ITVI20130306A1 - Apparecchio di illuminazione con circuito incorporato per l'illuminazione di emergenza - Google Patents

Description

APPARECCHIO DI ILLUMINAZIONE CON CIRCUITO INCORPORATO

PER L'ILLUMINAZIONE DI EMERGENZA

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La presente invenzione si riferisce genericamente ad un apparecchio di illuminazione, quale una lampadina o tubo cilindrico a led, sostitutivo di lampade fluorescenti (per esempio, del tipo T8), con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza.

Più in particolare, l’invenzione riguarda un circuito elettronico, completo di batteria, che, opportunamente incorporato in aggiunta ai circuiti presenti in ogni apparecchio di illuminazione ordinario, quale una lampadina a led, consente di trasformarlo in un apparecchio per l’illuminazione di emergenza.

Le lampadine di illuminazione sono dispositivi che includono un convertitore di energia elettrica in luce, un circuito elettronico per l’alimentazione di tale sorgente di luce, un sistema di connessione elettromeccanico e un involucro di protezione trasparente.

Le lampadine hanno diversi formati in base alla standardizzazione che si è prodotta nell’evoluzione tecnica per incorporare le diverse possibili sorgenti di luce; le forme più diffuse sono quelle a bulbo, con connettore a vite di tipo E27 o E14 oppure con attacco a baionetta GU10, nate per incapsulare il filamento incandescente al tungsteno, e i tubi luminosi di diametro di 26mm o 15 mm, nati per le sorgenti fluorescenti ad emissione indiretta a scarica di gas a bassa pressione.

L’avvento delle sorgenti di illuminazione allo stato solido (led) ha evoluto la tecnologia delle forme a bulbo e a tubo sostituendo in entrambi i casi il contenuto di tali lampadine, ma conservandone l’aspetto esterno; sono così nate le lampadine a led, caratterizzate da una efficienza energetica elevatissima, nelle quali i led incorporati sono pilotati da un alimentatore elettronico che converte l’alimentazione a 230V AC in forma idonea per i led. Le lampadine a led bianchi si sono diffuse sul mercato in modo tale da sostituire quasi ogni tipo di sorgente tradizionale a filamento, dalle tradizionali lampadine a bulbo con filamento al tungsteno, alle più moderne lampadine alogene.

Le lampadine a led, grazie alla maggiore efficienza energetica, stanno sostituendo anche le lampadine elettroniche, cosiddette “fluorescenti compatte”, così come la disponibilità di batterie di piccole dimensioni consente l’integrazione della funzione di alimentazione di emergenza all’interno delle nuove lampadine a led. Scopo della presente invenzione è quello di realizzare un apparecchio di illuminazione dotato di un circuito elettronico universale, che, incorporato all’interno delle tradizionali lampadine o tubi cilindrici a led, consenta di trasformarli in rispettive lampadine o tubi a led per l’illuminazione di emergenza.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un circuito universale di emergenza per apparecchi di illuminazione, che consenta di rilevare, in modo automatico e direttamente sull’impianto ove è installato l’apparecchio di illuminazione, una condizione di attivazione dell’illuminazione di emergenza, indipendentemente dallo stato dell’interruttore di accensione.

Altro scopo della presente invenzione è quello di realizzare un circuito universale di emergenza per apparecchi di illuminazione, che consenta di utilizzare le tradizionali lampadine e/o tubi cilindrici a led senza modificare portalampade e/o impianti di illuminazione esistenti.

Ulteriore scopo dell’invenzione è quello di realizzare un circuito universale di emergenza per apparecchi di illuminazione, che sia in grado di effettuare il monitoraggio della condizione di emergenza con bassissimo dispendio di energia.

Questi ed altri scopi sono raggiunti da un apparecchio di illuminazione con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza, secondo la rivendicazione 1 allegata; altre caratteristiche tecniche di dettaglio, secondo l’invenzione, sono previste nelle ulteriori rivendicazioni dipendenti.

In modo vantaggioso, la presente invenzione si riferisce ad un nuovo circuito elettronico, completo di batteria, che, opportunamente incorporato in aggiunta ai circuiti preesistenti in ogni lampadina o tubo a led di tipo tradizionale, consente di trasformarli in una lampadina o tubo di emergenza con le seguenti funzioni:

- in presenza di alimentazione a 230V (AC) sul portalampada o all’ingresso del tubo, la lampadina o tubo si accende a luce piena e contemporaneamente si ricarica la batteria di emergenza incorporata;

- se si spegne l’interruttore sezionatore di uno dei due conduttori che alimentano il portalampada o il tubo, la lampadina o tubo si spegne, cessa la ricarica della batteria e la lampadina o tubo si pone in uno stato di attesa (stand-by);

- se manca tensione sull’intero circuito del portalampada o del tubo a monte dell’interruttore di sezionamento, la lampadina o tubo si accende in emergenza a luce ridotta utilizzando la batteria incorporata.

