ITMI961198A1 - Dispositivo di illuminazione di emergenza a consumo energetico otti- mizzato - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Il presente trovato riguarda un dispositivo di illuminazione di emergenza a consumo energetico ottimizzato, in particolare un lampada di tipo al neon impiegata come lampada di emergenza o lampada di emergenza/uso corrente.

Come è noto in edifici pubblici quali teatri, cinema, stadi, impianti sportivi e simili è particolarmente sentita (e regolamentata dalla legislazione) la necessità di avere dispositivi di illuminazione di emergenza che possano entrare in funzione in caso di interruzione dell'alimentazione di rete ai normali dispositivi di illuminazione.

Questa necessità deriva dall'esigenza di garantire un'illuminazione costante di ambienti frequentati da un numero elevato di persone al fine di assicurare un elevato grado di sicurezza in tali ambienti, anche e soprattutto in condizioni di emergenza.

Le lampada attualmente impiegate come lampade di emergenza sono lampade al neon costituite da un normale tubo riempito di gas e dotate di un circuito di alimentazione duplice. Infatti tali lampade sono alimentate sia dalla normale rete di distribuzione elettrica, sia da batterie opportunamente alloggiate nel corpo della lampada stessa.

Le batterie vengono mantenute in carica dall'alimentazione di rete e vengono quindi impiegate per alimentare la lampada unicamente in condizioni di interruzione dell'alimentazione di rete.

Esistono sostanzialmente due tipi di lampade di emergenza: un primo tipo è costituito da lampade "ausiliarie" che sono normalmente spente e si attivano unicamente in seguito ad un'interruzione dell'alimentazione alle lampade di illuminazione principali; il secondo tipo è invece costituito da lampade che sono sempre accese e svolgono quindi la funzione sia di lampade per la normale illuminazione degli ambienti che di lampade di emergenza vere e proprie.

L'autonomia di tali lampade di emergenza è temporalmente limitata dalla durata della batteria ricaricabile in esse incorporata.

Le lampade di emergenza fino ad ora impiegate presentano alcuni inconvenienti.

Un primo inconveniente è dato dal fatto che presentano un consumo elevato (assorbimento di corrente) dovuto ad un funzionamento a frequenze di lavoro non ottimali. Questo comporta la necessità di utilizzare batterie voluminose per ottenere una durata di accensione sufficiente a soddisfare le norme vigenti.

Un altro inconveniente è dato dall'esigenza di effettuare regolazioni manuali per la taratura delle lampade.

Inoltre, le lampade di emergenza di tipo noto, al fine di evitare che la batteria ricaricabile inclusa al loro interno si scarichi nella fase di stoccaggio preventivamente al loro impiego, prevedono un ponticello scollegabile atto a collegare fisicamente la batteria ricaricabile al circuito di alimentazione della lampada. Nella fase di stoccaggio della lampada è necessario che tale ponticello sia scollegato per mantenere la batteria carica: al momento dell'installazione della lampada l'operatore dovrà quindi procedere a collegare il suddetto ponticello prima di montare la lampada. Questo comporta naturalmente un compito aggiuntivo per l’installatore e costo di manodopera aumentato.

Compito precipuo del presente trovato è quindi quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza che abbia un consumo ottimizzato in ogni condizione al fine di aumentare la durata temporale di illuminazione disponibile.

Nell'ambito di questo compito, uno scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza che permetta di realizzare un controllo in tempo reale degli assorbimenti di corrente del dispositivo stesso.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza che consenta di ottenere una riduzione nella potenza degli accumulatori impiegati, a parità di intensità e durata di illuminazione.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza che permetta di eliminare la presenza fisica del ponticello di collegamento tra la batteria ricaricabile impiegata e il circuito di alimentazione del dispositivo stesso.

Un ulteriore scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza che presenti caratteristiche di espandibilità per l'implementazione di funzioni correlate alle cosiddette "lampade intelligenti".

Non ultimo scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione di emergenza di elevata affidabilità, di relativamente facile realizzazione ed a costi competitivi.

Questo compito, nonché questi e altri scopi che meglio appariranno in seguito sono raggiunti da un dispositivo di illuminazione di emergenza a consumo ottimizzato comprendente una sorgente luminosa, mezzi invertitori per l’accensione di detta sorgente luminosa, mezzi di alimentazione per l’alimentazione dalla rete e mezzi di alimentazione ausiliari, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di controllo e pilotaggio atti a determinare in tempo reale e in modo continuo la frequenza di pilotaggio ottimale di detti mezzi invertitori per l'accensione di detta sorgente luminosa con il minimo assorbimento di corrente possibile da detti mezzi di alimentazione ausiliari.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di realizzazione preferita, ma non esclusiva, del dispositivo secondo il trovato, illustrata a titolo indicativo e non limitativo nel disegno allegato in cui l'unica figura mostra, in forma di schema a blocchi parziale, lo schema circuitale del dispositivo di illuminazione di emergenza secondo il trovato.

