ITUB20155559A1 - Alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione - Google Patents
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Description
“Alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione”
Campo del trovato
La presente invenzione ha per oggetto un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione. In particolare, la presente invenzione si riferisce agli alimentatori di emergenza intesi per essere affiancati ed operativamente associati agli alimentatori ordinari di rete, al fine di far operare la sorgente luminosa in modalità emergenza. Preferibilmente ma non esclusivamente, la presente invenzione si riferisce agli alimentatori di emergenza intesi per essere abbinati ad apparecchi di illuminazione successivamente alla loro produzione (kit di conversione) al fine di trasformare l'apparecchio di illuminazione in un apparecchio di illuminazione di emergenza. Preferibilmente ma non esclusivamente, la presente invenzione si riferisce agli alimentatori di emergenza per sorgenti luminose alimentate in parametri continui (es. corrente continua DC). Preferibilmente ma non esclusivamente, la presente invenzione si riferisce agli alimentatori di emergenza per sorgenti luminose di tipo LED.
Background del trovato
Alimentatori di emergenza per sorgenti luminose atti a trasformare un apparecchio di illuminazione in un apparecchio di illuminazione di emergenza sono noti. Se ne possono individuare due principali fattispecie.
La tipologia Inverter di emergenza, costituita da un dispositivo integrante o meno una sorgente di sicurezza interposta tra la rete di alimentazione e l’alimentatore di rete così da poterlo alimentare da sorgente di sicurezza e garantirne il funzionamento anche in assenza della rete di alimentazione.
La seconda fattispecie, a cui la presente descrizione si riconduce, è nota come “modulo di conversione” (Converter Kit) ed è in genere associata ad alimentatori ordinari ma da essi indipendenti, in grado cioè di accendere ed alimentare la sorgente luminosa mediante un proprio alimentatore incorporato e in grado di coordinare il proprio funzionamento a quello dell’alimentatore di rete per mezzo di una sezione di interfaccia appositamente progettata. Quando viene meno la tensione di rete, il modulo di conversione alimenta la sorgente luminosa attingendo l’energia dalla batteria ricaricabile (sorgente di sicurezza).
Ad esempio, il documento pubblico US 2014/0312699 illustra un alimentatore di backup a potenza costante per apparecchi di tipo LED che comprende una batteria che viene caricata mentre una sorgente in corrente alternata AC è attiva. Un circuito provvisto di interruttori commuta tra l’alimentazione AC e quella di emergenza spostando contatti su posizioni differenti. Quando la sorgente AC viene meno, un banco di condensatori caricato dalla batteria fornisce corrente al primario di un convertitore flyback che opera in modo discontinuo. Il secondario del convertitore flyback fornisce potenza costante al LED.
Il documento pubblico EP 2 011 211 illustra un dispositivo di illuminazione di emergenza per fornire illuminazione ad una fonte luminosa quale un LED. Il dispositivo comprende una batteria ed un circuito di ricarica alimentato con la tensione di rete e dotato di un convertitore flyback. Il convertitore flyback è configurato per ricaricare la batteria. Il dispositivo comprende inoltre un circuito di comando alimentato durante il funzionamento di emergenza dalla batteria ed in grado di gestire l’alimentazione del LED.
Sommario
In tale ambito, la Richiedente ha percepito la necessità di migliorare gli alimentatori di emergenza noti con particolare riferimento alle loro prestazioni, in termini di efficienza, affidabilità ed alle modalità di installazione degli stessi su apparecchi già esistenti.
La Richiedente ha infatti osservato che la sezione di interfaccia integrata negli alimentatori di emergenza di tipo noto solitamente esegue la commutazione dall’alimentazione ordinaria all’alimentazione in emergenza, tra la (sorgente di) rete e la propria batteria, tramite interruttori/relè che si muovono fisicamente tra un contatto e l’altro (si veda ad esempio il documento noto US 2014/0312699).
Tali interruttori/relè, in genere incorporati nell’alimentatore di emergenza, devono essere fisicamente interposti tra l’alimentatore di rete e la sorgente luminosa e questo comporta la necessità di alterare i cablaggi originali, tagliare/scollegare i cavi ed eseguire nuovi collegamenti nell’alimentatore di emergenza. Oltre a notevoli tempi/costi di intervento, queste operazioni relativamente complesse possono portare ad effettuare errori di collegamento con conseguente danneggiamento dell’apparecchio. Inoltre, apparecchi così modificati, originariamente conformi a requisiti generali afferenti alla sicurezza elettrica e alle regole generali di costruzione, potrebbero non risultare più conformi, in ogni caso richiedendo ulteriori e dispendiose analisi per verificare il mantenimento dei requisiti di sicurezza minimi garantiti dal prodotto originale.