Tale nuovo circuito elettronico, adattabile a tutte le lampadine e a tutti i tubi elettronici a led, si collega in serie all’ingresso dell’alimentatore elettronico originario della lampadina o tubo a led, gestisce una batteria ricaricabile utilizzando la corrente elettrica che alimenta il convertitore elettronico della lampadina o del tubo, gestisce un insieme dedicato di led adibiti alla sola funzione di illuminazione di emergenza, che risultano isolati dai led dedicati all’illuminazione ordinaria della lampadina o del tubo e, infine, incorpora un dispositivo controllore di gestione della funzione di emergenza, che analizza la tensione ai capi dei morsetti di alimentazione della lampadina o del tubo, identificando la condizione di illuminazione di emergenza e distinguendola da una condizione di interruttore di accensione spento.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue, che si riferisce ad un esempio di realizzazione esemplificativo e preferito, ma non limitativo, dell’apparecchio di illuminazione con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza, secondo l’invenzione, e dai disegni annessi, nei quali:

- la figura 1 mostra un impianto di accensione di una lampadina tradizionale LT con interruzione della fase L tramite interruttore di accensione I; - la figura 2 mostra un impianto di accensione di una lampadina tradizionale LT con interruzione della fase L, tramite interruttore di accensione I, e con in evidenza le capacità parassite CPC verso gli altri conduttori C dell’impianto elettrico sottoposti al potenziale di fase L;

- la figura 3 mostra un impianto di accensione di una lampadina tradizionale LT con interruzione del neutro N e con interruttore di accensione I;

- la figura 4 mostra un impianto di accensione di una lampadina tradizionale LT con interruzione del neutro N, tramite interruttore I, e con in evidenza le capacità parassite CPN verso terra; - la figura 5 mostra uno schema a blocchi di massima di una lampadina a bulbo a led di tipo noto;

- la figura 5A mostra uno schema a blocchi di massima di un tubo cilindrico a led di tipo noto; - la figura 6 mostra uno schema a blocchi di una lampadina a bulbo a led con incorporato il nuovo circuito di emergenza, secondo l’invenzione;

- la figura 6A mostra uno schema a blocchi di un tubo cilindrico a led con incorporato il nuovo circuito di emergenza, secondo l’invenzione;

- la figura 7 mostra lo schema elettrico del circuito universale di emergenza per apparecchi di illuminazione, secondo la presente invenzione;

- la figura 8 mostra una vista prospettica di una lampadina a led con attacco E14 a oliva con incorporato il circuito universale di emergenza, secondo la presente invenzione;

- la figura 9 mostra una vista in esploso della lampadina di figura 8, secondo l’invenzione;

- la figura 10 mostra una vista prospettica di un tubo cilindrico a led con incorporato il circuito universale di emergenza, secondo l’invenzione;

- la figura 11 mostra una vista in sezione trasversale del tubo cilindrico a led di figura 10, secondo la presente invenzione.

Con particolare riferimento alle figure da 5 a 9 allegate, si evidenzia che la figura 5 allegata schematizza l’architettura di una lampadina a led di tipo noto, con bulbo di plastica trasparente diffondente B2, sorgente led S1, alimentatore led A1 e attacco T1, mentre la successiva figura 6 schematizza la stessa lampadina led nella quale sono presenti, analogamente, l’attacco T1, l’alimentatore led A1 e la sorgente led S1 ed in cui sono stati aggiunti, incorporandoli, un circuito alimentatore A2 dell’illuminazione di emergenza, una batteria B1 ed una serie di led supplementari S2 necessari per la funzione di illuminazione di emergenza.

Nella figura 6 allegata è già evidente la semplicità della soluzione nella quale il nuovo circuito di emergenza A2 si collega in serie ai fili di ingresso F1, F2 dell’alimentatore tradizionale A1 della lampadina a led LT; inoltre, la batteria B1 è collegata al suddetto circuito di emergenza A2 con i suoi due fili F3, F4 e i led supplementari S2 sono collegati a loro volta all’alimentatore per l’illuminazione di emergenza A2 con due fili dedicati F5, F6.

L’alimentatore di emergenza A2 è adattabile a tutte le tipologie di lampadine elettroniche, è costituito dagli elementi D1, D2, LV1, B1, C1, CLDE, R1, R2, Q1, LDE1, LDE2, …, LDEN del circuito rappresentato nella figura 7 allegata ed è collegato in serie all’ingresso dell’alimentatore A1 della lampadina a led LT.

Inoltre, l’alimentatore di emergenza A2 gestisce la batteria B1 utilizzando la corrente elettrica che attraversa la lampadina a led LT e gestisce altresì un insieme dedicato di led adibiti alla sola funzione di illuminazione di emergenza (LDE1, LDE2, …, LDEN) ed isolati dai led dedicati all’illuminazione ordinaria (LD1, LD2, …, LDN) e presenti originariamente nella lampadina elettronica tradizionale (in pratica, si può utilizzare, per esempio, un circuito stampato flessibile o rigido LD contenente i led di illuminazione ordinaria e i led di illuminazione di emergenza, in cui i led sono montati isolati sul circuito stampato flessibile o rigido (in FR4) LD incollato ad un supporto di alluminio; oppure, è possibile realizzare due circuiti separati, in FR4 o in alluminio IMS, ciascuno ospitante i relativi led).

