ITTV980114A1 - Alimentatore a commutazione particolarmente per lampade ad alta pressione e tubi al neon - Google Patents

Description

Titolo: ALIMENTATORE A COMMUTAZIONE, PARTICOLARMENTE PER LAMPADE AD ALTA PRESSIONE E TUBI AL NEON.

D E S C R I Z I O N E

La presente domanda ha per oggetto un alimentatore a commutazione, particolarmente per lampade ad alta pressione e tubi al neon con possibilità di regolazione della potenza e quindi , dell’intensità luminosa dell’emissione delle lampade in oggetto.

La tematica che si vuole esaminare è quella relativa all’accensione ed alimentazione di quei dispositivi di illuminazione (eventualmente generanti luce ultravioletta) denominati lampade ad arco", che comprendono i tubi al neon , impiegati comunemente per illuminazione domestica ed industriale , e (meno frequentemente) anche per generazione di ultravioletti, e le lampade ad alta pressione , impiegate ove occorrano intensità luminose elevate , con potenze di alimentazione dai 400W in su .

Tali lampade, per la loro caratteristica voltamperometrica, non possono essere collegate direttamente alla linea di alimentazione (220Vac o 380Vac) finché sono spente, infatti , si comportano praticamente come un circuito aperto, e anche se venissero connesse direttamente alla linea di alimentazione (almeno per tubi da 20W in su ) rimarrebbero spente; per ottenerne l’accensione occorre infatti che ai loro capi venga fornito un impulso di tensione elevata, breve (pochi microsecondi) ma di 500-1000V per i tubi al neon e addirittura di 5000-8000V per le lampade ad alta pressione; una volta innescato l’arco, che è quello che genera l'emissione (visibile o no che sia), tali lampade tendono a mantenere costante la tensione istantanea ai loro capi; è pertanto ancora impossibile alimentarle direttamente dalia linea .

La soluzione più comunemente adottata oggigiorno impiega alcuni componenti ausiliari, comunemente noti come reattori, che posti in serie a tali lampade permettono di alimentarle, una volta accese, dalla linea; i soli reattori, però, non realizzano l’innesco delle lampade ad arco, essendo necessari, a questo scopo, altri dispositivi, quali gli “starter" per i tubi al neon , e gli ‘‘accenditori ad alta tensione” per le lampade ad alta pressione.

Nelle figure 1 e 2 si sono illustrati due circuiti noti in cui si sono evidenziati con i numeri 1 i reattori, indicati anche con le sigle L1 per il tubo al neon 10 ed L2 per la lampada ad alta pressione 20, mentre con i numeri 2 si sono indicati lo starter per il neon, indicato anche con la sigla ST1, e per l’accenditore ad alta tensione per la lampada ad alta pressione, indicato con la sigla AC1; completano gli schemi dei condensatori di rifamento, indicati con i numeri 3 e con le sigle C1 e C2, i quali risultano indispensabili per potenze elevate.

Tali insieme di dispositivi (reattore più “starter” per i neon, o reattore pi accenditore per le lampade ad alta pressione) risulta però ingombrante, pesante (soprattutto dove le potenze sono rilevanti, cioè per le lampade ad alta pressione), non permette una regolazione della potenza (se non cambiando reattore o almeno utilizzando un’altra presa, nel caso di reattori a più prese), non mantiene la potenza alla lampada costante al variare della tensione di linea ( effetto assai più vistoso per i tubi a tensione più elevata) e, infine, assorbe dalla linea una potenza reattiva assai elevata che richiede, oltretutto, condensatori di rifasamento per le potenze elevate.

Infine lo "starter'’ dei tubi al neon è un dispositivo che esibisce un certo invecchiamento e , una volta difettato, impedisce alla lampada di accendersi . Un’altra soluzione oggigiorno ormai relativamente comune per i soli tubi al neon utilizza circuiti elettronici comunemente detti "ballast elettronici", apparsi sul mercato da circa 15-20 anni, grazie alla miglior disponibilità di componenti elettronici di potenza noti come BJT ad alta tensione e MOSFET ; con tali circuiti si è cercato di eliminare sia il reattore, sia lo “starter”, però limitatamente ai soli tubi al neon.