Circa i sistemi di interfaccia basati su contatti automatici (relè) la Richiedente ha osservato che i contatti in scambio dei relè sono sottoposti a stress elettrici che accorciano la vita dei contatti stessi. Questi sono dovuti dalla commutazioni di correnti non nulle in presenza di induttanze parassite. Inoltre, in presenza di elementi di interfaccia basati sulla commutazione meccanica di contatti, sottopongono i circuiti a valle (nella fattispecie la sorgente luminosa) a extra correnti tanto più elevate se in assenza di idonei circuiti di attenuazione. Questo accade in particolare al momento del passaggio da funzionamento emergenza (assenza rete) al funzionamento ordinario (presenza rete). Per ovviare a questi funzionamenti le principali tecniche note, si basano sull’introduzione di ritardi e/o contatti addizionali (sull’alimentazione dell’alimentatore di rete) così da coordinare il funzionamento dell’alimentatore di rete al funzionamento dell’alimentatore d’emergenza. Questo però comporta un certo ritardo tra il momento di mancanza rete e l’accensione delle sorgenti luminose da batteria.
La soluzione ideata dalla Richiedente ovvia e supera questi problemi realizzando un interfaccia basata sull’accoppiamento tra i circuiti realizzata con trasformatore provvisto di idoneo isolamento e circuito di protezione in uscita.
La Richiedente ha inoltre osservato che gli alimentatori di tipo noto non permettono di assicurare la stabilità del loro funzionamento, in particolare per quanto riguarda la potenza trasferita in uscita, se non attraverso l’inserimento nella sezione di uscita, di parti circuitali per le misure dirette sul carico (la sorgente luminosa) o sull’accumulatore, stabilendo così un controllo in retroazione; questo influisce sulle prestazioni dell’alimentatore e del sistema in generale, poiché le misure dirette fanno perdere efficienza.
Il sistema che la Richiedente propone rileva una misura (corrente di picco) e ne stima la potenza assorbita facendo riferimento solamente a parametri progettuali del circuito. Non si eseguono misure che facciano in alcun modo riferimento a grandezza relative al carico applicato. In questo modo si ha una miglior comportamento sia in termini di stabilità sia in termini energetici dal momento che si basa su quantità conosciute (non ultima l’energia disponibile dalla batteria) mentre il carico può avere parametri sconosciuti.
La Richiedente ha anche osservato che gli alimentatori di tipo noto sono complessi ed adottano soluzioni (come i relè) tali da dissipare quantità non trascurabili di energia (consumi relativamente elevati). La dissipazione di energia produce calore che può influenzare negativamente le prestazioni degli alimentatori stessi (in termini ad esempio di vita operativa della/e batteria/e che essi contengono).
In tale ambito, la Richiedente si è posta dunque i seguenti obiettivi:
<■>ideare un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione che fornisca prestazioni migliorate, in particolare ma non esclusivamente, una migliore efficienza di trasferimento dell’energia dalla sorgente di sicurezza al carico (prestazioni luminose), ad esempio in termini di efficienza riducendo le perdite di potenza sui circuiti;
<■>ideare un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione relativamente semplice ed affidabile, in particolare eliminando le parti fisicamente in movimento causa primaria di inaffidabilità dei sistemi;
<■>ideare un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione che sia facilmente installabile su apparecchi già esistenti in modo da incrementare la sicurezza dell’apparecchio modificato, da diminuire i costi di installazione e da agevolare l’intervento dell’installatore;
<■>ideare un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione che possa, grazie a un sistema coordinato di isolamenti, essere utilizzato in tutti i contesti senza influenzare il grado di protezione contro la scossa elettrica del prodotto originale.
La Richiedente ha trovato che gli obiettivi sopra indicati e altri ancora possono essere raggiunti dotando, per l’alimentazione di emergenza della sorgente luminosa, la sezione di interfaccia all’alimentatore ordinario, di un convertitore di potenza flyback che incorpora un trasformatore con almeno un isolamento supplementare, così da eliminare interruttori/relè di commutazione incrementando conseguentemente l’affidabilità e la sicurezza di funzionamento del dispositivo e dell’intero sistema a cui è associato. In particolare, il convertitore di potenza flyback lavora in discontinuo e presenta un primario collegato, tramite un circuito di autoregolazione e commutazione, ad un accumulatore/batteria ed un secondario che alimenta la sorgente luminosa. Il convertitore di potenza flyback è attivato, dall’unità di controllo, se la tensione di rete rilevata scende al di sotto di una soglia predefinita.