Il suddetto alimentatore di emergenza A2 incorpora poi un controllore di gestione della funzione di emergenza CLDE, che analizza la tensione ai capi dei morsetti di alimentazione della lampadina LT (attacco T1) e identifica la condizione di emergenza distinguendola da una condizione di interruttore di impianto I spento. Analogamente a quanto previsto per le lampadine a led (di cui alle figure allegate 5 e 6), la figura allegata 5A schematizza l’architettura di un tubo elettronico a led TL di tipo tradizionale, mentre la successiva figura allegata 6A schematizza il tubo a led TL, nel quale sono stati aggiunti, incorporandoli, l’alimentatore elettronico di emergenza A2, la batteria B1 e la sorgente luminosa S2, ausiliaria rispetto alla sorgente luminosa S1 e costituita da led supplementari necessari per la funzione di emergenza.

Anche in questo caso è evidente la semplicità della soluzione nella quale il nuovo alimentatore di emergenza A2 si collega in serie ai fili di ingresso F1, F2 dell’alimentatore elettronico originario A1 del tubo TL; inoltre, la batteria B1 è collegata all’alimentatore di emergenza A2 con i suoi due fili F3, F4 e la sorgente luminosa supplementare di emergenza S2 è collegata, a sua volta, all’alimentatore di emergenza A2 con due fili dedicati F5, F6.

In pratica, il funzionamento dell’apparecchio di illuminazione con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza, secondo la presente invenzione, è sostanzialmente il seguente.

Secondo l’invenzione, una lampadina o un tubo di emergenza, in aggiunta ad una lampadina o ad un tubo elettronico di tipo tradizionale, è in grado di rilevare, sull’impianto elettrico ove è installata, una condizione di attivazione dell’illuminazione di emergenza (mancanza di alimentazione AC dell’impianto), distinguendola da una semplice apertura dell’interruttore di accensione I della lampadina o del tubo, apertura che è causata dal normale spegnimento comandato volontariamente dall’utente.

Infatti, con particolare riferimento alle figure 1, 2, 3 e 4 allegate, quando l’interruttore I del circuito è acceso, la tensione AC della rete elettrica a 230V è presente ai capi dei due terminali di alimentazione L, N della lampadina a led LT o del tubo a led TL.

In questa condizione, la lampadina LT o tubo TL è accesa normalmente e la batteria incorporata deve essere ricaricata.

Quando l’interruttore I del circuito si apre, la lampadina LT o tubo TL si spegne come una normale lampadina o come un normale tubo, ma il circuito di emergenza A2, secondo la presente invenzione, continua a monitorare la linea elettrica per rilevare la presenza di alimentazione a 230V, 50Hz (o 115V, 60Hz) a monte dell’interruttore I e si possono verificare tutti i casi descritti nelle figure da 1 a 4:

• l’interruttore I seziona il conduttore di fase L in un impianto nel quale i due conduttori sono ben isolati dalle altre linee elettriche, caso tipico di una lampada da tavolo o a piantana, con la spina inserita in modo che l’interruttore I sezioni il conduttore L (figura 1 allegata), o di una linea elettrica singola, come può facilmente accadere in ristrutturazioni di impianti; in questo caso, con l’interruttore I aperto, ai capi della lampadina LT o del tubo TL resta la tensione AC residua accoppiata tramite la capacità parassita, di pochi pF, dell’interruttore I stesso, in cui la tensione AC residua a vuoto è molto piccola, ma misurabile, e dell’ordine di qualche decimo di volt;

l’interruttore I seziona il conduttore di fase L in un impianto nel quale i due conduttori sono adiacenti ad altre linee elettriche dell’edificio, caso tipico di una lampada da soffitto o da muro cablata direttamente in un impianto elettrico civile, nel quale il terminale L è sezionato dall’interruttore I, ma la parte di conduttore sezionata corre nelle canaline e nelle condutture elettriche vicino ad altri conduttori collegati a L, al potenziale di 230V, 50Hz (oppure 115V, 60Hz); in questo caso (figura 2 allegata), con l’interruttore I aperto, ai capi della lampadina LT o del tubo TL la tensione misurabile è la somma della tensione AC accoppiata tramite la capacità parassita di pochi pF dell’interruttore I stesso e della tensione indotta tramite le capacità parassite CPC di accoppiamento con i cavi elettrici adiacenti al tratto interrotto, contributo quest’ultimo di entità più elevata. La tensione AC ai capi della lampadina LT o del tubo TL, a vuoto, è compresa nell’intervallo da qualche Volt a qualche decina di Volt, in funzione degli accoppiamenti parassiti;

• l’interruttore I seziona il conduttore di neutro N (figure 3 e 4 allegate); in tal caso, il conduttore L, al potenziale più elevato di 230V, 50Hz (oppure 115V, 60Hz), è sempre collegato a uno dei due ingressi della lampadina LT o del tubo TL e le capacità parassite verso terra CPN consentono di accoppiare facilmente una tensione di diversi Volt, a vuoto, ai capi della lampadina LT o del tubo TL, con l’interruttore I aperto.

In tutti i casi sopra menzionati, la lampadina LT o il tubo TL, utilizzando il circuito A2 di monitoraggio e gestione dell’illuminazione di emergenza incorporato, che si alimenta dalla batteria B1 consumando solo una piccolissima parte dell’energia accumulata, misura la tensione AC residua al proprio ingresso per verificarne la presenza e mantiene in tal caso inibiti i circuiti di accensione della sorgente luminosa di emergenza S2 (costituita, in particolare, da una serie di led LDE1, LDE2, …, LDEN); quindi, finché la tensione a 230V, 50Hz (o 115V, 60Hz) è presente a monte dell’interruttore I, la lampadina LT o il tubo TL è in grado di rilevarne la presenza e mantenere la luce spenta, come qualsiasi apparecchio di illuminazione ordinario.