Questi oggetti inoltre manipolano tipicamente potenze contenute (50-200W) e comandano 1 o 2 tubi; essi non dispongono infine di una regolazione della luminosità.

Nella fig.3 è riportato uno schema noto e consolidato di tali “ballast elettronici’', ricavato da un manuale applicativo della Texas Instruments, che in tale pubblicazione spiega il principio di funzionamento di tale circuito e del modo con cui esso riesce ad accendere un tubo al neon grazie ad una induttanza opportunamente disposta , assieme ad altri componenti accesso, come condensatori e PTC.

Il circuito presentato in fig.3 alimenta comunque un solo tubo al neon gestisce una potenza assai limitata e non dispone di regolazione; esso, inoltre, è un circuito autooscillante, ovvero genera l’onda quadra con cui comanda il tubo al neon riportando porzione della corrente di collettore dei BJT alle basi. Al momento attuale tali circuiti non sono competitivi, per quanto concerne il costo, con i reattori.

Per quanto riguarda invece le lampade ad alta pressione, al momento non è ancora nota alcuna apparecchiatura che permetta di eliminare il connubio di reattore più accenditore (più un condensatore di rifasamento), nè di permettere di mantenere costante la potenza alla lampada pur variando la tensione di linea né di consentire di regolare la potenza facilmente: a riguardo si fa presente come, alle potenze in giuoco con tali lampade, la dissipazione dei reattori diventa tutt’altro che trascurabile, richiedendo spesso ventilazioni all’interno dell’apparecchiatura che ospita il tubo ed il reattore.

Compito principale di quanto forma oggetto della presente domanda è quello di risolvere i problemi sopra accennati, eliminando gli inconvenienti di cui alla tecnica nota citata e quindi di escogitare un trovato che permetta di conseguire l'accensione, l'alimentazione, la regolazione di tubi ad arco come quelli descritti, presentando al contempo un ingombro limitato, un peso contenuto, un alto rendimento ed affidabilità, ed una limitata immissione di potenza reattiva in linea senza utilizzare condensatori di rifasamento.

Nell'ambito del compito sopra esposto un altro importante scopo è quello di realizzare un trovato che risulti circuitalmente abbastanza semplice e che presenti costi realizzativi contenuti.

Il compito a gli scopi sopra accennati, nonché altri che più appariranno in seguito vengono raggiunti da un alimentatore a commutazione, particolarmente per lampade ad alta pressione e tubi al neon che si caratterizza per il fatto di comprendere un raddrizzatore, collegato direttamente alla linea con la possibile interposizione di un circuito di correzione della forma d'onda della corrente assorbita, atto a produrre una tensione continua adatta a comandare uno stadio di potenza a semiconduttori generante una onda quadra a frequenza variabile, detta onda quadra essendo adatta a comandare detta lampada e neon tramite un eventuale trasformatore/autotrasformatore, una induttanza per ciascuno tubo al neon ed una ulteriore induttanza saturabile per le lampade ad alta pressione, con un condensatore in parallelo a detta lampada o tubo al neon, detto alimentatore comprendendo una logica di controllo atta a distinguere le situazioni di lampade o neon accese o spente ed atta a generare l'innesco nel caso di lampade o neon spenti oppure a controllare la corrente nelle lampade o noen quando accesi, mantenendola costante al variare della tensione di linea e permettendone la regolazione.

Vantaggiosamente dette induttanze e condensatore sono atti ad innescare detti tubi ad arco per mezzo di una opportuna logica di controllo che comanda i semiconduttori di detto stadio di potenza con segnali adeguati, secondo una ben precisa sequenza atta a raggiungere l’accensione finché detto tubo è spento e poi atta a mantenere la potenza costante quando detto tubo è acceso.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una particolare , ma non esclusiva , forma realizzazione , illustrata a titolo indicativo e non limitativo nelle allegate tavole di disegni in cui :

le figure 1 e 2 riportano i due schemi comunemente in uso per accendere ed alimentare le lampade ad alta pressione e i tubi al neon;

la fig.3 riporta uno schema noto e consolidato di “ballast elettronico";

la fig.4 riporta lo schema di principio adottato per realizzare il trovato; la fig.5 illustra lo schema di principio grazie al quale è possibile ottenere la tensione di innesco ,

particolarmente messo a punto per le lampade ad alta pressione;

la fig.6 illustra una connessione deH’alimentatore ad un possibile gruppo di tubi al neon;

la fig.7 illustra una possibile realizzazione della logica di controllo dell'alimentatore.

