ITVI20060079A1 - Alimentatore elettronico per lampade, particolarmente lampade a gas ad alta pressione - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione trova applicazione nel settore generale dell’elettronica industriale, ed ha particolarmente per oggetto un alimentatore elettronico per lampade.

L’alimentatore oggetto dell’invenzione si presta particolarmente ma non esclusivamente per l'alimentazione di lampade a gas ad alta pressione ed elevata intensità di scarica (HID) del tipo ad alogenuri metallici, a vapori di sodio, a vapori di mercurio.

Stato della Tecnica

Le lampade HID sono sempre più frequentemente impiegate in diversi settori civili ed industriali grazie alla loro alta resa ed efficienza luminosa e, per tale ragione, stanno sempre più sostituendo le normali lampade ad incandescenza.

Esempi tipici di applicazione sono l'illuminazione stradale, i fari anteriori di alcuni autoveicoli, l’illuminazione di grandi locali e spazi civili e industriali, l’illuminazione domestica. La capacità di emettere luce anche nello spettro ultravioletto rende le lampade HID particolarmente adatte anche per l'impiego in apparati per l'abbronzatura.

I classici sistemi di alimentazione di tali lampade prevedono un alimentatore connesso direttamente alla tensione di rete, di tipo sinusoidale, attraverso una induttanza di limitazione della corrente.

Tuttavia, per lampade alimentate ad alta frequenza sussiste un elevato rischio di innesco di risonanze acustiche, in quanto la fluttuazione della potenza di alimentazione produce una modulazione nella temperatura del plasma che, a sua volta, induce un'oscillazione nella pressione.

Quest’ultima può generare un’onda acustica stazionaria che rende altamente instabile l’arco, potendo condurre allo spegnimento dello stesso o alla rottura della lampada, qualora il plasma giunga a contatto con la superficie del bulbo di vetro in cui è raccolto.

Nel tentativo di superare tali inconvenienti, ed in particolare per evitare l’insorgere di fenomeni di risonanza acustica, sono state proposte diverse soluzioni in cui il controllo dell’alimentazione della lampada è realizzato mediante alimentatori di tipo elettronico a bassa frequenza.

In particolare, sono noti dispositivi di alimentazione in corrente ad onda quadra a bassa frequenza, delordine delle centinaia di Hz con regolazione della corrente media attraverso un convertitore ad alta frequenza di commutazione, generalmente intorno alle decine di kHz.

In questo modo si evita l'insorgere di risonanze acustiche, in quanto queste ultime si verificano generalmente per valori di frequenza più elevati, ovvero compresi tra alcuni kHz ed alcune centinaia di kHz.

Il controllo dell'alimentazione mediante una corrente ad onda quadra a bassa frequenza rappresenta la soluzione più sicura ed efficace, oltre che di migliore adattabilità alle diverse tipologie di lampada, al fine di eliminare i fenomeni di risonanza acustica.

Un tipico alimentatore è generalmente realizzato secondo una topologia circuitale che prevede un primo blocco funzionale costituito da un convertitore di tipo “boost” per la correzione del fattore di potenza, da un convertitore di tipo “buck” per la regolazione della corrente e della potenza di lampada e da un commutatore per convertire la corrente continua regolata in corrente alternata ad onda quadra.

Per queste topologie circuitali è necessario l’utilizzo di due elementi di controllo, il primo per regolare la tensione di alimentazione prodotta dal convertitore boost e definire la forma d’onda della corrente assorbita in modo da renderla proporzionale all’onda di tensione sinusoidale di alimentazione, il secondo per effettuare la regolazione della corrente e della potenza di lampada all'interno dello stadio buck.

Tali soluzioni, pertanto, presentano il riconosciuto svantaggio di avere un elevato numero di componenti che rendono complesso il controllo dei parametri di regolazione dell’intero alimentatore, comportando maggiori costi di realizzo e minore rendimento complessivo.

Per superare tali inconvenienti sono state proposte diverse soluzioni in cui si è provveduto a ridurre il numero di componenti al fine di semplificare l’intera topologia circuitale. In particolare, è stata proposta una topologia di alimentatore con commutatore del tipo a ponte intero che esegue un controllo di corrente media attraverso un sensore per ogni ramo del ponte, vedere ad esempio l'articolo “ Design of a two stage low-frequency squre wave electronic ballast for HID Lamps” (Miaosen Shen, Zhaoming Qian, Fang Zheng Peng, Transaction on Industry Applications, Voi. 39 N°2, march/April 2003, pp.424-430).

In questa topologia circuitale, illustrata nella FIG. 1, il circuito di alimentazione A è costituito da un circuito di ingresso B del tipo boost in parallelo ad una prima coppia di terminali per il collegamento M1, M2con una sórgente di tensione alternata S, in cui un condensatore di uscita C è collegato in parallelo ai suddetti terminali M1, M2.