Non appena manca la tensione a 230V, 50Hz (o 115V, 60Hz) a monte dell’interruttore I, anche il residuo AC all’ingresso della lampadina LT o del tubo TL scompare e il controllore di gestione dell’emergenza CLDE, rilevandone la mancanza, accende automaticamente i led di emergenza LDE1, LDE2, …, LDEN, utilizzando l’energia immagazzinata nella batteria incorporata B1 e ne regola eventualmente l’intensità per ottimizzare lo sfruttamento della batteria B1; questo regime di funzionamento continua fino a quando i circuiti di gestione dell’illuminazione di emergenza non rilevano nuovamente la presenza dell’alimentazione a 230V, 50Hz (o 115V, 60Hz) a monte dell’interruttore I, nel qual caso l’illuminazione di emergenza viene nuovamente inibita spegnendo l’alimentatore di emergenza A2.

La lampadina LT o il tubo TL sono costruiti in modo che i circuiti di monitoraggio della condizione di alimentazione AC a monte dell’interruttore I consumino una piccolissima parte della energia presente nella batteria B1, garantendo una continuità di funzionamento in modalità di monitoraggio con l’interruttore I aperto, di diversi mesi ininterrottamente, ad esempio consumando la metà dell’energia disponibile in 3 mesi; in questo modo, è garantita la regolarità di funzionamento di una lampadina LT o di un tubo TL che vengono accesi almeno una volta ogni qualche giorno (in quanto l’accensione della lampadina LT o del tubo TL è l’unico momento in cui si ricarica la batteria B1).

L’autonomia di funzionamento della lampadina LT o del tubo TL in emergenza può essere fissata da un minimo di 30 minuti a qualche ora, regolando opportunamente l’intensità luminosa della sorgente di emergenza S2, cioè variando l’intensità della relativa corrente di pilotaggio; la regolazione dell’intensità luminosa può essere eventualmente gestita in modo tale che, inizialmente, la luminosità sia più intensa per consentire all’utilizzatore di percepire meno la riduzione di luminosità dal funzionamento ordinario, mentre, successivamente, la luminosità può essere progressivamente ridotta automaticamente in modo da massimizzare la durata della batteria B1.

Inoltre, il circuito di emergenza A2 è costruito in modo da spegnere la luce di emergenza quando la tensione della batteria B1 scende al di sotto di un valore minimo per non danneggiare la batteria B1.

L’alimentatore originale A1 della lampadina LT o del tubo TL (Driver LED) è un circuito elettronico con ingresso a tensione alternata (a 230V, 50Hz o 115V, 60Hz oppure universale da 85V a 250V, 50÷60Hz) e uscita a corrente continua, idoneo per il pilotaggio di una serie di led utilizzati per l’illuminazione ordinaria LD1, LD2, …, LDN.

Tale circuito può essere di qualsiasi tipo, come, per esempio, passivo a caduta capacitiva o a caduta resistiva, attivo con convertitore a commutazione ad alta frequenza con trasformatore di isolamento (ad esempio flyback) o senza trasformatore (ad esempio buck o inverted buck), oppure attivo con convertitore a commutazione e correzione del power factor.

In tutti i casi, la corrente di ingresso dell’alimentatore A1 è una corrente alternata alla frequenza di rete (50Hz oppure 60Hz) la cui intensità è proporzionale alla potenza assorbita dalla lampadina LT o dal tubo TL; per esempio, nel caso di una lampadina a led da 3,5 W ed alimentatore a caduta capacitiva, l’alimentatore A1 assorbe circa 45 mArms.

La corrente continua di uscita è regolata dall’alimentatore A1 al valore necessario per la corretta alimentazione dei led di illuminazione ordinaria LD1, LD2, … LDN (sorgente S1); in particolare questo parametro dipende dalla configurazione di led utilizzata, in quanto se i led utilizzati sono in numero elevato e ciascuno di piccola potenza la corrente è bassa e la tensione è alta, mentre la corrente è alta e la tensione è bassa se si utilizzano pochi led con ciascuno potenza più elevata.

E’ quindi evidente che non è conveniente adattare all’uscita un eventuale circuito di illuminazione di emergenza, poiché, a parità di potenza della lampadina LT o del tubo TL, non si potrebbe abbinare facilmente alle svariate configurazioni elettriche di uscita possibili; per quanto riguarda l’ingresso, invece, la corrente di alimentazione a 50Hz, a parità di potenza, è simile per tutte le lampadine LT o tubi TL.

In questo caso, in realtà, l’intensità della corrente dipende dal fattore di potenza dell’alimentatore elettronico A1, ma può variare, al più di un fattore 2÷3, da una soluzione alle altre.

Con particolare riferimento alla figura 7 allegata, l’alimentatore elettronico di emergenza A2 è costituito dagli elementi D1, D2, LV1, C1, CLDE, R1, R2 e Q1 ed è collegato ai led di emergenza LDE1, LDE2, …, LDEN e alla batteria B1.