Con riferimento alle figure precedentemente citate, ed in particolare con riferimento alla fig.4, si è evidenziato con il numero 4 lo stadio di potenza prescelto che è preferibilmente, ma non esclusivamente, un circuito noto come "semiponte”, dove sono stati impiegati semiconduttori noti come IGBT ; tali scelte sono fatte per economia e semplicità , e per le tensioni in giuoco , ma ancorché non vincolanti.

Alternativamente possono essere utilizzate altre soluzioni equivalenti, quali, ad esempio, il poste intero, il Flyback, il Forward, il Push-pull.

Tale "semiponte" é equivalente ad un generatore di tensione quadra di valore assai superiore alla tensione di arco della lampada ad alta pressione 20.

Tale “semiponte", costituito dagli interruttori elettronici indicati con il numero 5 e con le sigle Q1 e Q2, alimenta la lampada ad alta pressione 20 tramite un trasformatore o autotrasformatore indicato con il numero 6 e con la sigla T1 tramite due induttanze, indicate con i numeri 7 e con le sigle L1 e L2 e con a presenza di un condensatore indicato con il numero 8 e con la sigla C1.

La corrente che attraversa le induttanze L1 , L2 ( e quindi la lampada ad alta pressione 20, una volta accesa , e supponendo trascurabile in tale situazione C1) attraversa un trasformatore di corrente, indicato con il numero 9 e con la sigla T2 , che riporta una copia opportunamente ridotta di detta corrente ad una logica di controllo, indicata con il numero 11.

La induttanza L1 è l’induttanza che di fatto permette di accoppiare l’uscita del “semiponte" alla lampada medesima: essa fa in modo che la corrente che alimenta la lampada sia approssimativamente triangolare, e si può facilmente verificare che l'ampiezza picco-picco di detta corrente e quindi il suo valore variano in funzione della frequenza dell’onda quadra generata dal “semiponte” , nonché in funzione del valore dell'induttanza L1 medesima . Perciò , variando la frequenza di comando di detti interruttori elettronici Q1 e Q2 del “semiponte” tramite la logica di controllo 11, è possibile variare la corrente efficace che attraversa la lampada ad alta pressione 20 regolandone cosi la luminosità; e questa è una delle più importanti rivendicazioni del ritrovato. La logica di controllo 11, inoltre , viene informata della corrente che attraversa la lampada ad alta pressione 20 tramite il trasformatore di corrente T2 , ed è in grado di cambiare la frequenza di comando del “semiponte” per mantenere tale corrente costante , al variare per esempio , della tensione di linea .

Perciò con un semplice potenziometro, indicato con il numero 12, è possibile impostare la corrente che deve attraversare la lampada, regolando cosi la potenza, ed un opportuno circuito di retroazione 13 fa in modo che la corrente nella lampada, rilevata tramite il trasformatore di corrente T2 rimanga poi uguale al valore impostato per qualunque causa che tenda a variarla.

Una tecnica di regolazione della potenza erogata da un alimentatore switching per mezzo della frequenza è conseguibile anche mediante alimentatori noti, per esempiodel tipo denominato “semi-ponti risonanti con carico serie o parallelo” o “convertitori quasi risonanti”, che però non vengono utilizzati nell’ambito dell’illuminazione, dove, si ribadisce, non esistono alimentatori a commutazione adatti a comandare le lampade ad alta pressione. Per motivi di efficienza del "semiponte”, di semplicità dei circuiti di pilotaggio degli 1GBT, di contenimento dei disturbi generati dall’alimentatore, la frequenza di commutazione a lampada accesa varia preferibilmente da 35khz a 20khz .

L’induttanza L1 è perciò studiata e dimensionata per fornire la giusta corrente alla lampada, partendo dalla tensione picco-picco generata dal ponte di potenza 4 e dalla tensione che si manifesta ai capi della lampada quando questa è accesa.