In parallelo al circuito di ingresso B è collegato un circuito di commutazione I avente una topologia circuitale a ponte intero costituito da una primo ed un secondo interruttore di bassa frequenza LF1, LF2e da un primo ed un secondo interruttore di alta frequenza HF1, HF2, in cui gli interruttori LF1, LF2, HF1, HF2sono collegati in parallelo a rispettivi diodi , D2, D3, D4.

La misurazione della corrente di alimentazione è eseguita attraverso la lettura del segnale di corrente media che attraversa una coppia di sensori resistivi RS1, RS2collegati ognuno ad un ramo del ponte I e prelevato da una coppia di porte di connessione IR1, IR2per trasmettere il segnale ad un circuito di controllo di tipo analogico, non illustrato.

In tale nota soluzione è pertanto necessaria una coppia di sensori che realizzano un controllo di corrente media e che potranno essere di tipo resistivo, caratterizzati da elevata dissipazione, oppure ad effetto Hall, con bassa dissipazione ma costo elevato.

Di conseguenza si riscontrano bassi valori di rendimento, con aumento deH’assorbimento di energia elettrica dalla rete, che costituisce aspetto particolarmente critico nella gestione dell’intero apparato, in quanto il commutatore è solitamente posizionato in prossimità della lampada e, quindi, in una zona ad elevata temperatura ambiente dove la dissipazione di potenza risulta essere problematica.

Un ulteriore inconveniente degli alimentatori noti dallo stato della tecnica risiede nel fatto che il controllo della potenza di lampada è effettuato mediante sistemi di tipo o totalmente analogico o totalmente digitale.

La prima tipologia di alimentatore, pur risultando di semplice implementazione, è inadatta ad interfacciarsi con sistemi di supervisione remoti, rendendo più complessa la gestione della diagnostica e degli allarmi ed impedendo il controllo dinamico della potenza di lampada.

Questa caratteristica, nel caso in cui l'alimentatore sia applicato ad un apparato per l'abbronzatura, non consentirà la definizione di profili personalizzati per ogni utente.

La seconda tipologia di alimentatore richiede un microcontrollore di elevate prestazioni, capace di acquisire e generare segnali di comando ad alta frequenza in maniera precisa.

Questi ultimi dispositivi sono piuttosto costosi e comunque difficilmente possono garantire l’implementazione di sistemi per la protezione dalla sovracorrente che può generarsi negli interruttori tra le fasi di accensione e di riscaldamento a causa della resistenza iniziale di valore molto basso e prossimo a quella di corto circuito.

Presentazione dell'invenzione

Scopo del presente trovato è di superare gli inconvenienti sopra riscontrati, realizzando un alimentatore elettronico per lampade che presenti caratteristiche di elevata affidabilità, efficienza e convenienza economica.

Uno scopo particolare è quello di realizzare un alimentatore elettronico per lampade che consenta di ridurre sensibilmente la potenza dissipata al suo interno, consentendo risparmio energetico e rendimenti più elevati.

Un altro scopo del presente trovato è quello di realizzare un alimentatore avente topologia circuitale di semplice ed economica realizzazione e che presenti minori ingombri, risultando allo stesso tempo più affidabile e sicuro per l'utilizzatore di un apparato a cui è applicato l'alimentatore.

Ulteriore scopo del trovato è quello di realizzare un alimentatore che consenta di controllare in modo continuo ed estremamente accurato la potenza di alimentazione della lampada, in modo da adattarla alle specifiche esigenze di un utilizzatore.

Ancora altro scopo è quello di realizzare un alimentatore che consenta di ridurre i disturbi legati aH'utilizzo di alte frequenze.

Non ultimo scopo è quello di realizzare un alimentatore che sia gestibile mediante un semplice algoritmo, potendo inoltre interfacciarsi con mezzi di diagnosi esterna che ne garantiscano la sicurezza nell’utilizzo.

Questi scopi, nonché altri che appariranno più chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un alimentatore elettronico per lampade, in accordo con la rivendicazione 1 , comprendente una prima coppia di terminali per il collegamento ad una sorgente di alimentazione di tensione e corrente alternate, una seconda coppia di terminali collegati ai capi di una lampada, un circuito d'ingresso in parallelo con detta prima coppia di terminali per il raddrizzamento e la regolazione della corrente alternata in entrata dalla sorgente di alimentazione, un circuito di commutazione di detta corrente alternata per l’alimentazione della seconda coppia di terminali, il circuito di commutazione essendo elettricamente connesso al circuito di ingresso. Sono infine presenti mezzi di controllo associati al circuito di commutazione per la misurazione e la regolazione della corrente di alimentazione della lampada.