Con riferimento all'unica figura citata, il dispositivo di illuminazione di emergenza, indicato globalmente dal numero di riferimento 100, comprende una lampada vantaggiosamente costituita ad esempio da un tubo al neon o altro gas similare 1 atto a costituire la sorgente luminosa, mezzi invertitori 2 atti ad innalzare la tensione di alimentazione per pilotare il tubo 1 per la sua accensione, mezzi di alimentazione 3 atti ad alimentare, tramite la tensione di rete, la lampada 1 e mezzi di alimentazione ausiliari 4.

I mezzi invertitori 2 comprendono un trasformatore 10 e due driver 11 e 12 costituiti ad esempio da due transistori MOSFET.

Mezzi di controllo e pilotaggio 5, vantaggiosamente comprendenti un microcontrollore, sono preposti al controllo dello stato del tubo 1, dei mezzi di alimentazione 3 e dei mezzi di alimentazione ausiliaria 4 i quali opportunamente comprendono una batteria ricaricabile.

Mezzi di regolazione di corrente 6 e di tensione 7 sono rispettivamente disposti in serie ai mezzi di alimentazione 3 e tra la batteria ricaricabile 4 e massa.

Mezzi di comparazione 8 sono collegati in modo da ricevere in ingresso segnali provenienti dai mezzi invertitori 2, dai mezzi di alimentazione 3, da un nodo del circuito a monte della batteria ricaricabile 4 e dai mezzi di regolazione di corrente 6 per effettuare una comparazione dei segnali ricevuti con valori di soglia prefissati per tali segnali.

II segnale ricevuto in retroazione dai mezzi invertitori 2 permette di comparare la frequenza di pilotaggio dei mezzi invertitori 2 da parte del microcontrollore 5 con una frequenza ottimale di funzionamento pre-impostata.

Il segnale proveniente dai mezzi di alimentazione 3 è comparato con una soglia predeterminata per verificare la presenza o meno della tensione di rete.

Il segnale proveniente dai mezzi di regolazione di corrente 6 è comparato con una soglia predeterminata per verificare il collegamento/scollegamento della batteria ricaricabile 4 nel circuito di alimentazione della lampada 1.

Infine, il segnale proveniente dal nodo circuitale interposto tra i mezzi di regolazione di corrente 6 e la batteria ricaricabile 4 è comparato con una soglia predeterminata per verificare lo stato di carica della batteria ricaricabile 4.

I segnali di uscita dai mezzi di comparazione 8 sono inviati al microcontrollore 5-A sua volta il microcontrollore 5 riceve in ingresso un segnale proveniente direttamente dalla lampada 1 per il riconoscimento della presenza/assenza della lampada 1, cioè per verificare che la lampada 1 sia effettivamente inserita nel relativo portalampada e quindi collegata all'interno del circuito di alimentazione.

Tale segnale è presente solamente nel caso di lampade di emergenza del tipo "sempre accese" descritto in precedenza.

II microcontrollore 5 pilota inoltre una pluralità di LED luminosi 9 (uno solo dei quali è mostrato nella figura) indicanti visivamente lo stato della lampada 1.

Una pluralità di interruttori S1, S2, .., SN sono preposti per il controllo centralizzato dell'inibizione locale della lampada 1 pilotata dal microcontrollore 5. Gli interruttori S possono variare in numero da 1 a n per poter controllare l'inibizione della lampada 1 da una pluralità di punti differenti all'interno dell'edificio in cui è collocata la lampada di emergenza 1.

Con riferimento alle sopra citate figure, il funzionamento del dispositivo secondo il trovato è come segue.

Occorre innanzitutto distinguere tra lampade di emergenza la cui accensione avviene unicamente in caso di assenza della tensione di rete e lampade di emergenza cosiddette "sempre accese" che svolgono quindi la duplice funzione di dispositivi di illuminazione normali e di emergenza.

Nel caso dì condizioni operative normali, cioè in assenza di interruzione dell'alimentazione di rete, la lampada 1 è normalmente alimentata dai mezzi di alimentazione 3 collegati alla rete elettrica, ma rimane spenta. In questa situazione la batteria ricaricabile 4 è sotto carica. Naturalmente nel caso di lampada di emergenza sempre accesa la lampada in questa condizione sarà accesa.