In particolare, in un aspetto, gli obiettivi indicati ed altri ancora sono sostanzialmente raggiunti da un alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione, comprendente:
un alimentatore operativamente collegabile alla tensione di rete e dotato di almeno uno isolamento principale;
un accumulatore (ad esempio una batteria) operativamente collegato all’alimentatore;
un convertitore di potenza flyback comprendente un primario presentante un interruttore elettronico ed un secondario, in cui il primario è collegato all’accumulatore ed il secondario, dotato di almeno uno isolamento supplementare, è elettricamente e direttamente collegabile a cavi (4) posti tra un alimentatore di rete (2) ed una sorgente luminosa (3) di un apparecchio di illuminazione, grazie all’isolamento principale (34) ed all’isolamento supplementare (30);
una unità di controllo, operativamente collegata all’alimentatore, all’accumulatore ed al primario del convertitore di potenza flyback e configurata per rilevare la tensione di rete e per commutare l’alimentatore di emergenza tra una prima modalità in cui il convertitore di potenza flyback è disattivato ed una seconda modalità in cui il convertitore di potenza flyback è attivato (fase di emergenza); in cui nella seconda modalità (fase di emergenza), il convertitore di potenza flyback lavora in discontinuo alla frequenza di commutazione dell’interruttore elettronico;
in cui l’unità di controllo comprende un dispositivo di attivazione configurato per attivare il convertitore di potenza flyback, ovvero per portarlo nella seconda modalità.
Con il termine “direttamente" riferito al collegamento diretto tra il secondario e la sorgente luminosa si intende che non vi è la presenza di interruttori/relè.
In altre parole, è presente un dispositivo di interfaccia tra il convertitore di potenza flyback e l’alimentatore di rete che è idoneo a trasferire direttamente al circuito di uscita l’energia prodotta dal convertitore flyback senza l’impiego di interruttori/relè. Inoltre, anche il dispositivo di attivazione configurato per attivare il convertitore di potenza flyback non è provvisto di interruttori/relè. Infatti, nei circuiti di emergenza è opportuno che non ci siano interruttorì/relè interposti tra batterie e circuito oscillante di uscita.
In un altro aspetto, la presente invenzione è relativa ad un apparecchio di illuminazione, comprendente:
- un alimentatore di rete;
- una sorgente luminosa collegata all’alimentatore di rete;
- un alimentatore di emergenza secondo uno o più degli aspetti qui descritti e/o una o più delle rivendicazioni allegate;
in cui il secondario del convertitore di potenza flyback dell’alimentatore di emergenza è elettricamente e direttamente collegabile o connesso a cavi che collegano l’alimentatore di rete alla sorgente luminosa.
In un ulteriore aspetto, la presente invenzione è relativa ad un metodo di conversione di un apparecchio di illuminazione in un apparecchio di illuminazione di emergenza, comprendente:
- predisporre un apparecchio di illuminazione comprendente un alimentatore di rete ed una sorgente luminosa collegata all’alimentatore di rete;
- predisporre un alimentatore di emergenza secondo uno o più degli aspetti qui descritti e/o una o più delle rivendicazioni allegate;
- collegare direttamente in parallelo le terminazioni del secondario del convertitore di potenza flyback dell’alimentatore di emergenza ai cavi che si sviluppano tra l’alimentatore di rete e la sorgente luminosa.
La Richiedente ha verificato che l’adozione del convertitore di potenza flyback associata a un idoneo trasformatore permette una conversione di potenza isolata che sostituisce la tradizionale soluzione a relè e che permette al contempo di collegare l’alimentatore di emergenza tra l’alimentatore di rete dell’apparecchio originale e la sorgente luminosa senza dover ricorrere a relativamente complesse operazioni di modifica dei cablaggi originali. Infatti, il secondario del convertitore di potenza flyback può essere collegato, tramite una semplice derivazione o un apposito connettore, ai cavi che dall’alimentatore di rete vanno alla sorgente luminosa. Ciò permette di affiancare con semplicità l’alimentatore di emergenza all’alimentatore di rete senza compromettere la sicurezza. Inoltre, la semplicità del collegamento permette di utilizzare meno cablaggi rispetto alla tecnica nota, con ulteriore risparmio in termini di tempi e costi di installazione.
Il convertitore di potenza flyback, quando l’alimentatore di emergenza si trova nella seconda modalità (fase di emergenza), porta ''quantità/pacchetti" di energia con frequenza di commutazione costante, dall’accumulatore/batteria al carico/sorgente luminosa. La potenza è pertanto convertita in parametri elettrici costanti e mandata a catena aperta (cioè senza bisogno di retroazioni) su detta sorgente luminosa. La presente soluzione consente di avere un circuito che eroga una potenza costate al carico (sorgente luminosa) indipendentemente dalle sue variazioni funzionali.
La Richiedente ha inoltre verificato che, poiché l’alimentatore di emergenza secondo la presente invenzione non presenta alcun relè di commutazione (che nella tecnica nota è acceso durante la presenza della tensione di rete oppure quando è alimentato dalla batteria), non vi è energia dissipata sulla bobina del relè (nell’ordine centinaia di milliwatt). Pertanto, più energia è disponibile per l’alimentazione del carico/sorgente luminosa. La riduzione di energia dissipata comporta anche la riduzione della temperatura di lavoro e limita il riscaldamento della batteria. Questo permette di aumentare la vita utile della batteria (a parità di prestazioni nominali e costo della stessa) oppure di utilizzare batterie meno costose (mantenendone invariata la vita operativa rispetto a batterie di costo maggiore). Inoltre, permette di utilizzare il dispositivo in ambienti caratterizzati da temperature maggiori di quelle in cui avrebbe potuto essere utilizzato a parità di altre condizioni. Infatti, i minor riscaldamento della batteria, vero elemento critico dei sistemi di emergenza, permette di poter utilizzare il dispositivo in ambiente con una temperatura di esercizio leggermente maggiore di quella che avrebbe potuto essere se il dispositivo avesse impiegato un sistema di coordinamento a relè (causa riscaldamento bobina).