Il trovato si caratterizza per il fatto che i mezzi di controllo comprendono un unico sensore di corrente collegato al circuito di commutazione per il controllo simultaneo della potenza e del valore di picco della corrente di alimentazione della lampada.

Grazie a questa particolare configurazione, il trovato mette a disposizione un alimentatore elettronico per lampade che permette di ridurre in maniera sensibile la potenza dissipata al suo interno, consentendo un importante risparmio energetico e rendimenti più elevati dell’intero dispositivo a cui l’alimentatore sarà applicato.

Vantaggiosamente, i mezzi di controllo potranno comprendere un limitatore del valore massimo della corrente di alimentazione collegato al circuito di commutazione ed all’unità di controllo analogica.

In questo modo l'alimentatore sarà reso ancora più sicuro ed affidabile, in particolar modo negli istanti immediatamente successivi la fase di accensione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva di un alimentatore elettronico secondo il trovato, illustrato a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG. 1 è una vista di uno schema di alimentatore dello stato della tecnica; la FIG. 2 è una vista di uno schema di alimentatore secondo il trovato; la FIG. 3 è una vista di una configurazione preferita di un primo particolare dello schema di FIG. 2;

la FIG. 4 è una vista di un secondo particolare dello schema di FIG. 2 in una prima condizione operativa;

la FIG. 5 è una vista del secondo particolare dello schema di FIG. 2 in una seconda condizione operativa;

la FIG. 6 illustra i segnali di comando generati dalle unità di controllo verso il circuito di commutazione;

la FIG. 7 rappresenta le forma d’onda della corrente e della tensione di lampada;

la FIG. 8 rappresenta la forma d'onda della corrente all’interno delle induttanze del circuito di commutazione di FIG. 2;

la FIG. 9 rappresenta la forma d’onda dei segnali di comando del circuito di accensione.

Descrizione detagliata di un esempio di realizzazione preferito Con riferimento alle figure citate, l’alimentatore secondo il trovato potrà essere impiegato per l'alimentazione di lampade del tipo a gas ad alta pressione, particolarmente ma non esclusivamente in apparati per l'abbronzatura.

Con riferimento alla FIG. 2, l’alimentatore secondo il trovato, indicato globalmente con il numero 1, comprende una prima coppia di terminali 2, 3 per il collegamento ad una sorgente di alimentazione 4 di tensione Vge corrente igalternate, una seconda coppia di terminali 5, 6 collegati ai capi di una lampada 7 da alimentare, un circuito d'ingresso 8 posto in parallelo con la prima coppia di terminali 2, 3 per il raddrizzamento e la regolazione della corrente alternata igin entrata dalla sorgente di alimentazione 4, un circuito di regolazione e commutazione 9 della corrente continua iINin uscita dal circuito di ingresso 8 per l'alimentazione della seconda coppia di terminali 5, 6 della lampada 7, il circuito di regolazione e commutazione 9 essendo elettricamente connesso al circuito di ingresso 8; sono quindi presenti mezzi di controllo 10 associati al circuito di regolazione e commutazione 9 per la misurazione e la regolazione della corrente di alimentazione della lampada 7.

Secondo una caratteristica peculiare del trovato, i mezzi di controllo 10 comprendono un unico sensore di corrente 11 collegato al circuito di regolazione e commutazione 9 per il controllo simultaneo della potenza e del valore di picco ipkdella corrente di alimentazione della lampada 7.

Opportunamente, il circuito di regolazione e commutazione 9 potrà comprendere un primo ed un secondo interruttore a bassa frequenza 12, 13 ed un primo ed un secondo interruttore ad alta frequenza 14, 15, gli interruttori 12, 13, 14, 15 essendo circuitalmente collegati per definire una topologia del tipo a ponte intero per il circuito di regolazione e commutazione 9.

In particolare, il primo interruttore ad alta frequenza 14 potrà essere collegato al primo interruttore a bassa frequenza 12 in corrispondenza di un primo nodo comune 16.

Allo stesso modo il secondo interruttore ad alta frequenza 15 potrà essere collegato al secondo interruttore a bassa frequenza 13 in corrispondenza di un secondo nodo comune 17.

Vantaggiosamente, gli interruttori di bassa ed alta frequenza 12, 13; 14, 15 potranno essere del tipo a transistor, scelti nel gruppo comprendente transistor IGBT e MOSFET, aventi ognuno un diodo interno, per i quali sono illustrati i soli diodi degli interruttori di bassa frequenza 12, 13, diodi indicati rispettivamente con 12’ e 13’, per consentirne il funzionamento come interruttori bidirezionali in corrente.

Opportunamente, il sensore di corrente 11 presenterà un primo capo 20 collegato agli interruttori di alta frequenza 14, 15 ed un secondo capo 21 per il collegamento a massa.