Il microcontrollore 5 riceve in ingresso, dai mezzi di comparazione 8, il segnale di presenza di rete, il segnale di batteria scollegata e il segnale retroazionato dai mezzi invertitori 2 se la frequenza di pilotaggio dei mezzi invertitori 2 è quella ottimale per il massimo rendimento dei mezzi invertitori 2 e quindi per la massima efficienza luminosa della lampada ed il minore consumo energetico.

La comparazione tra i segnali in ingresso ai mezzi comparatori 8 e valori di soglia prefissati è effettuata in modo da inviare in uscita segnali informativi al microcontrollore 5 il quale provvede a pilotare di conseguenza i mezzi invertitori 2 per l'accensione della lampada 1.

Qualora si verifichi una condizione di interruzione dell'alimentazione la lampada 1 viene alimentata dalla batteria ricaricabile 4 la quale è in grado di garantire un’illuminazione di una certa durata alla lampada 1.

La condizione di assenza di tensione di rete è rilevata dai mezzi comparatori 8 i quali inviano un segnale di informazione al microcontrollore 5.

Il pilotaggio dei mezzi invertitori 2 da parte del microcontrollore 5 avviene variando la frequenza di pilotaggio dei driver 11 e 12 in modo tale che il valore di frequenza impiegato, opportunamente retroazionato dai mezzi invertitori 2 ai mezzi comparatori 8, raggiunga il valore ottimale preimpostato in fase di fabbricazione del dispositivo di illuminazione.

Quindi, se la frequenza di pilotaggio impiegata dal microcontrollore 5 è tale che il segnale di retroazione dai mezzi invertitori 2 ai mezzi di comparazione 8 non è in accordo con la soglia prefissata, il microcontrollore 2 esegue un cosiddetto "spazzolamento" di frequenze fino a quando il segnale di retroazione comparato nei mezzi comparatori 8 fornisce un risultato positivo indicante corrispondenza tra la frequenza di lavoro impiegata dal microcontrollore 5 e la soglia prefissata.

Tale soglia è scelta in modo da ottimizzare il rendimento dei mezzi invertitori 2 (e quindi della lampada 1) tenendo conto di tutte le variazioni dei componenti elettronici reali utilizzati.

In questo modo l'efficienza luminosa della lampada 1 e la durata della batteria 4 vengono fortemente migliorate. Infatti, la scelta della frequenza di lavoro, che avviene in tempo reale, permette di garantire il controllo degli assorbimenti di corrente della lampada 1 sia per il suo innesco che per il funzionamento a regime in modo da prolungare la durata della batteria e quindi di ottenere un funzionamento di emergenza prolungato nel tempo, a parità di dimensione di batteria, in confronto con lampade di emergenza di tipo tradizionale.

In questo modo, la ricerca in tempo reale della frequenza di lavoro ottimale per il rendimento dei mezzi invertitori 2 tiene conto dell'invecchiamento dei componenti elettronici nonché delle loro tolleranze al fine di ottimizzare in ogni circostanza il consumo energetico.

Il microcontrollore 5 provvede inoltre al controllo dello stato di carica della batteria e della condizione di batteria scollegata 4 tramite i segnali in ingresso dai mezzi comparatori 8.

Gli interruttori S permettono di disabilitare la lampada 1 qualora si desideri interrompere volontariamente per un qualsiasi motivo l'alimentazione di rete e quindi non si voglia che la lampada di emergenza 1 si accenda inopportunamente.

I LED 9 vengono pilotati in accensione e spegnimento dal microcontrollore 5 per indicare lo stato della lampada di emergenza 1.

Nel caso di lampada "sempre accesa", esiste un ulteriore collegamento tra la lampada 1 e il microcontrollore 5. In particolare, il microcontrollore 5 è in grado di riconoscere se la lampada 1 è inserita o meno nell'apposito portalampada e/o è fuori uso rispetto ad un funzionamento normale.

Nel caso di funzionamento non corretto o scollegamento della lampada 1 il microcontrollore 5 provvede a modificare il pilotaggio dei mezzi invertitori 2 in modo tale che la potenza dissipata dai driver 11 e 12 a vuoto sia ridotta al minimo. In questo modo, oltre a ridurre il consumo energetico si ottiene il vantaggio di preservare i driver 11 e 12 da possibili rotture dovute a sovraccarichi.

Al ripristino delle condizioni operative (collegamento della lampada 1), il microcontrollore 5 ricommuta al funzionamento normale.