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, detto isolamento principale è almeno equivalente a isolamento supplementare come da tabella 10.2 - EN60598-1 :2015 (V=2U+1000V).
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, detto isolamento supplementare è almeno equivalente a isolamento supplementare come da tabella 10.2 - EN60598-1 :2015 (V=2U+1000V).
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, detto isolamento principale e detto isolamento supplementare sono caratterizzati dagli stessi valori di prova.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, il dispositivo di interfaccia comprende un diodo di uscita ed un condensatore operativamente collegati al secondario del convertitore di potenza flyback e collegabili tramite un cablaggio alla sorgente luminosa ed all’alimentatore di rete.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, l’alimentatore e l’alimentatore di rete sono alimentati in AC e la sorgente luminosa è alimentata in DC.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, la sorgente luminosa è alimentata con potenze elettriche comprese tra circa 10 e 100Watt da rete e circa 1 e 30Watt in emergenza.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, la sorgente luminosa è alimentata con parametri continui (DC) anche dall’alimentatore di rete. Preferibilmente, la sorgente luminosa è di tipo LED (light emitting diode). La presente invenzione può anche essere impiegata per sorgenti luminose alogene o anche ad incandescenza o carichi operanti nel campo dei parametri nominali di esercizio.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, il dispositivo di attivazione comprende almeno un transistor. Il transistor è utilizzato come interruttore adatto per attivare o disattivare il convertitore di potenza flyback controllando la conduttività elettrica del transistor stesso, e quindi la corrente elettrica che lo attraversa, mediante l'applicazione di una tensione tra i suoi terminali.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, il transistor commuta quando la tensione di rete supera una soglia predefinita.
In un aspetto secondo i due aspetti precedenti, l’unità di controllo comprende un rivelatore di tensione operativamente accoppiato ad un secondario dell’alimentatore ed al transistor, per riportare su detto transistor un segnale proporzionato alla tensione di rete.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, un DC/DC controller è operativamente interposto tra l’unità di controllo e l’interruttore del convertitore di potenza flyback.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, l’interruttore del convertitore di potenza flyback è un MOSFET.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, un driver dell’interruttore del primario del convertitore di potenza flyback è operativamente interposto tra il DC/DC controller e detto interruttore, per ottenere un miglior fronte di pilotaggio.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, un dispositivo di rilevazione della corrente di picco nel primario del convertitore di potenza flyback serve a rilevare e regolare la potenza inviata alla sorgente luminosa.
In un aspetto secondo il precedente aspetto, dispositivo di rilevazione è un microcontrollore o un idoneo circuito di comparazione.
In un aspetto secondo i due aspetti precedenti, detto dispositivo di rilevazione è operativamente attivo sul primario del convertitore di potenza flyback ed è operativamente collegato al DC/DC controller.
Un vantaggio del convertitore flyback è quello di poter avere informazioni sulla potenza trasferita mediante un solo parametro elettrico (la corrente di picco) mentre in modo convenzionale, per conoscere la potenza occorre la moltiplicazione dei valori di tensione e di corrente trasferiti al carico.
Il dispositivo di rilevazione determina la potenza assorbita in maniera indiretta (senza misurarla sull’uscita) e la manda sul carico (sorgente luminosa). La stima di tale potenza è fatta misurando il picco di corrente I e la potenza P inviata al carico è data da P = 1⁄2 L I<2>f η con: f frequenza di commutazione, η rendimento, L induttanza del primario del convertitore.
L’applicazione di questo principio permette, di accendere la sorgente luminosa, con potenza costante, indipendentemente dalla sua natura e dalle sue variabili senza necessità di introdurre elementi di retroazione.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, un condensatore supplementare è posto tra il primario ed uno dei terminali dei cavi di uscita. Il condensatore supplementare è configurato per garantire almeno un isolamento supplementare e per ridurre le problematiche di emissione condotta presenti avendo messo "in comune" i due domini elettrici (secondario del flyback ed uscita alimentatore di rete dell’apparecchio originale).