Il valore della induttanza dipende dal valore della tensione quadra che si localizza ai suoi capi, dalla frequenza di lavoro e dalla corrente efficace che si vuole imprimere nella lampada.

La fig.5 illustra lo schema di principio grazie al quale è possibile ottenere la tensione di innesco, particolarmente messo a punto per le lampade ad alta pressione 20 (che necessitano di 5000-8000V), partendo da una tensione alternata sensibilmente più bassa, sfruttando la risonanza di un circuito RLC serie.

Quanto si va a descrivere è necessario per le lampade ad alta pre sione c appunto abbisognano per l'accensione di tensioni nettamente più elevate di quelle poi necessarie una volta accese; per i tubi al neon l’induttanza saturabile L2, che si sta per descrivere, non è, necessaria, e nello schema di alimentazione dei tubi al neon essa non è presente.

Tale schema di principio é parzialmente somigliante a quello sfruttato nel citato cicircuito della Texas Instrument, che però non é utilizzabile nel presente campo di applicazione.

L'analisi qui presentata è invece rigorosa , le equazioni riportate sono facilmente interpretabili, e dimostrano come, sollecitando una cella RLC serie con una sinusoide di frequenza pari alla frequenza di risonanza, si possa ottenere sul condensatore una tensione Q volte più grande della tensione di ingresso, essendo Q=1/R*sqrt(L/C) , e quindi potendo raggiungere abbastanza facilmente valori dell'ordine del centinaio.

L’induttanza L va quindi disposta in serie alla lampada, ma si segnala subito che usare la medesima che adatta il “semiponte" alla lampada ad alta pressione non è sufficiente, poiché L di adattamento e L di accensione devono avere valori sensibilmente diversi; per i tubi al neon, invece, i due valori di L possono essere assai prossimi e si può usare un solo componente; la trattazione in corso, comunque, rimane valida.

Il condensatore C è un opportuno condensatore che si connette, di fatto, in parallelo alla lampada; la resistenza R ingloba in sé tutte le componen dissipative del condensatore, e soprattutto dell’induttanza e del trasformator di uscita.

Comandando quindi il ponte di potenza alla frequenza di risonanza, si pu cercare di sfruttare il fenomeno descritto per ottenerne l’innesco dell lampada spenta.

Il condensatore C non può essere però troppo alto, perché, come detto , esso si trova in parallelo alla lampada e quando essa è accesa il suo effetto deve essere trascurabile per non caricare il ponte di potenza con un inutile carico supplementare, benché reattivo, che peggiorerebbe l’efficienza e la bontà della regolazione.

Inoltre un aumento di C abbassa il valore di Q; nemmeno L può essere troppo alta nel caso di lampade ad alta pressione, perché la scelta del suo valore dipende dalle considerazioni fatte prima circa il suo ruolo nel determinare la corrente nella lampada; un suo valore troppo alto costringerebbe a frequenza operativa a lampada accesa troppo bassa o a progettare T1 con rapporto - spire più sfavorevole per il dimensionamento di Q1 e Q2.

Pertanto i valori di C e di L di fatto vanno vincolati dal resto del progetto, e produrrebbero (per le lampade ad alta pressione) una frequenza di risonanza attorno ai 300Khz; tale frequenza è irraggiungibile per un alimentatore a commutazione strutturato per 20-40Khz, essendo gli IGBT inadatti a tali frequenze (raggiunte dai “mosfet” che però comportano altri pesanti penalizzazioni circuitali) e dovendosi completamente ridisegnare sia i “driver" (che dovendo gestire potenze 10 volte superiori non possono più essere semplici ed economici) sia la logica di controllo.

La soluzione adottata per le lampade ad alta pressione, che é ulteriore oggetto di rivendicazione, è quella di porre in serie a L1, che è unaa, induttanza di accoppiamento tra l'uscita ad onda quadra del semiponte di potenza 4 e la lampada, una seconda induttanza L2, di valore più alto volte) ma saturabile; in tal modo , finché la lampada è spenta e la corrente che la percorre è nulla , L2 appare in serie a L1 e abbassa di un fattore 2-2.5 la frequenza di risonanza L1-L2-C , portandola attorno ai 150khz ; così facendo , inoltre, aumenta il fattore di merito del circuito elevando la tensione disponibile su C alla risonanza.

