ES2299311B1 - SELF-CONFIGURABLE ELECTRONIC BASKET FOR FLUORESCENT LAMPS. - Google Patents
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Abstract
Un balasto electrónico autoconfigurable para una lámpara fluorescente (100) que forma parte de un circuito resonante (110), que comprende medios de filtrado (10) de la corriente de entrada, medios de conversión (20) de la tensión de entrada para obtener una tensión continua, medios de corrección (30) del factor de potencia y de elevación de dicha tensión, medios de conversión (40) hasta una tensión v de alimentación del circuito resonante (110); el balasto comprende medios de control (50) de los medios de corrección (30) del factor de potencia y de los medios de conversión (40) hasta una tensión v de alimentación del circuito resonante (110), que están configurados para: - tomar datos de tensión v y corriente i en tiempo real de la característica no lineal de la lámpara fluorescente (100), y - ajustar dichos datos a una función polinómica, en la que los coeficientes de dicha función polinómica son característicos del tipo de lámpara fluorescente y de su potencia.A self-configuring electronic ballast for a fluorescent lamp (100) that is part of a resonant circuit (110), comprising filtering means (10) of the input current, conversion means (20) of the input voltage to obtain a continuous voltage, correction means (30) of the power and elevation factor of said voltage, conversion means (40) to a supply voltage v of the resonant circuit (110); The ballast comprises control means (50) of the correction means (30) of the power factor and of the conversion means (40) up to a supply voltage v of the resonant circuit (110), which are configured to: - take voltage and current data in real time of the non-linear characteristic of the fluorescent lamp (100), and - adjusting said data to a polynomial function, in which the coefficients of said polynomial function are characteristic of the type of fluorescent lamp and its power
Description
Balasto electrónico autoconfigurable para lámparas fluorescentes.Self-configuring electronic ballast for fluorescent lamps.
La presente invención se engloba dentro del sector de la iluminación con las lámparas fluorescentes, especialmente en lo que se refiere a circuitos electrónicos -conocidos como balastos electrónicos-, para alimentación de tales lámparas fluorescentes.The present invention is encompassed within the lighting sector with fluorescent lamps, especially when it comes to electronic circuits - known as electronic ballasts - for feeding such fluorescent lamps.
Los balastos electrónicos en general llevan convertidores electrónicos, como son:Electronic ballasts generally carry electronic converters, such as:
- una primera etapa convertidora consistente en un convertidor alterna-continua generalmente formada por un puente rectificador de diodos seguido de un condensador de filtro, y- a first converting stage consisting of an alternating-continuous converter generally formed by a diode rectifier bridge followed by a filter capacitor, and
- una segunda etapa continua-alterna que suele ser un inversor seguido de un circuito resonante.- a second stage continuous-alternate which is usually an inverter followed of a resonant circuit.
De esta forma se obtiene una tensión senoidal alterna de alta frecuencia que alimenta a la lámpara fluorescente. Esta estructura de convertidor resulta adecuada para la alimentación de lámparas fluorescentes ya que permite una circulación de corriente en los dos sentidos en la lámpara.In this way a sinusoidal tension is obtained High frequency alternating power to the fluorescent lamp. This converter structure is suitable for the fluorescent lamp power since it allows a Current flow in both directions in the lamp.
Sin embargo, las actuales reactancias electrónicas están especificadas para determinados tipos de lámparas fluorescentes y potencias de dichas lámparas. Esto supone un grave inconveniente: para el fabricante, que tiene que desarrollar muchos productos, tantos como lámparas y potencias abarque; para el almacenista, por el elevado número de referencias y su almacenamiento; y finalmente para el usuario, que una vez adquirida una reactancia electrónica se tiene que restringir a un tipo de lámpara y unas pocas potencias.However, the current reactances electronic are specified for certain types of fluorescent lamps and powers of said lamps. This supposes a serious drawback: for the manufacturer, he has to develop many products, as many as lamps and powers encompass for the storekeeper, for the high number of references and its storage; and finally for the user, that once acquired an electronic ballast must be restricted to a type of lamp and a few powers.