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, l’alimentatore di emergenza comprende un connettore di uscita preferenziale (emergenza) collegato al secondario del convertitore di potenza flyback.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, un connettore complementare è inserito tra l’alimentatore di rete e la sorgente luminosa per accoppiarsi al connettore preferenziale di emergenza direttamente o tramite apposito cablaggio. In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, l’alimentatore di emergenza comprende un ulteriore connettore di uscita ausiliario (emergenza) collegato al secondario del convertitore di potenza flyback. Tale connettore di uscita ausiliario è a disposizione per la connessione a sistemi tradizionali non predisposti per la connessione diretta tra alimentatore di rete e il dispositivo oggetto di richiesta.
In un aspetto secondo uno o più degli aspetti precedenti, l’alimentatore di emergenza comprende un involucro scatolare contenente l’alimentatore di rete, un carica batterie, l’accumulatore, l’unità di controllo, il convertitore di potenza flyback ed il dispositivo di interfaccia.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, l’involucro scatolare presenta esternamente un connettore di rete, o morsetti di rete, collegati all’alimentatore e configurati per essere collegati alla rete elettrica.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, l’involucro scatolare presenta esternamente un connettore di controllo, o morsetti di controllo, collegati all’alimentatore e configurati per trasferire all’alimentatore eventuali comandi di controllo remoto.
In un aspetto secondo l’aspetto precedente, l’involucro scatolare presenta esternamente i/il connettori/e di emergenza.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di una forma d’esecuzione preferita, ma non esclusiva, di un apparecchio di illuminazione dotato di un alimentatore di emergenza secondo la presente invenzione.
Descrizione dei disegni
Tale descrizione verrà esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali:
<■>la figura 1 illustra schematicamente un apparecchio di illuminazione dotato di un alimentatore di emergenza secondo la presente invenzione;<■>la figura 2 illustra in dettaglio lo schema dell’alimentatore di emergenza abbinato all’apparecchio di illuminazione;
<■>le figure 3 e 4 illustrano rispettive viste prospettiche dell’alimentatore di emergenza di figura 1;
<■>la figura 5 illustra una forma realizzativa dell’apparecchio di illuminazione dotato dell’alimentatore di emergenza.
Descrizione dettagliata
Con riferimento alle figure citate, con il numero di riferimento 1 è stato complessivamente indicato un alimentatore di emergenza secondo la presente invenzione.
In figura 1, l’alimentatore di emergenza 1 è abbinato ad un apparecchio di illuminazione di tipo tradizionale comprendente un alimentatore di rete 2 collegabile alla rete elettrica. L’alimentatore di rete 2 è di per sé noto e comprende un convertitore AC/DC. Esso è alimentato in corrente alternata AC ed alimenta una sorgente luminosa 3 alla quale è collegato in corrente continua DC. La sorgente luminosa 3 illustrata nelle allegate figure in modo schematico è un modulo LED. Detta sorgente luminosa 3 è collegata tramite cavi 4 (un cablaggio) ai morsetti di uscita, non illustrato, dell’alimentatore di rete 2. L’alimentatore di emergenza 1 è collegato, per mezzo di opportuno cablaggio in zona di collegamento 6, ai cavi 4 interposti tra l’alimentatore da rete 2 e la sorgente luminosa 3. L’alimentatore di emergenza 1 è inoltre collegabile anch’esso alla rete elettrica.
Le figure 3 e 4 illustrano un involucro scatolare 7 dell’alimentatore di emergenza 1 presentante una morsettiera 8 per il collegamento alla rete elettrica ed ad eventuali elementi di controllo. In figura 5 è inoltre raffigurato il cablaggio 5 fuoriuscente dall’involucro scatolare 7 e terminante con un connettore preferenziale di uscita (emergenza) 9 e un connettore ausiliare di emergenza 35. Nella forma realizzativa illustrata in figura 5, un ulteriore cablaggio supplementare lo connette ad un LED di segnalazione. Tale connettore preferenziale di uscita (emergenza) 9 è configurato per essere accoppiato direttamente ed in modo sicuro ad un connettore complementare 100 connesso ai cavi 4 in corrispondenza della zona di collegamento 6, ovvero operativamente disposto tra l’alimentatore di rete 2 e la sorgente luminosa 3. Tali connettori 9, 100 sono realizzati per poter essere accoppiati e disaccoppiati agevolmente in modo manuale e preferibilmente senza Γ utilizzo di specifici strumenti.
L’assieme dell’alimentatore di rete 2 con la sorgente luminosa 3 e dell’alimentatore di emergenza 1 formano un apparecchio di illuminazione 10 configurato per funzionare come apparecchio di illuminazione di emergenza.
Facendo riferimento alla figura 2, l’alimentatore di emergenza 1 comprende un alimentatore 11 operativamente collegabile alla tensione di rete (ad esempio 230 V) tramite la suddetta morsettiera 8. L’alimentatore 11 è del tipo AC/DC e comprende un trasformatore con un primario 12, alimentato direttamente dalla tensione di rete, ed un secondario 13 collegato ad un caricabatteria 15. In figura 2 sono inoltre illustrati diodi ed un condensatore disposti in parallelo con il primario 12. La sezione di circuito collegata a valle del circuito di primario è da questa isolata con almeno un isolamento principale 34 (isolamento ai sensi delle tecniche di protezione contro la scossa elettrica come da tabella 10.2 EN60598-1 :2015 (V=2U+1000V)).