Il sensore 11 potrà essere sia del tipo resistivo, per ottenere maggiore economicità di realizzo dell'intero circuito, che di tipo induttivo, più costoso ma con minori dissipazioni al suo interno.

Ancora, il circuito di regolazione e commutazione 9 comprenderà una prima ed una seconda induttanza 22, 23, che potranno essere magneticamente accoppiate ed aventi valori preferibilmente, ma non esclusivamente, coincidenti, e tra le quali sarà interposta la lampada 7.

Come visibile da FIG. 2, la prima induttanza 22 presenterà un capo collegato al primo nodo 16 ed un capo collegato al terminale 5 di alimentazione della lampada 7; la seconda induttanza 23 presenterà a sua volta un capo collegato al secondo nodo 17 ed un capo collegato all'altro terminale 6 di alimentazione.

Grazie a questa particolare configurazione del circuito di regolazione e commutazione 9 si potrà sostanzialmente dimezzare la tensione di modo comune ad alta frequenza per le connessioni della lampada 7, consentendo la sensibile riduzione dei disturbi ad alta frequenza.

Ulteriormente, potrà essere presente un condensatore di filtro 26 disposto in parallelo alla lampada 7 ed avente rispettivi capi collegati ai terminali 5, 6 della seconda coppia.

In FIG. 3 è illustrata un esempio di realizzazione, preferito ma non esclusivo, di un circuito di ingresso 8 utilizzato come raddrizzatore e convertitore della corrente da alternata in continua.

Il circuito 8 potrà essere del tipo boost ad elevato fattore di potenza composto da un ponte intero a diodi 36 all'uscita del quale è posta l’induttanza d'ingresso 37 del convertitore seguita dall'interruttore 38, ad esempio un IGBT, e dal diodo di ricircolo 39, connesso tra il nodo comune tra interruttore 38 e induttanza 37, e dal condensatore di uscita del preregolatore 18 per mantenere costante la tensione di alimentazione del circuito di commutazione 9.

Una resistenza 40 per la misura della corrente assorbita dal circuito di ingresso 8, sarà posta tra la connessione comune tra l’emettitore dell’IGBT 38 ed il terminale negativo 41 del condensatore 18 e la connessione comune dei diodi del ponte 36.

Il circuito di ingresso 8 potrà essere vantaggiosamente connesso alla sorgente di alimentazione attraverso un filtro 19 per la riduzione dei disturbi elettromagnetici.

Il circuito di commutazione 9 potrà interfacciarsi con una prima unità di controllo 28, collegata con il sensore di corrente 11 per ricevere in ingresso il segnale di tensione Vi presente su quest'ultimo e regolare di conseguenza il valore di picco ipkdella corrente di alimentazione iIN-La prima unità di controllo 28 avrà, quindi, in uscita segnali di comando S1, S2, S3, S4da inviare rispettivamente agli interruttori di bassa ed alta frequenza 12, 13; 14, 15, in modo da consentire la regolazione del valore istantaneo della corrente di alimentazione della lampada 7.

Ulteriormente, i mezzi di controllo 10 comprenderanno una seconda unità di controllo 31, preferibilmente, ma non esclusivamente, del tipo digitale a microcontrollore, operativamente associata sia al circuito di regolazione e commutazione 9 che alla prima unità di controllo 28.

La seconda unità di controllo 31 riceverà in ingresso dal circuito di regolazione e commutazione 9 il valore medio iavgdella corrente di alimentazione i|Ndella lampada 7 per generare, in uscita verso la prima unità di controllo 28, un valore di riferimento irefdel valore di picco della corrente ipk-Inoltre, la seconda unità di controllo 31 potrà generare un primo segnale di controllo CS1, preferibilmente del tipo ad onda quadra a bassa frequenza, in uscita verso la prima unità di controllo 28 per l'abilitazione selettiva e coordinata degli interruttori di bassa ed alta frequenza 12, 13; 14, 15. La stessa unità 31 potrà avere in uscita anche un segnale di abilitazione ES per la prima unità 28.

Secondo la particolare, ma non esclusiva, configurazione illustrata in FIG.2, la prima unità di controllo 28 comprenderà un circuito analogico 29, ad esempio un controllore analogico dedicato del tipo UC2845, che riceverà in entrata il valore di riferimento irefdella corrente di alimentazione iINed avrà a sua volta in uscita un secondo segnale di controllo CS2da inviare ad un’unità logica 30 presente all'interno della stessa prima unità di controllo 28.

L'unità logica 30 avrà in entrata anche il primo segnale di controllo CS1per la generazione dei segnali di comando S1, S2, S3, S4.

L'associazione del circuito analogico 29 con la seconda unità 31 di tipo digitale permetterà di adottare tecniche di controllo miste che permetteranno l'utilizzo di microcontrollorì a basso costo e di facile reperibilità unitamente ad un controllore analogico generalmente più veloce ed affidabile.

