia quello positivo che quello negativo, hanno stesso modulo e stesso verso. L'energia elettrostatica che il condensatore accumula si localizza nel materiale dielettrico che è interposto fra le armature. In regime di tensione a corrente alternata (AC) questa induce invece variazioni di potenziale in corrispondenza delle quali i piatti si caricano e si scaricano in continuazione per induzione elettrostatica generando ai suoi capi una corrente variabile (alla stessa frequenza dell'eccitazione) che circola poi nel circuito.

A partire dalla relazione:

Il rapporto tra la tensione e la corrente ai capi del condensatore vale Ϊ7Γ , e si osserva che la tensione alternata sfasa la corrente di -90 gradi. Esprimendo il rapporto in forma polare, si ottiene l'espressione dell'impedenza caratteristica del dispositivo:

che applicando la formula di Eulero diventa:

dove/ è la frequenza della AC misurata in hertz e C la capacità, misurata in Farad.

Ameno di fenomeni parassiti di dissipazione comunque presenti nei casi reali, il condensatore ideale ha dunque impedenza puramente immaginaria pari alla sua reattanza, indicando con essa la sua capacità di immagazzinare energia elettrica.

Nella le legge di Ohm in forma simbolica si considera inoltre l'operatore fasoriale :

dove Xc è la reattanza capacitiva, misurata in Ohm che può essere considerata come analoga ad una sorta di resistenza che il condensatore oppone alla corrente e dipende dalla frequenza della AC. Si osserva inoltre che:

La reattanza è inversamente proporzionale alla frequenza. Questo a conferma di quello detto sopra e cioè quando ci troviamo in presenza di alimentazione DC abbiamo frequenze nulle (f<~>0); questo porta ad avere dei valori di reattanza teoricamente infiniti. Una reattanza infinita si può vedere come un interruttore aperto che non fa circolare corrente;

Ad alte frequenze la reattanza è cosi piccola da poter essere tranquillamente trascurata neU'eseguire i calcoli.

La reattanza è così chiamata poiché il condensatore non dissipa potenza , ma semplicemente accumula energia per poi rilasciarla nel transitorio finale. Nei circuiti eletrici, come in meccanica, il condensatore costituisce un carico e reattivo, dal momento che immagazzina l'energia E la rilascia alla fine, "reagendo" così alle variazioni di tensione nel circuito.

E anche significativo che l'impedenza sia inversamente proporzionale alla capacità, a differenza dei resistori e degli induttori per cui le impedenze sono linearmente proporzionali a resistenza e induttanza rispettivamente.

Quindi ribadendo che un condensatore in un circuito seriale in , si comporta alla stessa stregua di una resistenza con la differenza che non dissipa alcuna corrente ed al tempo stesso, con le formule indicate in precedenza, e' possibile limitare la corrente che scorre nel circuito dimensionando opportunamente i valori del condensatore si potrà ottenere un circuito con doppia funzionalità; sia di riduttore di tensione senza trasformatore che di controllore di corrente che scorre nel circuito.

Quindi il circuito base dell'alimentatore e driver LED sarà ora nella (Tavola 2 DISEGNO A ) in cui e' stato eliminato il trasformatore e lo stadio di limitazione corrente in bassa tensione.

Seguendo lo schema elettronico, la tensione alternata da 220V AC in ingresso attraversa la capacità collegata in serie che si comporterà come una comune resistenza elettrica che oppone la reattanza per limitare la quantità di corrente che scorre nel circuito. Successivamente al ponte diodi che raddrizza la tensione alternata, il condensatore di livellamento, livella ulteriormente la tensione per evitare sfarfallii visibili del flusso luminoso emesso dai LED, ed in coda il circuito matrice LED.

Ricalcolando i valori della reattanza con le formule su indicate, in base ai parametri della tensione di rete nei limiti minimi e massimi consentiti della tensione di rete del tornitore di energia elettrica, da 195V AC a 260 AC ( - 15°ò della tensione nominale ), risulta necessario adottare valori della capacità molto diversi.

Quindi il circuito base di alimentatore a reattanza capacitiva può’ essere corredato di altro circuito in grado di monitorare la tensione di rete e variare la reattanza capacitiva del circuito seriale, aggiungendo o sottraendo al condensatore base, in parallelo altrettanti condensatori in grado dicompensare le variazioni di tensione per rientrare nel range di corrente desiderata da far scorrere nel circuito (VEDI TAVOLA 2 DISEGNO B) circuito elettronico per controllo e variazione reattanza), utilizzando transistor o Triac o Scr o rele' in grado di agganciare al circuito seriale dei condensatori in parallelo al condensatore base applicato, realizzando appunto un alimentatore e driver per LED a reattanza capacitiva variabile.

E’ ovvio che tale ragionamento e' valido solo ed esclusivamente nella condizione in cui il carico e' sempre costante.

Tale alimentatore a reattanza capacitiva variabile possiede le stesse dimensioni degli alimentatori e LED driver standard, va installato all'interno del vano alimentatore presente nelle armature dei TU BI LED 60-90-120-150 cm.

Il TUBO LED così ottenuto è idoneo per applicazioni nei normali impianti di illuminazione nelle aziende , centri commerciali, privati dotato del medesimo attacco standard all'alimentazione delle attuali tecnologie.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1) TUBO LED coti alimentatore per la matrice LED realizzato con circuito senza trasformatore, in cui la corrente che scorre nelle stringhe di LED non sia superiore ai 100 mA ( milliamphere ) e la cui corrente viene ridotta e controllata attraverso uno o piu' condensatori non polarizzati, sfruttando il principio fisico della reattanza capacitiva , collegati in serie sulla 'fase' o 'neutro' della corrente alternata in ingresso del circuito di alimentazione . Il circuito ottenuto, senza trasformatore, puramente resistivo, ha un fattore potenza 1 2) 11 driver o alimentatore per LED basato sul principio fisico della reattanza capacitiva (vedi rivendicazione 1), può' monitorare la tensione in ingresso del circuito e al variare della stessa tensione deve aggiungere o rimuovere una capacità calcolata il cui valore compensa la variazione di tensione in ingresso.