ITVA20120036A1 - Circuito di accensione veloce per alimentatori elettronici - Google Patents

Description

“ Circuito di accensione veloce per alimentatori elettronici

DESCRIZIONE

Il presente trovato è un circuito atto ad assicurare un’accensione nel minor tempo possibile dell’elettronica presente all’interno di un alimentatore elettronico per applicazioni illuminotecniche. Detti alimentatori prelevano energia dalla rete di alimentazione AC trasformandola in valori di tensione e/o corrente idonei alle lampade ad essi collegate, ad esempio lampade alogene o a LED. Una funzione richiesta è la possibilità di regolare l’intensità luminosa delle lampade ad essi collegati tramite dimmer convenzionali a TRIAC che parzializzano la tensione sinusoidale della rete di alimentazione AC a cui gli alimentatori sono collegati.

Nella figura 1 un esempio di rete parzializzata da un dimmer a TRIAC, la forma d’onda della tensione presente ai capi dell’alimentatore è quella in grassetto. In queste applicazioni è molto importante il tempo di risposta dell’alimentatore che deve entrare in funzione nel minor tempo possibile, in un intervallo di tempo che sia in grado di evitare sfarfallii della luce emessa quando l’intensità viene ridotta parzializzando la rete AC, nel caso ideale dovrebbe accendersi immediatamente sul fronte di salita della tensione.

Nella figura 2 lo schema elettrico standard più frequente negli alimentatori esistenti.

Il blocco "Input Circuit ” è il raddrizzatore della tensione alternata di rete, comprensivo dei filtri EMI richiesti, alla sua uscita è presente una tensione continua pulsata.

Il blocco "Power Circuit ” è il convertitore che trasforma la tensione continua pulsata in una di valore più basso idonea al pilotaggio delle lampade collegate alla sua uscita, può essere fatto utilizzando uno dei circuiti integrati appositamente realizzati per questo scopo, come ad esempio l IR2161 o il L6571 , Vaux è la tensione di alimentazione necessaria al funzionamento del circuito integrato.

Il blocco "Self Supply Circuit" ha il compito di generare la tensione Vaux durante il periodo in cui la tensione di rete è presente e il convertitore è acceso trasferendo energia alle lampade.

Il convertitore inizia a funzionare quando la tensione Vaux raggiunge una soglia predefinita detta Vmin, al di sotto di tale soglia è spento e assorbe un valore di corrente minimo dal terminale Vaux. Per l<'>accensione del convertitore si utilizza il resistore RI, che preleva corrente dalla tensione di rete raddrizzata caricando il condensatore C1 fino al raggiungimento di Vmin, a questo punto il convertitore inizia a funzionare producendo tramite il blocco “ Self Supply Circuit ” la corrente necessaria al funzionamento del circuito integrato.

L’inconveniente principale di questa soluzione è la perdita di energia sul resistore R1, che viene dissipata in calore diminuendo l’efficienza del convertitore, il resistore è sempre inserito e continuerà a disperdere energia anche durante il periodo di funzionamento del convertitore.

La soluzione esaminata è poco idonea se viene richiesta un’ accensione (start-up) veloce, perché occorrerebbe un resistore di basso valore che faccia passare più corrente caricando velocemente C1, aumentando ulteriormente la potenza persa.

Un’ alternativa sviluppata in seguito per ovviare alla dispersione di energia su RI è visibile in figura 3. In questo circuito il transistor T1, polarizzato dallo zener D3, interviene solo durante l’accensione caricando il condensatore Cl, quando il convertitore inizia a funzionare la tensione presente su Vaux sale ulteriormente superando la differenza di potenziale presente sullo zener D3, e il transistor T1 si spegne evitando ulteriori perdite di potenza su R2.