L’unità logica 30 potrà interfacciarsi con gli interruttori 12, 13; 14, 15 attraverso opportuni driver, indicati globalmente con 24, che invieranno i rispettivi segnali di comando Si, S2, S3, S4ai relativi interruttori 12, 13; 14, 15.

La presenza di interruttori ad alta frequenza 14, 15 soltanto nella parte bassa del circuito 9 consentirà di semplificare i driver 24 per gli interruttori a bassa frequenza 12, 13 nella parte alta.

La misurazione del valore di picco iPkdella corrente di alimentazione della lampada 7 consentirà, vantaggiosamente, l'utilizzo di un unico sensore di corrente 11 rispetto alle soluzioni che realizzano il controllo della corrente media iavgper le quali è necessario un sensore per ogni ramo del ponte.

Grazie a questa particolare configurazione, l’alimentatore 1 presenterà una configurazione più semplice e con un minor numero di elementi, consentendo la riduzione dei fenomeni di dissipazione al suo interno, con conseguenti risparmi di energia uniti ad aumento del rendimento.

Il controllo del valore di picco iPkdella corrente di alimentazione iINconsentirà, inoltre, il controllo implicito del valore massimo della corrente di alimentazione iINistantaneamente presente nei vari componenti del circuito di regolazione e commutazione 9.

Ulteriormente, la presenza di un limitatore 25 del massimo valore di picco iPkdella corrente di alimentazione iINcollegato al circuito 9 ed alla prima unità di controllo 28 aumenterà l'affidabilità dell’intero sistema a cui l'alimentatore 1 sarà applicato.

Questo aspetto assumerà particolare rilievo negli istanti immediatamente successivi all'accensione e prima della fase di riscaldamento della lampada 7, durante i quali quest’ultima presenta bassi valori di resistenza, prossimi ad un corto circuito, che potranno determinare elevate correnti negli interruttori 12, 13, 14, 15.

La seconda unità di controllo 31 sarà operativamente associata al circuito di ingresso 8 per ricevere in entrata da questo il valore della tensione di alimentazione VDCregolata e generare in uscita verso lo stesso circuito di ingresso 8 un segnale di abilitazione EN.

Tra il circuito di regolazione e commutazione 9 e la seconda unità di controllo 31 sarà inoltre previsto un filtro 32, ad esempio del tipo “filtro passa basso”, interposto. Il filtro 32 riceverà in ingresso la tensione Vi presente ai capi opposti 20, 21 del sensore di corrente 11 ed avrà in uscita il valore medio iavgdella corrente di alimentazione iIN-Grazie a questa particolare configurazione, il sensore di corrente 11 impiegato per il controllo della valore di picco iPkpotrà essere adoperato anche per il controllo della corrente media di ingresso iavg, senza altri sensori di misura e semplificando ulteriormente l’intero alimentatore 1.

Così, la seconda unità di controllo 31, di tipo digitale, potrà essere predisposta per interfacciarsi a mezzi esterni di supervisione e diagnosi a distanza, non illustrati, consentendo il monitoraggio continuo ed automatico dell'integrità dell'intero apparato sul quale è applicato l’alimentatore 1.

Tali mezzi esterni potranno comprendere ad esempio una o più sonde di misurazione che rileveranno l’irraggiamento prodotto dalla lampada 7 confrontandolo con una misura base per aumentare o diminuire il valore della corrente di alimentazione iIN, garantendo continuità ed uniformità di funzionamento dell'intero apparato ed aumentando la vita della lampada 7, con conseguenti benefici in termini di economia di esercizio.

Sarà possibile, inoltre, compensare il normale calo della potenza della lampada 7, conseguente al suo invecchiamento, attraverso un aumento della corrente di alimentazione iINcalcolato in funzione delle ore di utilizzo.

L'alimentatore 1 presenterà un circuito elettronico di accensione 33 operativamente associato al circuito di regolazione e commutazione 9, per la generazione degli impulsi di innesco IGN per la lampada 7.

II circuito di accensione 33 sarà costituito essenzialmente da un trasformatore di impulso 34 con rapporto spire predeterminato, ad esempio 1 a 12, con il secondario comprendente un avvolgimento 35 posto in serie alla lampada 7 ed in parallelo al condensatore di filtro 26 a formare una maglia con gli stessi.

Operativamente, il circuito di ingresso 8 sarà connesso alla sorgente di tensione alternata 4 attraverso la prima coppia di terminali 2, 3 per svolgere la duplice funzione di raddrizzatore ad elevato fattore di potenza e di regolatore di tensione.

La sua topologia potrà essere del tipo “boost”, innalzatore di tensione non isolato, con un controllo realizzato preferibilmente tramite un chip analogico dedicato, ad esempio tipo UC2854, non illustrato.