Il microcontrollore 5 permette di evitare di scollegare fisicamente la batteria 4 dal circuito del dispositivo di illuminazione secondo il trovato per impedire che quest'ultima si scarichi in fase di stoccaggio del dispositivo: infatti il microcontrollore 5, se non alimentato, non pilota i mezzi invertitori 2 per l'accensione della lampada e quindi il consumo della batteria 4 è fortemente ridotto non necessitando dunque il suo scollegamento dal dispositivo di illuminazione.

Si è in pratica constatato come il dispositivo di illuminazione di emergenza secondo il trovato assolva pienamente il compito prefissato in quanto il microcontrollore consente di controllare lo stato e il funzionamento della lampada riducendo al minimo, in tempo reale (quindi al mutare delle condizioni dei dispositivi elettronici) il consumo energetico mediante la scelta della frequenza ottimale di pilotaggio dei mezzi invertitori.

Questa caratteristica permette di accrescere la durata dell'illuminazione di emergenza a parità di tipo di batteria impiegata rispetto ad una lampada convenzionale, oppure di consentire l'utilizzo di batteria di minore potenza.

Il microcontrollore inoltre fornisce una serie di indicazioni sullo stato della lampada che sono facilmente "leggibili" tramite LED luminosi.

Il dispositivo così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo.

Così, ad esempio, le funzioni di controllo esplicate dal microcontrollore possono essere ampliate senza modificare la configurazione circuitale del dispositivo secondo il trovato, in modo da adattarsi alle possibili espansioni del dispositivo di illuminazione.

Infine, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica, i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Claims (13)

1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di illuminazione di emergenza a consumo ottimizzato comprendente una sorgente luminosa, mezzi invertitori per l'accensione di detta sorgente luminosa, mezzi di alimentazione per l'alimentazione dalla rete e mezzi di alimentazione ausiliari, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di controllo e pilotaggio atti a determinare in tempo reale e in modo continuo la frequenza di pilotaggio ottimale di detti mezzi invertitori per l'accensione di detta sorgente luminosa con il minimo assorbimento di corrente possibile da detti mezzi di alimentazione ausiliari.
2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di comparazione collegati tra detti mezzi di alimentazione, detti mezzi di alimentazione ausiliari e detti mezzi di controllo e pilotaggio, detti mezzi di comparazione essendo atti a ricevere in ingresso il valore della frequenza di pilotaggio dei mezzi invertitori retroazionato da detti mezzi invertitori, in modo da comparare in tempo reale e in modo continuo detto valore con un valore di soglia prefissato, il segnale risultante da detta comparazione essendo inviato in ingresso a detti mezzi di controllo e pilotaggio per la determinazione, in base a detta comparazione, della frequenza di pilotaggio ottimale di detti mezzi invertitori.
3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione e detti mezzi di alimentazione ausiliari sono collegati a detti mezzi di comparazione per l'invio di segnali informativi del loro stato a detti mezzi di comparazione per la comparazione con valori di soglia prefissati, detti mezzi di comparazione inviando a loro volta segnali indicativi del risultato delle comparazioni a detti mezzi di controllo e pilotaggio.
4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e pilotaggio ricevono in ingresso un segnale di indicazione di presenza della tensione di alimentazione di rete, un segnale di indicazione dello scollegamento dei mezzi di alimentazione ausiliari, un segnale di indicazione dello stato di carica dei mezzi di alimentazione ausiliari e un segnale di accordo tra il valore della frequenza di pilotaggio di detti mezzi invertitori e il valore di soglia prefissato per detta frequenza.
5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e pilotaggio pilotano almeno un LED luminoso ad esso collegato indicante lo stato del dispositivo di illuminazione.
6. 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere almeno un interruttore per lo spegnimento di detta sorgente luminosa tramite detti mezzi di controllo e pilotaggio.
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di comprendere mezzi di regolazione di corrente e mezzi di regolazione di tensione per la carica di detti mezzi di alimentazione ausiliari.
8. 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa è collegata a detti mezzi di controllo e pilotaggio per l'invio di un segnale di indicazione di presenza di detta sorgente luminosa a detti mezzi di controllo e pilotaggio.
9. 9. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo e pilotaggio comprendono un microcontrollore.
10. 10. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta sorgente luminosa comprende un tubo al neon.
11. 11. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di alimentazione ausiliari comprendono almeno una batteria ricaricabile .
12. 12. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi invertitori comprendono una coppia di MOSFET pilotati da detti mezzi di controllo e pilotaggio.
13. 13. Dispositivo secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere una o più delle caratteristiche descritte e/o illustrate.