Il circuito di emergenza A2 è collegato in serie ai terminali di ingresso dell’alimentatore originale A1 della lampadina LT o del tubo TL, tra uno dei terminali di ingresso CN ed il connettore CN1 dello zoccolo della lampadina LT o del tubo TL; il circuito di emergenza A2 è quindi attraversato dalla corrente in ingresso dell’alimentatore A1, corrente che circola, per la semionda positiva, nel diodo D2 e nel bipolo LV1/B1, e, per la semionda negativa, attraverso il diodo D1.

La batteria B1, di tipo ricaricabile, ha una tensione nominale compresa tra 3,2V e 4V e può essere costituita da una serie di 3 elementi da 1,2V nominali (del tipo NiCd oppure NiMH), oppure da un elemento singolo agli ioni di litio (in una delle varie chimiche possibili, ad esempio con tensioni nominali di 3,2V, 3,6V o 3,7V), oppure da altre soluzioni tecnologiche con tensioni comprese tra 3,2V e 4V.

Il circuito di emergenza A2 è inoltre governato da un controllore programmabile CLDE costituito da un microcontrollore M1 con amplificatore e convertitore analogico M2 integrato; il controllore CLDE è alimentato direttamente dalla batteria B1 alla quale è collegato in parallelo e misura la tensione alternata presente sullo zoccolo della lampadina LT o del tubo TL mediante il condensatore C1, in modo da pilotare di conseguenza i led di emergenza LDE1, LDE2, …, LDEN, comandando il transistor bipolare Q1.

Quindi, in presenza della alimentazione di rete a 230V AC ai due capi dello zoccolo CN1, la corrente alternata di ingresso attraversa D1 e D2 e circola all’ingresso dell’alimentatore ordinario A1 ed i led LD1, LD2, …, LDN sono regolarmente accesi.

La corrente che per mezza onda circola per D2 ricarica la batteria B1 e la tensione ai capi della batteria B1 cresce durante l’operazione di ricarica fino al valore massimo ammissibile determinato dal regolatore di tensione (shunt) LV1; lo shunt LV1 interviene shuntando la corrente di ricarica quando la tensione raggiunge un valore massimo impostato, ad esempio di 4,2V (per le batterie agli ioni di litio), per proteggere la batteria B1 dal danneggiamento per carica eccessiva. La caduta di tensione introdotta dalla batteria B1 per questa funzione è trascurabile per l’alimentatore A1 della lampadina LT o del tubo TL, in quanto ai capi della batteria B1 si localizzano al massimo 4,2V, che, sommati alla caduta di tensione del diodo D2 (pari a 0,6V), fanno 4,8V e, quindi, anche nel caso più sfortunato di tensione di rete pari a 110V AC, con Vpicco=155V, tale caduta di tensione incide per circa il 3% sulla riduzione della tensione di ingresso dell’alimentatore A1 della lampadina LT o del tubo TL. In caso di tensione di 230V AC con Vpicco=325V, la riduzione della tensione all’ingresso dell’alimentatore A1 causata dalla ricarica della batteria B1 è ancora più trascurabile, dell’ordine dell’1,5%.

Il regolatore o shunt LV1 è caratterizzato da un consumo di corrente trascurabile alla tensione nominale di funzionamento della batteria B1.

Il controllore CLDE, correttamente alimentato dalla batteria B1, misura la tensione alternata ai capi di D1 mediante il condensatore C1 e il proprio convertitore A/D e, verificando la presenza di una tensione alternata alla frequenza di rete di ampiezza piccopicco superiore alla tensione di batteria, rileva la presenza della tensione di rete, mantenendo spenti i led di emergenza LDE1, LDE2,…LDEN ed il transistor Q1. Il regolatore shunt LV1, che shunta la batteria B1 indipendentemente dal suo stato al superamento della tensione massima consentita, consente vantaggiosamente il funzionamento della lampadina LT o del tubo TL in modo ordinario, anche nel caso in cui la batteria B1, invecchiando, non sia più in grado di assorbire la corrente di ricarica.

Ovviamente, in caso di cortocircuito della batteria B1 la parte di emergenza cessa di funzionare ma è garantito comunque il normale funzionamento dell’alimentatore elettronico A1; la lampadina LT o il tubo TL conservano, quindi, le funzioni di normale apparecchio di illuminazione ordinaria anche nel caso di completo danneggiamento della batteria B1.

In condizioni di presenza della tensione di rete, con l’interruttore I del circuito esterno alla lampadina LT o al tubo TL spento, la lampadina LT o tubo TL non riceve più l’energia necessaria per il funzionamento dell’alimentatore A1, la corrente nel circuito di ingresso della lampadina LT o del tubo TL è pressoché nulla e la batteria B1 non si ricarica.

Poiché il controllore di monitoraggio e gestione della condizione di emergenza CLDE è alimentato dalla batteria B1, il consumo di potenza è molto contenuto, limitandosi mediamente a poche decine di µA, in quanto il microcontrollore M1 limita la propria attività a periodi di accensione intervallati da periodi di “sleep”, con periodicità di qualche decina di mS.

Durante i periodi di attività, il microcontrollore M1 misura la tensione presente ai capi di D1 mediante il condensatore C1 ed il proprio convertitore A/D.