L’unico resistore sempre attivo è R1, che però è dimensionato per portare unicamente la corrente che serve a polarizzare lo zener più una piccola corrente aggiuntiva per pilotare la base di Tl , la perdita di potenza è quindi inferiore rispetto a quella dello schema di figura 2 in cui RI era dimensionato per fornire tutta la corrente, il circuito può quindi fare un’accensione più veloce senza penalizzare eccessivamente il rendimento dell’alimentatore.

Gli inconvenienti di questa soluzione sono legati all’impiego di un transistor NPN ad alta tensione, come noto la corrente da un transistor diminuisce fortemente all’aumentare delle tensione applicata, inoltre i transistori ad alta tensione hanno un guadagno più basso rispetto a quelli a bassa tensione, per cui non si può comunque superare un certo limite.

Una soluzione per risolvere questo inconveniente è l’utilizzo di transistore mosfet, come noto agli esperti di settore si tratta di componenti che una volta polarizzati mediante l’iniezione di una carica nella gate erogano i valori di corrente previsti senza necessità di ulteriori iniezioni di carica all’infuori di quelle richieste per compensare le perdite dovute alla corrente di leakage.

Un esempio di loro utilizzo nei circuiti di accensione veloci è visibile nella figura 3 del documento US20 12/0025608 Al .

In questa applicazione si utilizza un divisore di tensione capacitivo per creare una tensione di alimentazione ausiliaria utilizzata per polarizzare la gate di due transistor mosfet.

Per garantire l<'>accensione rapida dell’ alimentatore è necessario polarizzare la gate del mosfet nel minor tempo possibile, il risultato con riferimento allo schema di figura 3 del documento US2012/0025608 Al è ottenibile incrementando il valore della capacità del condensatore 312 o riducendo il valore del condensatore 314.

Il valore della capacità 314 non può essere ridotto eccessivamente, perché deve contenere una carica sufficiente a compensare il leakage dei componenti 318, 320, 304, 310 nelle condizioni di utilizzo previste, mentre l’incremento del valore del condensatore 312 aumenta in modo proporzionale le problematiche legate alla presenza di sovratensioni transitorie sulla linea di rete, in quanto l’energia scaricata sui diodi 316, 318 in conseguenza di una sovratensione di rete aumenta al crescere della capacita del condensatore 312.

La soluzione proposta con il presente trovato consente di realizzare un circuito di accensione veloce in grado di ridurre al minimo gli inconvenienti descritti.

11 posizionamento dello zener D3 come nello schema proposto (figura 4) oltre a risparmiare un componente, sono infatti richiesti due diodi al posto dei tre proposti neH’arte nota US2012/0025608 citata, consente di ridurre al minimo gli inconvenienti descritti, questo anche nel caso di condizioni operative estreme, quali temperature interne all’alimentatore maggiori di 85°C, come verrà chiarito in seguito.

All' atto dell’accensione, o in presenza di un fronte di salita della rete parzializzata, il condensatore C2 tramite D4 carica il condensatore C3, la tensione presente su C3 è applicata alla gate del mosfet Q1 . Il mosfet Ql è scelto con una capacità di gate molto bassa, in modo da poter usare un condensatore C3 di valore notevolmente inferiore rispetto a C1.

L’utilizzo di un solo mosfet consente di ridurre al minimo la capacità posta in parallelo al condensatore C3, col doppio effetto di aumentare la velocità di creazione della tensione ausiliaria e ridurre il valore di C3 richiesto per compensare le perdite dovute al leakage dei componenti.

In queste condizioni per caricare C3 alla tensione definita dallo zener D3 è necessario un trasferimento di carica più piccolo, quindi anche C2 e di valore basso.

11 diodo Zener D3 serve per limitare il valore massimo di tensione applicabile alla gate del mosfet, ed è dimensionato in modo tale da garantire sul source del mosfet Ql una tensione che sia superiore alla soglia Vmin necessaria all’accensione del convertitore contenuto nel blocco Power Circuit e contemporaneamente inferiore alla tensione Vaux fornita dal blocco Self Supply durante il funzionamento. In queste condizioni il mosfet Ql lavora solo durante l’accensione, quando il convertitore sta funzionando sarà il blocco Self Supply ad alimentare il convertitore e nel drain del mosfet Ql non circolerà alcuna corrente.