A lampada accesa la corrente che attraversa L1 e L2 è tale da far saturare L2 per la maggior porzione di ogni semiperiodo di funzionamento, lasciando sostanzialmente perciò la sola L1 ( assai più piccola di L2 ) responsabile della forma e ampiezza della corrente nella lampada.

La distorsione sulla forma d’onda della corrente e la dissipazione su L2 per effetto della saturazione sono abbastanza irrilevanti.

Comandare gli IGBT del ponte di potenza a 150khz, quando la frequenza operativa è poi cinque volte inferiore, non è comunque cosa agevole perché sarebbero necessari “driver” complessi che si vogliono evitare; la soluzione adottata, anch'essa oggetto di rivendicazione, è quella di portare la frequenza di lavoro del ponte attorno ai 50-60khz, sfruttando perciò la terza armonica dell’onda quadra in uscita per sollecitare il circuito L1-L2-C alla nuova (ridotta) frequenza di risonanza.

Tale soluzione è fattibile in quanto è possibile esprimere una grandezza periodica come somma di sinusoidi e cosinusoidi di frequenza pari alla frequenza della grandezza in giuoco, e di tutte le loro infinite armoniche di frequenza multipla di ampiezza opportuna; in particolare un'onda quadra, come quella generata dal ponte di potenza, è scomponibile in una sui fondamentale di opportuna ampiezza, più la terza armonica, pari a 1/3 della fondamentale, più tutte le altre armoniche dispari di ampiezza decrescente, perciò se il semiponte di potenza stesse generando una onda quadra di ampiezza 100Vpicco, essa è scomponibile in una sinusoide fondamentale di ampiezza 127Vpicco, più la terza armonica di ampiezza 42Vpicco, più una quinta di ampiezza 25Vpicco e così via.

Pertanto, se la logica di controllo, a lampada spenta, comanda il semiponte di potenza a 50-60khz, la terza armonica coincide con la frequenza di risonanza di L1-L2-C, e se il Q di tali circuiti è abbastanza elevato, si possono ottenere su C gli 8000V necessari per l'innesco di una lampada ad alta pressione.

Va detto che anche il "ballast elettronico" della Texas Instrument di fatto si giova di questo meccanismo, poiché anch'esso a lampada spenta vede un carico risonante; è però nettamente avvantaggiato dal valore di L1 di fig.3 assai elevato (15-20 volte, essendo il carico un tubo al neon che necessita di correnti assai più piccole) rispetto a quanto necessario per la lampada ad alta pressione, cosa che permette una risonanza attorno ai 40-50Khz; data poi la minor tensione necessaria per innescare i tubi al neon (500-1000V), la medesima frequenza di autooscillazione a tubo acceso (o poco più alta, come avviene per effetto della maggior corrente che interessa TR1,TR2,R4,R6 e T2 durante l’innesco) permettono il raggiungimento della tensione di accensione. Il circuito L1-L2-C ha però delle non trascurabili tolleranze sui valori dei componenti; C può essere reperito con tolleranza del 10% (o volendo 5%); per L1 , L2 non ci può aspettare una tolleranza minore del 10-15%; in definitiva la frequenza di risonanza di L1-L2-C può variare almeno dello stesso ordine di grandezza, e non si può essere sicuri, sollecitando il semiponte di potenza, con una frequenza attorno ai 50-60khz, di eccitare la frequenza di risonanza dei tre componenti.

In questo caso entra in giuoco la ennesima soluzione del trovato di cui si rivendica l’originalità, cioè il fatto che, a lampada spenta, la frequenza di lavoro del semiponte esplori tutta la gamma possibile data la tolleranza precedentemente segnalata, per ottenere la risonanza di L1-L2-C; pertanto la logica di controllo comanda il semiponte di potenza con una frequenza che in qualche decimo di secondo passa, ad esempio, semi da 60khz a 20khz , e questo per alcune volte fino ad ottenere l’innesco.

Va da sé che una volta innescato l'arco la logica di controllo deve cambiare modalità di lavoro , passando perciò dallo “spazzolare ” da 60 a 20khz in cerca della risonanza di L1-L2-C, alla regolazione della corrente che attraversa la lampada modificando perciò stavolta la frequenza per mantenere tale corrente costante.