Un accumulatore 16, nella forma di una batteria, è collegato al caricabatteria 15 ed all’alimentatore 11.
L’alimentatore di emergenza 1 comprende un convertitore di potenza flyback 17 (il cui schema è di per sé noto). Il convertitore flyback (a recupero) 17 è un alimentatore a commutazione (switching power supply) con isolamento galvanico 30 tra ingresso e uscita pari ad almeno un isolamento supplementare (isolamento ai sensi delle tecniche di protezione contro la scossa elettrica come da tabella 10.2 EN60598-1:2015 (V=2U+1000V)). Il convertitore di potenza flyback 17 comprende due induttori accoppiati. Un primario 18 del convertitore di potenza flyback 17 è collegato alla batteria 16. Un secondario 19 del medesimo convertitore di potenza flyback 17, tramite la sezione composta da un diodo di uscita 21 ed un condensatore 22, è collegabile in parallelo alla sorgente luminosa 3 per mezzo del cablaggio 5 e del connettore 9.
Il diodo di uscita 21, il condensatore 22, il cablaggio 5 e l’eventuale connettore preferenziale di emergenza 9 fanno parte di un dispositivo di interfaccia 14 all’alimentatore di rete 2 che è idoneo a trasferire direttamente al circuito di uscita l’energia prodotta dal convertitore flyback 17 senza l’impiego di interruttori/relè. L’alimentatore di emergenza 1 comprende inoltre una unità di controllo 20 operativamente collegata all’alimentatore 11, alla batteria 16 ed al primario 18 del convertitore di potenza flyback 17.
L’unità di controllo 20 svolge la funzione di commutare l’alimentatore di emergenza 1 tra una prima modalità ed una seconda modalità (fase di emergenza).
Nella prima modalità, quando la tensione di rete alimenta l’alimentatore 11, il convertitore di potenza flyback 17 è disattivato. La sorgente luminosa 3 è alimentata (o può essere alimentata) in continuo attraverso l’alimentatore di rete 2. L’alimentatore 11 dell’alimentatore di emergenza 1 provvede a caricare la batteria 16 tramite il caricabatteria 15.
Nella seconda modalità (di emergenza), quando la tensione di rete viene meno, il convertitore di potenza flyback 17 viene attivato tramite l’unità di controllo 20. Nella seconda modalità, il convertitore di potenza flyback 17 provvede a trasferire nel tempo l’energia della batteria 16 alla sorgente luminosa 3. Ad esempio, la sorgente luminosa 3 è alimentata con una potenza elettrica da 1 a SOWatt.
Più in dettaglio, il convertitore di potenza flyback 17 comprende il citato diodo di uscita 21 ed il condensatore 22 posti in serie all’induttore del secondario 19. Il condensatore 22 è posto in parallelo alla sorgente luminosa 3. L'insieme diodo 21 e condensatore 22 realizzano la corrente continua di uscita. Inoltre il diodo 21 realizza la protezione del sistema dalla corrente continua proveniente dall’alimentatore di rete 2 quando questi è acceso. Un interruttore 23 è posto in serie con l’induttore del primario 18 del convertitore di potenza flyback 17 e, quando il convertitore di potenza flyback 17 è attivo ovvero nella seconda modalità, apre e chiude con una frequenza di commutazione “f”. In detta seconda modalità, il convertitore di potenza flyback 17 lavora in discontinuo con la frequenza di commutazione “f" dell’interruttore 23 e porta “quantità" di energia con detta frequenza di commutazione “f” dall’accumulatore/batteria 16 al carico/sorgente luminosa 3. La potenza è pertanto convertita e mandata a catena aperta, cioè senza necessità di retroazioni di controllo, sul modulo LED 3.
Nell’esempio illustrato, l’interruttore 23 del convertitore di potenza flyback 17 è un MOSFET. L’interruttore 23 MOSFET è pilotato da un driver 24 (che può comprendere due transistor ed una resistenza).
Un dispositivo di rilevazione 25 della corrente di picco nel primario 18 del convertitore di potenza flyback 17 (ad esempio un microcontrollore o un idoneo circuito di comparazione) è operativamente attivo su detto primario 18 e serve a rilevare detta corrente di picco T. Un segnale relativo alla citata corrente di picco Ί" è inviato ad un DC/DC controller 26 operativamente interposto tra il l’unità di controllo 20 ed il driver 24 dell’interruttore 23 MOSFET in modo da regolare la potenza inviata dall’accumulatore 16 alla sorgente luminosa 3 quando il convertitore di potenza flyback 17 è attivo. Il dispositivo di rilevazione 25 determina in questo modo la potenza assorbita “P" in maniera indiretta e la manda sulla sorgente luminosa 3. La stima di tale potenza “P" a meno del rendimento è fatta rilevando il picco di corrente T e la potenza “P" inviata al carico è data da: P = 1⁄2 L I<2>f η
con:
I corrente di picco,
f frequenza di commutazione,
η rendimento,
L induttanza.