In particolare, il microcontrollore M1 elabora la tensione alternata misurata ai capi di D1 con un filtro digitale e confronta il valore misurato con una soglia interna predefinita o precalcolata, per decidere se accendere o meno i led di emergenza LDE1, LDE2, …,LDEN mediante il pilotaggio del transistor Q1.

Se il valore di segnale AC alla frequenza di rete (50 o 60 Hz) ai capi di D1 è superiore alla soglia impostata, il microcontrollore M1 mantiene spento il transistor Q1 e conseguentemente i led di emergenza LDE1, LDE2, …,LDEN; viceversa, se la tensione alternata misurata è inferiore alla soglia interna, il microcontrollore M1 accende il transistor Q1 e conseguentemente i led di emergenza LDE1, LDE2, …,LDEN.

La tensione alternata ai capi di D1 coincide, con l’interruttore I spento, con la tensione alternata residua ai capi dello zoccolo CN1 della lampadina LT o del tubo TL; in assenza di tensione di rete sullo zoccolo CN1 della lampadina LT o del tubo TL i diodi D1 e D2 sono interdetti e mostrano una elevata impedenza; in questa condizione, il microcontrollore M1 può misurare, grazie al proprio amplificatore ad alta impedenza di ingresso e mediante C1, la tensione residua ai capi di CN1.

L’ingresso dell’alimentatore A1 si comporta, nel circuito serie di misura, come un bipolo a bassa impedenza alla frequenza di rete, in quanto non introduce alcuna attenuazione della tensione alternata da misurare, presente sullo zoccolo CN1 e vista ai capi di D1; si realizza così, in modo semplice e vantaggioso, una architettura circuitale che consente, in modo universale ed efficace, di effettuare la misura ad alta impedenza della tensione residua ai capi dello zoccolo CN1 della lampadina LT o del tubo TL, a lampadina LT o tubo TL spenti.

La determinazione della soglia interna del microcontrollore M1 può avvenire a seguito di una preimpostazione del valore di soglia in fabbrica (non modificabile durante il funzionamento) oppure a seguito di una determinazione automatica da parte della lampadina LT o del tubo TL in modo auto-adattativo, durante il proprio funzionamento.

In quest’ultimo caso, la lampadina LT o tubo TL esce dalla fabbrica con un valore predeterminato e si adatta alle condizioni di funzionamento sull’impianto in modo automatico; tale modalità di funzionamento può essere utile per gestire i casi di impianti in cui i livelli del segnale AC misurato hanno una dinamica molto ampia, come nei casi circuitali mostrati nelle figure 2 e 4.

In pratica, la lampadina LT o tubo TL a soglia adattativa esce dalla fabbrica con un valore di soglia prefissato e, al primo spegnimento dell’interruttore I, il microcontrollore M1 misura il segnale AC su D1 e, in base al valore della misura, definisce le seguenti azioni:

• se la tensione è inferiore al valore di soglia prefissato, si tratta di una condizione di emergenza e quindi la lampadina LT o tubo TL si accende in emergenza;

• se la tensione è compresa tra il valore di soglia prefissato ed il valore massimo, la nuova soglia è ridefinita pari a 2/3 del valore misurato.

In questo modo si può migliorare l’immunità della lampadina LT o del tubo TL, garantendo che, anche in presenza di un residuo di tensione AC spuria, in mancanza di alimentazione a 230V dell’impianto causata da eventuali interferenze di impianti adiacenti, la lampadina LT o il tubo TL possano attivare correttamente la funzione di emergenza.

I led dedicati alla illuminazione di emergenza LDE1, LDE2, …, LDEN, sono vantaggiosamente pilotati dal transistor bipolare Q1, al fine di minimizzare il costo e l’efficacia del circuito di pilotaggio.

Infatti, il corretto abbinamento della tensione di batteria (3,2V÷3,7V, a seconda della tecnologia scelta per la batteria B1) e dei led utilizzati come sorgente luminosa di emergenza S2 e le piccole potenze in gioco per l’applicazione di emergenza, consente di utilizzare una connessione praticamente diretta con la batteria B1, nella quale la resistenza R2, di piccolo valore, limita, insieme alla resistenza interna della batteria B1, la corrente massima erogabile a batteria B1 pienamente carica.

La scarica della batteria B1, riducendo progressivamente la tensione, fa calare in modo naturale nel tempo la corrente nei led di emergenza LDE1, LDE2… LDEN, con il risultato applicativo perfetto di una lenta riduzione della luminosità, la quale, pur non essendo percepita dall’occhio dell’osservatore, consente di prolungare al massimo tempo possibile la autonomia della funzione di emergenza, ottimizzando lo sfruttamento della batteria B1.

L’apparente semplicità del circuito non sacrifica il rendimento elettrico, che in realtà è elevatissimo, poiché la tensione nominale della batteria B1 è prossima alla tensione operativa dei led di emergenza LDE1, LDE2…, LDEN; qualunque convertitore a commutazione avrebbe, per le piccole potenze in gioco, un rendimento nettamente inferiore.

Il microcontrollore M1 è comunque in grado di variare il duty-cycle di pilotaggio di Q1 in modo da modulare ulteriormente l’intensità della corrente media assorbita dalla batteria B1, nell’ottica di sfruttare in modo ottimale l’energia disponibile; la frequenza di modulazione PWM è in tal caso dell’ordine di 20÷30 KHz. La lampadina LT o il tubo TL sono dotati anche di una funzione di inibizione della modalità di emergenza (funzione denominata “rest mode”).