Si desume da quanto detto quella che è una ulteriore rivendicazione del trovato in oggetto, cioè che la logica di controllo deve essere in grado di distinguere la situazione di lampada spenta da quella di lampada accesa, iniziando nel primo caso la ricerca della risonanza di L1-L2-C fino ad ottenere l'innesco della lampada, e controllando nel secondo caso la frequenza di lavoro per mantenere costante la corrente efficace nella lampada medesima.

Tale compito è stato raggiunto in due modi, uno che utilizza un circuito elettrico a porte logiche standard come il noto CD40106 , e circuiti integrati lineari come LM393 , LM358; un secondo modo più raffinato è stato quello di affidare la gestione dell’intero processo di accensione-regolazione della lampada ad un microprocessore , dotato di un opportuno software che, come già detto, riconosca se la lampada è On o OFF , comandi il ponte di potenza a frequenza variabile finché la lampada è spenta, e a lampada accesa inizi la regolazione della frequenza secondo quanto descritto.

Una tale soluzione ha il vantaggio di poter gestire situazioni più complesse, come per esempio la riaccensione della lampada a caldo (dopo una interruzione di linea.per esempio), cosa che richiede tensioni più alte e può non essere immediata; può gestire anche il comando multiplo di più lampade, cosa di cui il trovato è capace e di cui si rivendica ancora l’originalità; può permettere il comando remoto tramite il computer, nel caso si disponga di un sistema di numerose lampade, da comandare simultaneamente (come per esempio nel settore della illuminazione pubblica o industriale); può permettere sequenze di illuminazione a potenze diverse per tempi diversi (es: abbronzatura); può permettere accensioni programmate con eventi particolari (es: lampada crepuscolare).

Si ribadisce , infine, che la struttura della rete di uscita (L1-L2-C) è necessaria solo per comandare le lampade ad alta pressione, che necessitano di tensioni di innesco assai elevate (5000-8000V); per i tubi al neon la struttura indicata nella fig.6 è ampiamente sufficiente, pur rimanendo valido il meccanismo di "ricerca della risonanza" prima descritto, e il successivo meccanismo di "regolazione della frequenza” per controllare la potenza; per gestire situazioni anomale (es: spegnimento di un tubo in un gruppo di 50 tubi) la logica può sondare individualmente la corrente di ciascun tubo o di gruppi di tubi (es:5 gruppi da 10) per risparmiare componenti o semplificare il cablaggio.

Una tale soluzione è esemplificata in Figura 6, dove sono indicati con numero 14 i trasformatori di corrente (indicati con la sigla TA) che realizzano quanto descritto.

Anche queste possibili varianti dei circuiti proposti sono da ritenersi oggetto di rivendicazione .

Anche l'utilizzo di un TA attraversato da più coppie di cavi di alimentazione di singoli neon in senso opposto, per rivelare così lo spegnimento di uno dei neon, è da ritenersi cosa valutata e oggetto della presente trattazione.

Da ultimo, si segnala come l’alimentatore in oggetto sia stato concepito per essere connesso ad una linea di alimentazione trifase, a 220-400V (con l’interposizione di un eventuale filtro); la sua connessione ad una linea Monofase (220V domestici, per esempio) è ugualmente possibile, aggiungendo alcuni componenti supplementari come condensatori e circuiti di riduzione della corrente di spunto come le normative Europee prevedono, o per mezzo di circuiti correttori della corrente assorbita dalla linea conosciuti come PFC come le stesse normative impongono già per alcuni ambiti e potenze , e come imporranno in ambiti sempre più estesi nei prossimi anni.

Anche queste varianti del trovato sono da ritenersi oggetto della presente richiesta, realizzando sempre nel loro complesso un alimentatore a commutazione per lampade ad alta pressione e tubi al neon, con regolazione della potenza, in grado di produrre l’accensione delle medesime lampade senza impiego di “starter" e/o accenditori.