In pratica l’assorbimento durante il funzionamento normale è praticamente nullo. Durante l’accensione, essendo il mosfet molto più robusto di un transistor NPN equivalente, è possibile prelevare un valore di corrente molto elevato, limitato solo dal resistore R3, per cui la velocità con cui il convertitore si accende è estremamente rapida.

Il posizionamento in questa applicazione del diodo zener D3 nel punto indicato è particolarmente vantaggioso, in quanto detto diodo viene utilizzato sia in polarizzazione diretta che in polarizzazione inversa, in polarizzazione inversa per definire la tensione da applicare alla gate del mosfet, in polarizzazione diretta per scaricare C2 durante il periodo in cui la derivata della tensione applicata a C2 è negativa.

Al crescere della temperatura ambiente, fatto molto probabile negli alimentatori elettronici, i leakage dei componenti semiconduttori aumentano.

La soluzione adottata riduce al minimo i leakage che C3 deve compensare, il numero di componenti collegati alla gate del mosfet Q1 con la soluzione proposta è il limite minimo non ulteriormente riducibile, consentendo l<'>impiego di una capacità di C3 e quindi anche di C2 ridotta rispetto alle soluzioni alternative, col vantaggio di poter usare un resistore RI di valore più elevato senza ridurre eccessivamente il tempo di start-up.

La possibilità di usare un valore di RI più elevato e un valore di C2 più basso consente anche di ridurre il valore di picco della corrente applicata ai componenti, in particolare allo zener D3, durante la presenza di possibili extra tensioni sulle linee elettriche di alimentazioni.

Il resistore R2 può essere inserito per ridurre i tempi di scarica del condensatore C3 quando si spegne lalimentatore.

RIVENDICAZIONI (1/1)

TITOLO dell’ invenzione: “Circuito di accensione veloce per alimentatori eletronici”

1 ) Circuito per l’accensione di un convertitore a commutazione in grado di generare una tensione ausiliaria partendo da una tensione continua pulsata di valore più elevato presente tra due fili detti filo positivo e filo negativo, avente: un primo resistore (R1 nella figura 4) con un polo collegato al filo positivo, l’altro polo del primo resistore collegato in serie al primo polo di un primo condensatore (C2), il secondo polo di detto condensatore connesso al catodo di un diodo zener (D3 nella figura 4), l’anodo del diodo zener (D3) collegato al filo negativo; un secondo diodo (D4 nella figura 4) con l’anodo collegato al catodo del diodo zener, il catodo di detto secondo diodo connesso al primo polo di un secondo condensatore (C3 nella figura 4), il secondo polo di detto secondo condensatore collegato al filo negativo, un transistor mosfet a canale n la cui gate è connessa al primo polo del secondo condensatore, il drain di detto transistor mosfet collegato al primo polo di un secondo resistore (R3 nella figura 4), il secondo polo di detto secondo resistore connesso al filo positivo, il source del transistor mosfet collegato all’anodo di un terzo diodo, il catodo del terzo diodo connesso al primo polo di un terzo condensatore (C 1 nella figura 4), il secondo polo del terzo condensatore collegato al filo negativo, in modo da generare una differenza di potenziale continua di basso valore ai capi di detto terzo condensatore. La tensione ai capi di detto terzo condensatore è la tensione ausiliaria generata, detta tensione ausiliaria generata viene utilizzata dal convertitore a commutazione durante l’accensione.

2) Un circuito in accordo alla rivendicazione 1 dove in parallelo al secondo condensatore (C3 nella figura 4) viene posto un resistore (R2 nella figura 4).