In questo modo, il circuito accende la sorgente luminosa in modo avulso dalle retroazioni.
Nella forma realizzativa illustrata in figura 2, il convertitore di potenza flyback 17 comprende anche un condensatore supplementare 36, di idoneo valore e isolamento come da tabella 10.2 EN60598-1:2015 (V=2U+1000V), posto tra il primario 18 ed il secondario 19 la cui funzione è quella di ridurre le problematiche di emissione condotta presenti, dal momento che i due domini elettrici (secondario del flyback 17 ed uscita alimentatore di rete 2 dell’apparecchio originale) sono messi in comune.
L'unità di controllo 20 comprende un dispositivo di attivazione 27 inteso ad attivare il convertitore di potenza flyback 17 ed uno rivelatore di tensione 28. Il rivelatore di tensione 28 è operativamente accoppiato al secondario 13 dell’alimentatore 11 ed al dispositivo di attivazione 27, per riportare su detto dispositivo di attivazione 27 una frazione della tensione al secondario 13 dell’alimentatore 11. Il dispositivo di attivazione 27 svolge anche la funzione di comparatore. Se la tensione riportata al comparatore 27 scende al di sotto di una soglia predefinita (ad esempio 0,6 Volt), il dispositivo di attivazione 27 attiva il convertitore di potenza flyback 17.
Nella forma realizzativa illustrata, il dispositivo di attivazione 27 e comparatore è un transistor usato come interruttore, acceso quando la tensione di rete supera una soglia predefinita. Il transistor 27 è utilizzato come interruttore adatto per attivare o disattivare il convertitore di potenza flyback 17 controllando la conduttività elettrica del transistor 27 stesso mediante l'applicazione di una tensione tra i suoi terminali.
Il rivelatore di tensione 28 comprende un ulteriore transistor 29 e un condensatore. Il circuito ha anche accorgimenti per evitare la deriva termica, sono per questo motivo inseriti lo zener 31 , il doppio diodo 32 e gli opportuni partitori resistivi.
In altre parole, l’unità di controllo 20 è anche comparatore che rileva la tensione di rete e attiva il DC/DC controller 26 se la tensione di rete scende o supera una certa soglia.
Facendo riferimento alla figura 2, l’alimentatore 11 dell’alimentatore di emergenza I presenta un condensatore 33 posto in parallelo con il secondario 13.
II transistor 27 è acceso quando la tensione di rete supera un certo livello.
Sul catodo dello zener 31 si somma la tensione di uscita fissa (dell'elettrolitico 33) con il picco della tensione di rete riportata al secondario 13. Questa somma è partizionata e rivelata in modo attivo dal transistor 29 e riportata in ingresso al transistor 27 che svolge la funzione di comparatore con soglia di attivazione a circa 0.6V.
Trascurando la caduta Vbe del transistor 29, se Vz = Vout (sul condensatore 33), all’ingresso del comparatore 27 si ha una tensione pari a Vin*K1 dove:
^ _ Kp*Ns*J2
~ Np
Dove Ns numero spire secondario 13
Dove Np numero spire primario 12
Scelto Kp di valore opportuno si ottiene la commutazione alla tensione di rete Vin desiderata
La conversione dell’apparecchio ordinario in apparecchio di emergenza risulta molto semplice. E’ infatti sufficiente predisporre l’alimentatore di emergenza 1 sopra descritto e collegare il connettore di uscita preferenziale (emergenza) 9 al connettore complementare 100.