In particolare, la funzione del circuito di ingresso 8 sarà quella di assorbire corrente dalla sorgente di alimentazione 4 in maniera proporzionale alla tensione di alimentazione Vg, in modo da simulare un carico resistivo.

La tensione VDcai capi del condensatore di uscita 18 sarà mantenuta sostanzialmente costante, con valori generalmente prossimi ai 400V, modificando opportunamente il riferimento della corrente assorbita iRe consentendo alla corrente in ingresso i|Nnel circuito di regolazione e commutazione 9 di essere sostanzialmente proporzionale alla potenza sulla lampada 7, al netto delle naturali perdite per dissipazione.

La resistenza 40 trasformerà il segnale di corrente igin entrata dalla sorgente 4 in un segnale di tensione ad essa proporzionale che verrà misurato dal sistema di controllo analogico, non illustrato, del circuito 8 di tipo boost e quindi utilizzato per imporre un assorbimento di corrente ad elevato fattore di potenza.

La tensione VDC, in uscita dal circuito 8, alimenterà il circuito di regolazione e commutazione 9. Gli interruttori 12, 13, 14, 15 opereranno sia come convertitori ad abbassamento di tensione di tipo Buck sia come inverter, in modo da alimentare la lampada con una corrente ad onda quadra a bassa frequenza, con valori prossimi ai 250Hz.

Nelle FIGG. 4 e 5 sono illustrati i due circuiti equivalenti in cui è possibile suddividere il circuito di regolazione e commutazione 9 in conseguenza dell’inversione del senso della corrente della lampada 7 ed alla commutazione selettiva degli interruttori 12, 13, 14, 15.

In una prima fase, illustrata schematicamente in FIG. 4, corrispondente alla semionda positiva dell’onda quadra, verranno modulati gli interruttori 12 e 15 mentre gli altri interruttori 13 e 14 rimarranno aperti.

La corrente di alimentazione iINpasserà, pertanto, attraverso il primo interruttore a bassa frequenza 12 e, di seguito, nella prima induttanza 22, nella lampada 7, nella seconda induttanza 23 per poi passare attraverso il secondo interruttore ad alta frequenza 15 e giungere al sensore di corrente 11.

Al contrario, in corrispondenza della semionda negativa gli interruttori 13 e 14 saranno chiusi mentre gli interruttori 12 e 15 verranno mantenuti aperti, con il solo primo interruttore ad alta frequenza 14 modulato ad alta frequenza, mentre il secondo interruttore di bassa frequenza 13 rimarrà chiuso.

Di conseguenza, la corrente all’interno della lampada 7 invertirà il proprio senso andando dal secondo interruttore di bassa frequenza 13 verso il primo interruttore di alta frequenza 14 attraverso l’induttanza 23, la lampada 7 e l'avvolgimento 35 e l’induttanza 22, come chiaramente visibile in FIG. 5.

I segnali di comando generati dalla prima unità di controllo 28 sono mostrati in FIG. 6 dalla quale si può osservare che durante la semionda positiva sarà modulato ad alta frequenza il solo interruttore 15, mentre il primo interruttore a bassa frequenza 12 rimarrà chiuso per l’intera durata del semiperiodo dell’onda quadra a bassa frequenza.

In FIG. 7 sono invece illustrate le forme d’onda relative alla tensione ed alla corrente della lampada 7, indicate nella stessa figura con le lettere V ed i: la seconda unità di controllo 31 fornirà il segnale di comando irefin modo che l'andamento ad onda quadra di tensione e corrente possa produrre una potenza di lampada pressoché costante, evitando così fenomeni di risonanza acustica.

Le forme d’onda della corrente e della tensione sulla lampada 7 saranno costituite da un segnale di bassa frequenza, con valori prossimi generalmente a 250Hz.

Gli interruttori di alta frequenza 14, 15 commuteranno in maniera coordinata con gli interruttori di bassa frequenza 12, 13 in funzione di un ripple di ampiezza ridotta ed alta frequenza, generalmente prossima a 50KHz, sovrapposto al segnale di bassa frequenza.

In questo modo il controllo del valore istantaneo della corrente di alimentazione iINsarà realizzato in alta frequenza, consentendo l’utilizzo di componenti magnetici di dimensioni ridotte.

La corrente nella prima e nella seconda induttanza 22, 23 avranno una forma d’onda quadra con una ondulazione ad alta frequenza di tipo triangolare, come chiaramente illustrato in FIG. 8 in cui è riportata la forma d'onda della corrente L attraverso l'induttanza 22 durante il passaggio dalla semionda positiva a quella negativa.