Claims (2)

1. VA/ 2012 IN 003 6 - 8 01 1.2012 RIVENDICAZIONI (1/1) TITOLO dell' invenzione: ‘“Circuito di accensione veloce per alimentatori elettronici", RICHIEDENTE; TCI Telecomunicazioni Italia S.r.l., con sede in Vìa Parma, 14 21047 Saronno. INVENTORI: Colombo Luca, Legnarti Marco Alessandro Ϊ) Circuito per P accensione veloce di un convertitore a commutazione in grado di generare una bassa tensione ausiliaria partendo da una alta tensione continua pulsata presente Irà due fili detti filo positivo e filo negativo (il filo positivo è quello di potenziale più alto), avente: un primo resistere (RI nella figura 4) con un polo collegato al filo positivo di detta linea ad alta tensione continua, l<'>altro polo del primo resistane collegato in serie al primo polo di un primo condensatore (C2), il secondo polo di detto condensatore connesso al catodo di un diodo zerter (D3 nella figura 4), l’anodo del diodo zener (03) collegato al filo negativo della linea ad alta tensione continua; un secondo diodo (D4 nella figura 4) con l’anodo collegato al catodo del diodo zener, il catodo di detto secondo dìodo connesso ai primo polo di un secondo condensatore (C3 nella figura 4), il secondo polo di detto secondo condensatore collegato al filo negativo della linea ad alta tensione continua, un transistor mosfet a canale n la cui gate è connessa al primo polo del secondo condensatore, il draìn dì detto transistor mosfet collegato al primo polo di un secondo resistore (R3 nella figura 4), il secondo polo di detto secondo resistere connesso al filo positivo della linea ad alta tensione, il source del transistor mosfet collegato all'anodo di un terzo diodo, il catodo del terzo diodo connesso al primo polo di un terzo condensatore (CI nella figura 4), il secondo polo del terzo condensatore collegato al filo negativo della linea ad alta tensione, in modo da generare una differenza di potenziale continua di basso valore ai capi di detto terzo condensatore. La tensione ai capi di delio terzo condensatore è la bassa tensione ausiliaria generata, detta tensione ausiliaria generata viene utilizzata dal convertitore a commutazione durante l’accensione. 2) Un circuito in accordo alla rivendicazione 1 dove in parallelo al secondo condensatore (C3 nella figura 4) viene posto un resistme4£2 nella figura 4), CLAIMS (1/1) TITLE of the invention: “Circuito di accensione veloce per alimentatori elettronici” , 1 ) Circuit arrangement for the start-up of a switching converter capable of generating an auxiliary voltage starting from a pulsed DC voltage with a higher value present between two wires said positive wire and negative wire, having: a first resistor (R 1 in Figure 4) with a pole connected to said positive wire, the other pole of the first resistor connected in series to the first pole of a first capacitor (C2), the second pole of said capacitor connected to the cathode of a zener diode (D3 in Figure 4), the anode of the zener diode (D3) connected to said negative wire, a second diode (D4 in Figure 4) with the anode connected to the cathode of the zener diode, the cathode of said second diode connected to the first pole of a second capacitor (C3 in Figure 4), the second pole of said second capacitor connected to said negative wire, a n-channel transistor mosfet whose gate is connected to the first pole of the second capacitor, the drain of said transistor mosfet connected to the first terminal of a second resistor (R3 in figure 4), the second pole of said second resistor connected to said positive wire, the source of the transistor mosfet connected to the anode of a third diode, the cathode of the third diode connected to the first pole of a third capacitor (C 1 in Figure 4), the second pole of the third capacitor connected to said negative wire, in order to generate a DC voltage across said third capacitor. The voltage across said third capacitor it is the auxiliary voltage generated, said auxiliary voltage generated it is used by the switching converter during start-up.
2. 2) Circuit arrangement according to claim 1 wherein a resistor (R2 in Figure 4) it is connected in parallel to the second capacitor (C3 in Figure 4).