L’alimentatore descritto risulta diverso e maggiormente complesso circuitalmente rispetto al “ballast per neon" di cui alla fig.3 essendo quest’ultimo pressoché un circuito autooscillante, esistendo una circuiteria di alimentazione delle lampada ad arco nettamente diversa, e soprattutto essendovi nell’alimentatore oggetto della presente domenda un circuito di controllo adatto a gestire l’accensione della lampada e la sua regolazione, cosa completamente assente nel circuito Texas Instruments, ma non in grado di comandare potenze elevate, né tantomeno di gestire lampade ad alta pressione.

Si è così constatato come il trovato abbia raggiunto il compito e gli scopi prefissati, essendosi escogitato un alimentatore che permette di conseguire l’accensione, l’alimentazione, la regolazione di tubi al neon o lampade ad alta pressione presentando al contempo un ingombro limitato, un peso contenuto, un alto rendimento ed affidabilità, ed una limitata immissione di potenza reattiva in linea senza utilizzare condensatori di rifasamento, tale alimentatore risultando al contempo circuitalmente abbastanza semplice e di costi realizzativi contenuti.

Naturalmente il dispositivo è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nel’ambito del medesimo concetto inventivo.

Naturalmente anche i materiali nonché le dimensioni costituenti i singoli componenti del dispositivo potranno essere i più pertinenti a seconda delle specifiche esigenze.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1 ) Alimentatore a commutazione, particolarmente per lampade ad alta pressione e tubi al neon che si caratterizza per il fatto di comprendere un raddrizzatore, collegato direttamente alla linea con la possibile interposizione di un circuito di correzione della forma d’onda della corrente assorbita, atto a produrre una tensione continua adatta a comandare uno stadio di potenza a semiconduttori generante una onda quadra a frequenza variabile, detta onda quadra essendo adatta a comandare detta lampada e neon tramite un eventuale trasformatore/autotrasformatore, una induttanza per ciascuno tubo al neon ed una ulteriore induttanza saturabile per le lampade ad alta pressione, con un condensatore in parallelo a detta lampada o tubo al neon, detto alimentatore comprendendo una logica di controllo atta a distinguere le situazioni di lampade o neon accese o spente ed atta a generare l’innesco nel caso di lampade o neon spenti oppure a controllare la corrente nelle lampade o noen quando accesi, mantenendola costante al variare della tensione di linea e permettendone la regolazione.
2. 2) Alimentatore come alla rivendicazione 1 che si caratterizza per il fatto che dette induttanze e condensatore sono atti ad innescare detti tubi ad arco per mezzo di una opportuna logica di controllo che comanda i semiconduttori di detto stadio di potenza con segnali adeguati, secondo una ben precisa sequenza atta a raggiungere l’accensione finché detto tubo è spento e poi atta a mantenere la potenza costante quando detto tubo è acceso.
3. 3) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 2 che si caratterizza per il fatto di comprendere un raddrizzatore connesso direttamente alla linea di alimentazione, eventualmente con l’interposizione di un filtro, detto raddrizzatore generando una tensione pressoché continua, con cui alimenta uno stadio di potenza a semiconduttori, preferibilmente ‘‘semiponte” od un ponte intero, funzionante a 20-60khz, detto stadio di potenza alimentando un eventuale trasformatore o autotrasformatore per adattare la tensione da esso generata alla tensione di arco di detta lampada, il secondario di detto trasformatore giungendo a detta lampada tramite condensatori ed induttanze atti ad ottenere l'innesco per mezzo di una opportuna logica di controllo che comanda i semiconduttori di detto stadio di potenza con segnali adeguati, secondo una sequenza atta a raggiungere l’accensione finché detto tubo è spento, e poi atta a mantenere la potenza costante quando detto tubo è acceso.