Secondo tale funzione, il microcontrollore M1 analizza, mediante la tensione AC misurata su D1, la sequenza di accensioni consecutive della lampadina LT o del tubo TL (che corrisponde alla sequenza di accensioni e spegnimenti dell’interruttore I); se l’utente accende e spegne la lampadina LT o il tubo TL consecutivamente per 4 volte intervallate in modo regolare da pause e accensioni della durata di circa 3 secondi ciascuna, il microcontrollore M1 interpreta tale sequenza come comando di inibizione della funzione di emergenza e dall’ultimo dei quattro spegnimenti la lampadina LT o il tubo TL si pone in uno stato di inibizione.

A questo punto, la lampadina LT o il tubo TL può essere disinstallato senza che si accenda in emergenza, preservando la carica della batteria B1, ed il microcontrollore M1 si pone in una condizione di bassissimo consumo preservando al massimo lo stato di carica della batteria B1.

Alla prima riaccensione successiva dell’interruttore I (cioè quando la lampadina LT o il tubo TL sono nuovamente alimentati alla tensione di rete), la funzione di inibizione è immediatamente rimossa e la lampadina LT o il tubo TL ripristinano il proprio funzionamento normale con funzione di emergenza attiva. Tale funzione di inibizione è comoda per il trasporto della lampadina LT o del tubo TL da parte dell’utente e anche per preservare la carica della batteria B1 dopo la costruzione in fabbrica della lampadina o del tubo stessi, prima della vendita e della consegna a clienti. Le figure 8 e 9 allegate illustrano una possibile applicazione industriale del circuito alimentatore di emergenza A2 e della batteria B1 ad una lampadina a led LT a oliva da 3,5W; è evidente come la semplicità e possibilità di miniaturizzazione del circuito consentano facilmente l’integrazione anche nelle forme più piccole, rendendo conveniente l’estensione della funzione di illuminazione di emergenza a tutte le lampadine commerciali.

In particolare, come mostrato nelle figure 8 e 9 allegate, i circuiti di alimentazione A1 e A2 possono essere inseriti all’interno di un corpo intermedio B3 della lampadina LT posto tra il bulbo trasparente e diffondente B2 e la porzione terminale B4 della lampadina LT, prevista in corrispondenza dell’attacco elettrico T1, mentre la batteria di accumulatori B1 può essere posta all’interno della porzione terminale B4. La soluzione descritta può essere integrata anche in qualsiasi tipo di lampadina elettronica (anche non a led), per esempio del tipo CFL (fluorescente compatta), nelle quali l’alimentatore elettronico A1 è sostituito dall’alimentatore del tubo fluorescente compatto (CFL) e la sorgente led S1 è sostituita dal tubo stesso, mentre l’alimentatore di emergenza A2, la batteria B1 e la sorgente di emergenza S2 restano gli stessi del caso di applicazione alla lampadina a led.

Le figure 10 e 11 allegate illustrano una possibile realizzazione industriale di un tubo elettronico a led TL con incorporata la funzione di illuminazione di emergenza, secondo la presente invenzione.

In pratica, su di un estruso in alluminio TI, montato internamente ad un tubo esterno TE in policarbonato, trasparente e translucido, sono montate le sorgenti luminose ordinaria S1 e di emergenza S2, una a fianco all’altra; la sorgente luminosa centrale S1 è quella costituita dai led di illuminazione ordinaria, mentre la sorgente luminosa laterale S2, più piccola, è quella costituita dai led di emergenza.

Tale sorgente luminosa laterale S2 è mostrata, solo a titolo esemplificativo, montata da un lato rispetto alla sorgente luminosa centrale S1, ma può essere inserita in qualsiasi posizione sull’estruso TI.

La sorgente luminosa di emergenza S2 può anche essere spezzata in due o più parti, per esempio una posta a destra ed una posta a sinistra rispetto alla sorgente luminosa centrale S1, per mantenere la simmetria luminosa anche in condizioni di emergenza, oppure può essere montata ad una estremità del tubo TL per minimizzare la lunghezza dei fili di cablaggio.

Il resto dei circuiti (alimentatore elettronico A1, alimentatore di emergenza A2) e la batteria B1 sono alloggiati all’interno dell’estruso cavo in alluminio TI, uno di seguito all’altro; la batteria B1, in questo caso esemplificativo, è costituita da tre celle di accumulatori NiCd, di tipo AAA, collegate in serie, con tensione complessiva pari a 3,6V.

Sia nel caso della lampadina LT che del tubo TL, i circuiti dell’alimentatore elettronico ordinario A1 e dell’alimentatore elettronico di emergenza A2 possono eventualmente essere costruiti su di un’unica basetta per sfruttare ancora più intimamente lo spazio disponibile, in realizzazioni in cui il volume disponibile per l’alloggiamento della parte elettronica è particolarmente piccolo oppure per ragioni di convenienza della realizzazione industriale.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche dell’apparecchio di illuminazione con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi.