La fase di salita delia corrente durante la semionda positiva corrisponderà all'intervallo di chiusura del secondo interruttore di alta frequenza 15, mentre la fase di discesa corrisponderà all’intervallo di ricircolo.

Analogamente, la fase di salita della corrente durante la semionda negativa dell'onda quadra corrisponderà all’intervallo di chiusura dell’interruttore 14, mentre la fase di discesa corrisponderà all'intervallo di ricircolo.

La selezione tra le coppie di interruttori 13/14 e 12/15 sarà effettuata dalla prima unità di controllo 31 attraverso la generazione del primo segnale di controllo CSi a bassa frequenza.

La prima unità di controllo 28 prowederà a misurare il segnale di tensione Vi in uscita dal sensore di corrente 11, regolando di conseguenza il valore della corrente di picco ipkin uscita dal circuito di regolazione e commutazione 9 e generando successivamente i rispettivi segnali di comando S3, S4per gli interruttori di alta frequenza 14, 15.

Il valore di riferimento irefdella corrente di picco iPksarà prodotta dall’unità a microcontrollore 31 che effettuerà la misura della potenza della lampada 7 attraverso la misura del valore medio iavgdella corrente ÌIN in ingresso al circuito di regolazione e commutazione 9, ottenuta mediante la presenza del filtro 32.

Il circuito di accensione 33, a sua volta, riceverà una sequenza di impulsi di comando in rapida successione daN'unità di controllo a microprocessore 31 per la generazione degli impulsi di innesco IGN, illustrati in FIG. 9, che saranno opportunamente sincronizzati con il primo segnale di controllo CS1per avere sempre la massima tensione sulla lampada 7 nella fase di innesco.

In questo modo potrà essere garantita la corretta ed immediata accensione anche con lampade invecchiate.

Gli impulsi di innesco IGN saranno opportunamente ravvicinati e seguiti da un intervallo di pausa in cui si rileverà la corrente del circuito di regolazione e commutazione 9 per stabilire i'awenuta accensione o meno della lampada 7.

La connessione di un condensatore, non illustrato, precaricato alla tensione di alimentazione regolata VDC produrrà del secondario 35 un impulso, generalmente della durata di 1μs ed ampiezza di circa 5kV, che si chiuderà sulla lampada 7 attraverso il condensatore di filtro 26.

L'andamento del segnale di comando IGN del circuito di accensione 33 sarà costituito da una pluralità di impulsi di innesco ai quali corrisponderanno analoghi impulsi ad alta tensione sulla lampada 7.

La rapida successione di impulsi di bassa intensità permetterà di utilizzare componenti di dimensione ridotte all’interno del circuito di accensione 33, senza tuttavia ridurre le prestazioni dell’alimentatore 1 rispetto a soluzioni note in cui si genera un unico impulso di intensità notevole e per le quali sono necessarie componenti di notevoli peso ed ingombro.

Da quanto sopra descritto appare evidente che il trovato realizza gli scopi prefissati ed in particolare quello di mettere a disposizione un alimentatore elettronico per lampade 1 avente topologia circuitale di semplice ed economica realizzazione per la sensibile riduzione della potenza dissipata al suo interno, consentendo sensibile risparmio energetico e rendimenti più elevati.

Grazie all'utilizzo di tecniche di controllo miste analogico/digitali, sarà possibile, per un qualunque utilizzatore di un apparato di abbronzatura comprendente l'alimentatore 1, definire profili di abbronzatura personalizzati sia per le diverse parti del corpo che in funzione del particolare fototipo di pelle, in condizioni di elevata sicurezza intrinseca e garantendo l’assorbimento della sola potenza necessaria.

L'alimentatore secondo il trovato è suscettibile di numerose modifiche e varianti tutte rientranti nel concetto inventivo espresso nelle rivendicazioni allegate. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito del trovato.

Anche se l’alimentatore è stato descritto con particolare riferimento alle figure allegate, i numeri di riferimento usati nella descrizione e nelle rivendicazioni sono utilizzati per migliorare l'intelligenza del trovato e non costituiscono alcuna limitazione all'ambito di tutela rivendicato.

Claims (16)