Elenco elementi
1 alimentatore di emergenza
2 alimentatore di rete
3 sorgente luminosa / LED
4 cavi interposti tra alimentatore di rete e sorgente luminosa
5 cablaggio
6 zona di collegamento
7 involucro scatolare
8 morsettiera
9 connettore preferenziale di emergenza
10 apparecchio di illuminazione di emergenza
11 sezione alimentatore dell’alimentatore di emergenza 1
12 primario alimentatore
13 secondario alimentatore
14 dispositivo di interfaccia
15 caricabatteria
16 accu m u latore/batte ri a
17 convertitore di potenza flyback
18 primario del convertitore di potenza flyback 19 secondario del convertitore di potenza flyback 20 unità di controllo
21 diodo del flyback
22 condensatore del flyback
23 interruttore del flyback
24 driver dell’interruttore
25 dispositivo di rilevazione della corrente di picco 26 DC/DC controller
27 transistor (dispositivo di attivazione)
28 rivelatore di tensione
29 transistor del rivelatore di tensione
30 isolamento supplementare
31 diodo Zener
32 doppio diodo
33 condensatore
34 isolamento principale
35 connettore ausiliario di emergenza
36 condensatore supplementare
37 cablaggio supplementare
38 LED di segnalazione
Claims (11)
- RIVENDICAZIONI 1. Alimentatore di emergenza per apparecchi di illuminazione, comprendente: un alimentatore (11) operativamente collegabile alla tensione di rete e dotato di almeno uno isolamento principale (34); un accumulatore (16) operativamente collegato all’alimentatore (11); un convertitore di potenza flyback (17) comprendente un primario (18) presentante un interruttore elettronico (23) ed un secondario (19), in cui il primario (18) è collegato all’accumulatore (16) ed il secondario (19), dotato di almeno uno isolamento supplementare (30), è elettricamente e direttamente collegabile a cavi (4) posti tra un alimentatore di rete (2) ed una sorgente luminosa (3) di un apparecchio di illuminazione, grazie all’isolamento principale (34) ed all’isolamento supplementare (30); una unità di controllo (20) operativamente collegata all’alimentatore (11), all’accumulatore (16) ed al primario (18) del convertitore di potenza flyback (17) e configurata per rilevare la tensione di rete e per commutare l’alimentatore di emergenza (1) tra una prima modalità di disattivazione del convertitore di potenza flyback (17) ed una seconda modalità di attivazione del convertitore di potenza flyback (17), in cui nella seconda modalità, il convertitore di potenza flyback (17) lavora in discontinuo alla frequenza di commutazione (f) dell’interruttore elettronico (23); in cui l’unità di controllo (20) comprende un dispositivo di attivazione (27) configurato per attivare il convertitore di potenza flyback (17).
- 2. Alimentatore di emergenza secondo la rivendicazione 1, in cui il dispositivo di attivazione (27) comprende almeno un transistor, in cui detto transistor commuta quando la tensione di rete supera una soglia predefinita.
- 3. Alimentatore di emergenza secondo la rivendicazione 2, in cui l’unità di controllo (20) comprende un rivelatore di tensione (28) operativamente accoppiato ad un secondario (13) dell’alimentatore (11) ed al transistor (27), per riportare su detto transistor (27) un segnale proporzionato alla tensione di rete.
- 4. Alimentatore di emergenza secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un DC/DC controller (26) operativamente interposto tra l’unità di controllo (20) e l’interruttore elettronico (23) del convertitore di potenza flyback
- 5. Alimentatore di emergenza secondo la rivendicazione precedente, comprendente un driver (24) dell’interruttore elettronico (23) del primario (18) del convertitore di potenza flyback (17), in cui detto driver (24) è operativamente interposto tra il DC/DC controller (26) e detto interruttore (23).
- 6. Alimentatore di emergenza secondo la rivendicazione 4 o 5, comprendente un dispositivo di rilevazione (25) della corrente di picco (I) nel primario (18) del convertitore di potenza flyback (17), in cui detto dispositivo di rilevazione (25) è operativamente attivo sul primario (18) del convertitore di potenza flyback (17) ed è operativamente collegato al DC/DC controller (26) per rilevare e regolare la potenza (P) inviata alla sorgente luminosa (3).
- 7. Alimentatore di emergenza secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente un condensatore (36) posto tra il primario (18) ed uno dei terminali di cavi di uscita (5) e configurato per garantire almeno un isolamento supplementare.
- 8. Apparecchio di illuminazione, comprendente: un alimentatore di rete (2); una sorgente luminosa (3) collegata all’alimentatore di rete (2); un alimentatore di emergenza (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti; in cui il secondario (18) del convertitore di potenza flyback (17) dell’alimentatore di emergenza (1) è elettricamente e direttamente collegabile o connesso a cavi (4) che collegano l’alimentatore di rete (2) alla sorgente luminosa (3).
- 9. Apparecchio secondo la rivendicazione precedente, in cui l’alimentatore di emergenza (1) comprende un connettore di uscita preferenziale (9) collegato al secondario del convertitore di potenza flyback (17) ed accoppiabile ad un connettore complementare (100) presente sui cavi (4) tra l’alimentatore di rete (2) e la sorgente luminosa (3).
- 10. Apparecchio secondo la rivendicazione precedente, in cui l’alimentatore di emergenza (1) comprende un connettore di uscita ausiliario (35) collegato in parallelo al connettore di uscita preferenziale (9).
- 11. Metodo di conversione di un apparecchio di illuminazione in un apparecchio di illuminazione di emergenza, comprendente: - predisporre un apparecchio di illuminazione comprendente un alimentatore di rete (2) ed una sorgente luminosa (3) collegata all’alimentatore di rete (2); - predisporre un alimentatore di emergenza (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti; collegare, direttamente in parallelo, le terminazioni del secondario (19) del convertitore di potenza flyback (17) dell’alimentatore di emergenza (1) ai cavi (4) che si sviluppano tra l’alimentatore di rete (2) e la sorgente luminosa (3).
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