E’ chiaro infine che numerose altre varianti possono essere apportate all’apparecchio di illuminazione in questione, senza per questo uscire dai principi di novità dell’idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell’invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati possono essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi possono essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) con circuito incorporato per l’illuminazione di emergenza, comprendente un involucro (B2, TE) in materiale trasparente e diffondente, all’interno del quale è posta una prima sorgente luminosa (S1) utilizzata per l’illuminazione ordinaria e comandata da un primo alimentatore elettronico (A1) collegato, tramite almeno un attacco elettrico (T1), ad una sorgente di alimentazione di rete, caratterizzato dal fatto che un secondo alimentatore elettronico (A2), atto ad alimentare una seconda sorgente luminosa (S2), indipendente da detta prima sorgente luminosa (S1), posta all’interno di detto involucro (B2, TE) ed utilizzata per l’illuminazione di emergenza, è collegato in serie ai conduttori di ingresso (F1, F2) di detto primo alimentatore elettronico (A1), detto secondo alimentatore elettronico (A2) essendo collegato elettricamente ad almeno una batteria di accumulatori (B1) e a detta seconda sorgente luminosa (S2) mediante rispettive coppie di conduttori (F3, F4; F5, F6), in modo tale che detto secondo alimentatore elettronico (A2) sia in grado di gestire detta batteria (B1) utilizzando la corrente elettrica che attraversa detto apparecchio di illuminazione (LT, TL) e di gestire esclusivamente detta seconda sorgente luminosa (S2) adibita solo alla funzione di illuminazione di emergenza.
2. 2. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo alimentatore elettronico (A2) incorpora un dispositivo di controllo programmabile (CLDE) dell’illuminazione di emergenza, che analizza la tensione ai capi dei morsetti di alimentazione di detto apparecchio di illuminazione (LT, TL) e identifica una condizione di illuminazione di emergenza distinguendola da una condizione di spegnimento di un interruttore (I) dell’impianto elettrico di cui fa parte detto apparecchio di illuminazione (LT, TL).
3. 3. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto primo alimentatore elettronico (A1) è costituito da un circuito elettronico con ingresso a tensione alternata e corrente alternata alla frequenza della rete di alimentazione ed uscita a corrente continua, detta corrente continua in uscita essendo regolata ad un valore prefissato per una corretta alimentazione di detta prima sorgente luminosa (S1), detto circuito elettronico essendo passivo a caduta capacitiva o a caduta resistiva, oppure attivo con convertitore a commutazione ad alta frequenza con trasformatore di isolamento o senza trasformatore, oppure attivo con convertitore a commutazione.
4. 4. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto secondo alimentatore elettronico (A2) è attraversato dalla corrente in ingresso a detto primo alimentatore elettronico (A1) e che detta corrente circola, per una semionda negativa, attraverso un primo diodo (D1), e per una semionda positiva, attraverso un secondo diodo (D2) ed attraverso un primo bipolo (LV1, B1), che include detta batteria (B1) ed un regolatore di tensione (LV1) che determina un valore massimo prefissato di tensione presente ai capi di detta batteria (B1) durante un’operazione di ricarica della batteria (B1).
5. 5. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto dispositivo di controllo programmabile (CLDE) include un microcontrollore (M1) integrato ad un amplificatore e convertitore analogico (M2) ed è alimentato direttamente da detta batteria (B1), alla quale è collegato in parallelo, detto dispositivo di controllo programmabile (CLDE) essendo atto a misurare la tensione alternata presente ai capi dei morsetti di alimentazione di detto apparecchio di illuminazione (LT, TL) mediante un condensatore (C1), al fine di pilotare di conseguenza detta seconda sorgente luminosa (S2) comandando un transistor bipolare (Q1).
6. 6. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alle rivendicazioni 4 e 5, caratterizzato dal fatto che detto microcontrollore (M1) elabora detta tensione alternata misurata ai capi di detto primo diodo (D1) e confronta il valore misurato con una soglia interna pre-impostata o pre-calcolata, al fine di accendere o meno detta seconda sorgente luminosa (S2) mediante il pilotaggio di detto transistor bipolare (Q1).
7. 7. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato dal fatto che detto microcontrollore (M1) analizza, mediante la tensione misurata ai capi di detto primo diodo (D1), una sequenza di accensioni consecutive di detto apparecchio di illuminazione (LT, TL), in modo da interpretare detta sequenza come un comando temporaneo di inibizione dell’illuminazione di emergenza per detto apparecchio di illuminazione (LT, TL), il quale in tal caso non si accende in emergenza.
8. 8. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che dette sorgenti luminose (S1, S2) sono costituite da led e/o da sorgenti fluorescenti.
9. 9. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come ad almeno una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di includere una lampadina fluorescente o elettronica a led (LT) oppure un tubo a led (TL).
10. 10. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detti alimentatori elettronici (A1, A2) sono inseriti all’interno di un corpo intermedio (B3) di detta lampadina (LT), posto tra detto involucro trasparente e diffondente (B2) ed una porzione terminale (B4) della lampadina (LT), detta porzione terminale (B4) essendo posta in corrispondenza dell’attacco elettrico (T1).
11. 11. Apparecchio di illuminazione (LT, TL) come alla rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto che detta batteria (B1) è posta all’interno di una porzione terminale (B4) della lampadina (LT) posta in corrispondenza di detto attacco elettrico (T1).