1. RIVENDICAZIONI 1. Un alimentatore elettronico per lampade, particolarmente del tipo a gas ad alta pressione, comprendente: - una prima coppia di terminali (2, 3) per il collegamento ad una sorgente di alimentazione (4) di corrente e tensione alternate; - una seconda coppia di terminali (5, 6) collegati ai capi di una lampada (7); - un circuito d'ingresso (8) in parallelo con detta prima coppia di terminali (2, 3) per il raddrizzamento e la regolazione della corrente altemata(ig) in entrata dalla sorgente di alimentazione (4); - un circuito di regolazione e commutazione (9) della corrente di alimentazione (iN) di detta seconda coppia di terminali (5, 6), detto circuito di regolazione e commutazione (9) essendo elettricamente connesso a detto circuito di ingresso (8), - mezzi di controllo (10) associati a detto circuito di regolazione e commutazione (9) per la misurazione e la regolazione della corrente di alimentazione (iIN) della lampada (7); caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono un unico sensore di corrente (11) collegato a detto circuito di regolazione e commutazione (9) per il controllo simultaneo della potenza e del valore di picco (ipk) della corrente di alimentazione (iIN) della lampada (7).
2. 2. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 1 , caratterizzato dal fatto che detto circuito di regolazione e commutazione (9) comprende un primo ed un secondo interruttore a bassa frequenza (12, 13) ed un primo ed un secondo interruttore ad alta frequenza (14, 15), in cui detti interruttori di bassa ed alta frequenza (12, 13; 14, 15) sono circuitalmente collegati per definire una topologia a ponte intero.
3. 3. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto primo e detto secondo interruttore a bassa frequenza (12, 13) sono collegati rispettivamente a detto primo ed a detto secondo interruttore ad alta frequenza (14, 15) attraverso rispettivamente un primo ed un secondo nodo comune di collegamento (16, 17).
4. 4. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detti interruttori di bassa ed alta frequenza (12, 13; 14, 15) sono transistor scelti nel gruppo comprendente i transistor IGBT e MOSFET.
5. 5. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto sensore di corrente (11) presenta un primo capo (20) collegato in serie a detti interruttori di alta frequenza (14; 15) ed un secondo capo (21) collegato a massa.
6. 6. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detto sensore di corrente (11) è scelto nel gruppo comprendente i sensori resistivi ed induttivi.
7. 7. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 3, caratterizzato dal fatto che detto circuito di regolazione e commutazione (9) comprende una prima induttanza (22), con un capo collegato a detto primo nodo (16) ed un capo collegato ad un terminale (5) di detta seconda coppia, ed una seconda induttanza (23) avente un capo collegato a detto secondo nodo (17) ed un capo collegato all’altro terminale (6) di detta seconda coppia.
8. 8. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che dette prima e seconda induttanza (22, 23) sono magneticamente accoppiate.
9. 9. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono una prima unità di controllo (28) collegata a detto sensore di corrente (11) per la misurazione della tensione (V1) ai capi (20, 21) dello stesso ed il suo confronto con il valore di picco (ipk) di detta corrente di alimentazione (iIN) e la successiva generazione di rispettivi segnali di comando (Si, S2, S3, S4) per detti interruttori di bassa ed alta frequenza (12, 13; 14, 15), in modo da consentire la regolazione del valore istantaneo di detta corrente di alimentazione (iIN).
10. 10. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono un limitatore (25) del valore massimo di detta corrente di picco (ipk) collegato a detto circuito di regolazione e commutazione (9) ed a detta prima unità di controllo (28).
11. 11. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono una seconda unità di controllo (31) operativamente associata a detto circuito di regolazione e commutazione (9) ed a detta prima unità di controllo (28) per ricevere in ingresso dal primo il valore medio (iavg) di detta corrente di alimentazione (iIN) e per generare, in uscita verso detta prima unità di controllo (28), un valore di riferimento (iref) per detto valore di picco (ipk) ed un primo segnale di controllo (CS1) per detti interruttori (12, 13, 14, 15).
12. 12. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta seconda unità di controllo (31) è del tipo digitale a microcontrollore.
13. 13. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta prima unità di controllo (28) comprende un circuito analogico (29) con in entrata detto valore di riferimento (iref) ed in uscita un secondo segnale di controllo (CS2), ed un’unità logica (30) con in entrata detti primo e secondo segnali di controllo (CS1, CS2) ed in uscita detti segnali di comando (S1, S2, S3, S4).
14. 14. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detta seconda unità di controllo (31) è operativamente associata a detto circuito di ingresso (8) per ricevere in entrata da questo il valore della tensione di alimentazione (VDC) e generare un segnale di abilitazione (ES) in uscita verso detto circuito di ingresso (8).
15. 15. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 11, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono un filtro (32) circuitalmente interposto tra detto circuito di regolazione e commutazione (9) e detta seconda unità di controllo (31), detto filtro (32) avendo in ingresso la tensione (Vi) presente ai capi (20, 21) di detto sensore di corrente (11) ed in uscita il valore medio (iavg) della corrente di alimentazione (iIN) in ingresso a detto circuito di regolazione e commutazione (9).
16. 16. Alimentatore elettronico secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detti mezzi di controllo (10) comprendono un circuito elettronico di accensione (33) operativamente associato a detto circuito di commutazione (9) ed avente un trasformatore di impulso (34) con rapporto di tensione predeterminato per la generazione di una pluralità di impulsi di innesco (IGN) per detta lampada (7).