Actualmente los balastos electrónicos presentan una serie de argumentos a favor con respecto a los clásicos balastos electromagnéticos como son: mayor regulación frente a las variaciones en la alimentación, lo que supone mayor uniformidad de los parámetros electrónicos y, por lo tanto, menor deterioro del flujo luminoso en el tiempo, y con ello un aumento del número de horas de funcionamiento; eliminación del zumbido (por envejecimiento) típico de los balastos electromagnéticos; no padece efecto estroboscópico ni parpadeos de arranque; aumento del número de encendidos gracias a un precalentamiento controlado y suave que reduce el desgaste de los cátodos y de las sustancias fluorescentes; factor de potencia corregido y próximo a 1. Al aumentar la frecuencia de trabajo (alta frecuencia) aumenta el flujo luminoso (aprox. 10%), lo cual permite aplicar menos energía para obtener un mismo flujo luminoso. Así mismo, implica corrientes más pequeñas atravesando el tubo y por lo tanto, menor desgaste de la sustancia emisiva de los cátodos y de los polvos fluorescentes, lo que da lugar a un aumento en el tiempo de funcionamiento. Permite más control del flujo luminoso, permitiendo la regulación entre 1% y el 100% del flujo; esto permite el diseño de iluminación inteligente que ahorra flujo luminoso y por lo tanto energía. Reduce los costos de mantenimiento debido a la no existencia de elementos como cebadores, condensadores para la corrección del factor de potencia, etc.; además la lámpara dura más y se cambia con menos frecuencia.Currently electronic ballasts feature a series of arguments in favor regarding the classics electromagnetic ballasts such as: greater regulation against variations in feeding, which means greater uniformity of the electronic parameters and, therefore, less deterioration of the luminous flux over time, and with it an increase in the number of operating hours; buzzing elimination (by aging) typical of electromagnetic ballasts; does not suffer strobe effect or start flashes; increase in number of ignitions thanks to a controlled and smooth preheating that reduces wear of cathodes and substances fluorescent; power factor corrected and close to 1. Al increase working frequency (high frequency) increases the flow bright (approx. 10%), which allows less energy to be applied to Get the same luminous flux. Likewise, it implies more currents small through the tube and therefore less wear of the emitting substance of cathodes and fluorescent dusts, which results in an increase in operating time. It allows more control of the luminous flux, allowing the regulation between 1% and 100% of the flow; this allows lighting design intelligent that saves luminous flux and therefore energy. Reduces maintenance costs due to the non-existence of elements such as primers, capacitors for the correction of power factor, etc .; also the lamp lasts longer and is changed less frequently
Existen soluciones como, por ejemplo, la presentada en la patente estadounidense US-5877596: "Universal electronic ballast for a family of fluorescent lamps", que admite una "familia de lámparas", concretamente entre 9 y 25 Watios, y donde utiliza la intersección de una potencia nominal con la potencia aparente de la lámpara, basándose en los valores RMS de la corriente y la tensión a través de los circuitos de realimentación de tensión y de corriente. El principal inconveniente del balasto electrónico descrito en US-5877596 es que sólo cubre una "familia", es decir, un reducido rango de potencias.There are solutions such as the filed in US patent US-5877596: "Universal electronic ballast for a family of fluorescent lamps ", which admits a" family of lamps ", specifically between 9 and 25 Watts, and where it uses the intersection of a rated power with the apparent power of the lamp, based in the RMS values of the current and voltage across the voltage and current feedback circuits. The main drawback of the electronic ballast described in US-5877596 is that it only covers one "family", it is that is, a reduced range of powers.
Existe también la patente estadounidense US-6414449: "Universal electronic ballast", que admite diferentes tipos de lámparas y diferentes potencias de ellas, pero presenta el gran inconveniente de que utiliza la tensión de pico en los extremos de la lámpara para la caracterización de ésta a través de la expresión Vcpv = Vcc - (Vlamp-peak)/k, que no tiene en cuenta el comportamiento real y no lineal de la lámpara. Además presenta un elevado número de componentes electrónicos discretos, con lo cual el tiempo de vida antes de fallo se reduce drásticamente, es decir, su tasa de fallos es elevada.There is also the US patent US-6414449: "Universal electronic ballast", which supports different types of lamps and different powers of them, but it presents the great inconvenience of using the peak voltage at the ends of the lamp for the characterization of this through the expression Vcpv = Vcc - (Vlamp-peak) / k, which does not take into account the real and non-linear behavior of the lamp. It also presents a high number of discrete electronic components, which the life time before failure is drastically reduced, that is, Its failure rate is high.
La invención se refiere a balasto electrónico autoconfigurable para lámparas fluorescentes de acuerdo con la reivindicación 1. Realizaciones preferidas del balasto se definen en las reivindicaciones dependientes.The invention relates to electronic ballast Self-configurable for fluorescent lamps according to the claim 1. Preferred embodiments of the ballast are defined in the dependent claims.
Un aspecto de la invención se refiere a un balasto electrónico autoconfigurable para una lámpara fluorescente, que forma parte de un circuito resonante, que comprende:One aspect of the invention relates to a self-configuring electronic ballast for a fluorescent lamp, which is part of a resonant circuit, comprising:
- medios de filtrado de la corriente de entrada,- means of filtering the current of entry,
- medios de conversión de la tensión de entrada para obtener una tensión continua Vcc_{1},- means of converting the input voltage to obtain a continuous voltage Vcc_ {1},
- medios de corrección (30) del factor de potencia y de elevación de dicha tensión hasta una tensión Vcc_{2}, y- correction means (30) of the factor of power and lifting of said voltage to a voltage Vcc_ {2}, and
- medios de conversión (40) de dicha tensión Vcc_{2} hasta una tensión v de alimentación del circuito resonante (110).- means of conversion (40) of said voltage Vcc_ {2} up to a circuit supply voltage v resonant (110).