4. 4) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 3 che si caratterizza per il fatto che la regolazione della potenza è ottenuta regolando la frequenza di lavoro di detto stadio di potenza per mezzo di una induttanza L1 che adatta l’onda quadra generata da detto ponte a detta lampada. a detta logica di controllo una copia del valore di detta corrente, che , confrontata con un riferimento opportuno, le permettono di aggiustare la frequenza di lavoro di detto stadio di potenza per mantenere detta corrente costante. 6) Alimentatore come alle rivendicazioni 1, 3 e 5 che si caratterizza per il fatto che detta corrente che attraversa detta lampada, e ne determina l’emissione di energia , visibile o no che sia, risulta regolabile cambiando il riferimento con cui viene confrontata la corrente riportata da detto TA. 7) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 6 che si caratterizza per il fatto di realizzare l'innesco di dette lampade, ed in particolare per lampade ad alta pressione, per mezzo della risonanza del circuito in uscita al detto stadio di potenza, risonanza ottenuta ad una frequenza raggiungibile dal detto stadio di potenza, per dette lampade ad alta pressione, grazie alla presenza, nel circuito dì uscita, di un condensatore C e di una ulteriore induttanza saturabile L2 che a lampada accesa tende ad azzerarsi lasciando alla sola induttanza L1 lo scopo di adattare detto stadio a detta lampada per sagomare opportunamente la corrente e poterla regolare cambiando frequenza di lavoro. 8) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 7 che si caratterizza per il fatto di sollecitare detta risonanza di detto circuito in uscita a detto stadio di potenza facendo lavorare detto stadio di potenza, a lampada spenta, a frequenza variabile sfruttando la terza armonica della tensione generata per contenere il valore di detta induttanza saturabile e del condensatore in parallelo a detta lampada, e il valore massimo della frequenza di lavoro di detto stadio di potenza potendosi così impiegare “driver” economici e semiconduttori non veloci come i MOSFET ma adatti ad alte tensioni del tipo noto come IGBTI. 9) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 8 che si caratterizza per il fatto di utilizzare per la realizzzione dello stadio di potenza semiconduttori noti come MOSFET, o MCT, o SCR, o ASCR, o GTO. 10) Alimentatore come alle rivendicazioni 1 e 9 che si caratterizza per il fatto che tutta la gestione delle fasi di accensione-regolazione di detta lampada è affidata ad una opportuna logica di controllo, in grado di riconoscere se detta lampada è accesa o spenta, e di comandare di conseguenza detto ponte di potenza con i segnali opportuni. 11) Alimentatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che, a lampada spenta, la frequenza di lavoro di detto ponte esplora tutta la gamma possibile, date le tooleranze dei componenti L1, L2 e C, per ottenere la risonanza di dette induttanze e condensatore, detta logica di controllo comandando detto stadio di potenza con una frequenza che in qualche decimo di secondo passa preferibimente da 60khz a 20khz , e questo per alcune volte fino ad ottenere l’innesco, una volta innescato l’arco detta logica di controllo cambiando modalità di lavoro e passando dallo "spazzolare” da 60 a 20khz in cerca della risonanza di dette induttanze e condensatore alla regolazione della corrente che attraversa detta lampada modificando detta frequenza per mantenere tale corrente costante. 12) Alimentatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta logica di controllo é in grado di distinguere la situazione di lampada spenta da quella di lampada accesa, iniziando nel primo caso la ricerca della risonanza di dette induttanze e condensatore fino ad ottenere l'innesco di detta lampada, e controllando nel secondo caso la frequenza di lavoro per mantenere costante la corrente efficace in detta lampada medesima attraverso un circuito elettrico a porte logiche standard quali il noto CD40106, e circuiti integrati lineari quali LM393, LM358. 13) Alimentatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per il fatto che detta logica di controllo é in grado di distinguere la situazione dì lampada spenta da quella di lampada accesa, iniziando nel primo caso la ricerca della risonanza di dette induttanze e condensatore fino ad ottenere l’innesco di detta lampada, e controllando nel secondo caso la frequenza di lavoro per mantenere costante la corrente efficace in detta lampada medesima affidando la gestione dell’intero processo di accensioneregolazione di detta lampada ad un microprocessore, dotato di un opportuno software che riconosca se detta lampada è On o OFF, comandi detto stadio di potenza a frequenza variabile finché detta lampada è spenta, e a lampada accesa inizi la regolazione della frequenza. 14) Alimentatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti che si caratterizza per il fatto di essere in grado di comandare simultaneamente più lampade ad alta pressione o più tubi al neon mediante l'impiego di piccole induttanze individuali per ciascuno di detti neon e con eventuali circuitene accessorie basate su trasformatori di corrente per individuare la presenza di eventuali neon non accesi. 15) Alimentatore come ad una o più delle rivendicazioni precedenti, che si caratterizza per quanto descritto ed illustrato nelle allegate tavole di disegni .