El balasto electrónico además comprende:The electronic ballast also includes:
- medios de control de los medios de corrección del factor de potencia y de los medios de conversión hasta una tensión v de alimentación del circuito resonante, que están configurados para:- means of control of the correction means of the power factor and the conversion means up to one voltage v supply of the resonant circuit, which are configured to:
- --
- tomar datos de tensión v y corriente i en tiempo real de la característica no lineal de la lámpara fluorescente, ytake data voltage current i v in real - time nonlinear characteristic of the fluorescent lamp, and
- --
- ajustar dichos datos a una función polinómica, en la que los coeficientes de dicha función polinómica son característicos del tipo de lámpara fluorescente y de su potencia,adjust that data to a function polynomial, in which the coefficients of said polynomial function They are characteristic of the type of fluorescent lamp and its power,
de forma que el balasto se autoconfigura en función de la respuesta unitaria y no lineal de la lámpara.so that the ballast is self-configuration based on the unitary and non-linear response of the lamp.
El balasto preferiblemente incluye medios de memoria en los que está almacenada una tabla con dichos coeficientes del polinomio, obtenidos como resultado de una caracterización previa de las lámparas fluorescentes. Dicha caracterización de la lámpara se realiza preferiblemente mediante la medida de tensión y corriente en la lámpara en tiempo real y durante un número de ciclos predeterminado.The ballast preferably includes means of memory in which a table with these are stored polynomial coefficients, obtained as a result of a previous characterization of fluorescent lamps. Bliss Lamp characterization is preferably performed by the measurement of voltage and current in the lamp in real time and for a predetermined number of cycles.
Preferiblemente dicha función polinómica es del tipo v = A.i + B.i*3, siendo v la tensión en bornes de la lámpara, i la corriente que circula por ella, y A y B los coeficientes del polinomio característicos de la lámpara. O también puede ser dicha función polinómica de grado 2.Preferably said polynomial is of the type v = A i + B i * 3, where v is the voltage across the lamp, the current i flows through it, and A and B coefficients characteristic polynomial of the lamp. Or it can also be said polynomial function of degree 2.
La invención presenta importantes ventajas con respecto a los balastos electrónicos existentes. La primera es que al tener en cuenta las no linealidades de la lámpara, el balasto se ajusta mejor al funcionamiento real optimizando las corrientes suministradas a la lámpara así como su flujo luminoso y rendimiento. Y al tratarse de un balasto en el que un solo circuito integrado se ocupa tanto del control de los medios de corrección del factor de potencia (que puede ser un convertidor DC-DC), como del control de los medios de conversión a la tensión v (a una frecuencia f superior a la frecuencia de la tensión de entrada al balasto) de alimentación de la lámpara (convertidor DC-AC o inversor), así como de determinar las características de la lámpara fluorescente mediante el ajuste de los datos tomados a una función polinómica cuyos coeficientes son característicos de la lámpara, se reduce notablemente el número de componentes del circuito, y por lo tanto, se aumenta el tiempo de vida media antes de fallo.The invention has important advantages over existing electronic ballasts. The first is that by taking into account the non-linearities of the lamp, the ballast is better adjusted to the actual operation by optimizing the currents supplied to the lamp as well as its luminous flux and performance. And since it is a ballast in which a single integrated circuit is concerned with both the control of the power factor correction means (which can be a DC-DC converter), and the control of the voltage conversion means v (at a frequency f higher than the frequency of the input voltage to the ballast) of the lamp supply (DC-AC converter or inverter), as well as determining the characteristics of the fluorescent lamp by adjusting the data taken to a polynomial function whose coefficients are characteristic of the lamp, the number of circuit components is significantly reduced, and therefore, the average life time before failure is increased.
Dichos medios de control además de permitir determinar el tipo de lámpara fluorescente, permite a través del convertidor DC-AC gobernar las lámparas en condiciones adecuadas de corriente alterna de alta frecuencia y bajo factor de cresta.Said control means besides allowing determine the type of fluorescent lamp, allows through the DC-AC converter govern the lamps in adequate conditions of high frequency and low alternating current crest factor
Es decir, el balasto electrónico autoconfigurable de la invención permite gobernar lámparas fluorescentes de distintos tipos y potencias desde la red eléctrica, cumpliendo además con la norma vigente relativa a inyección de armónicos y emisión de radiofrecuencias.That is, the electronic ballast self-configuring of the invention allows to govern lamps fluorescent of different types and powers from the power grid, also complying with the current norm regarding injection of harmonics and radio frequency emission.
El balasto electrónico de la invención puede funcionar para diversos tipos de lámparas fluorescentes, como pueden ser las lineales (tipo T5 o T8), compactas, etc.The electronic ballast of the invention can work for various types of fluorescent lamps, such as they can be linear (type T5 or T8), compact, etc.
A continuación se pasa a describir de manera muy breve un dibujo que ayuda a comprender mejor la invención y que se relaciona expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.Then it goes on to describe very brief a drawing that helps to better understand the invention and that expressly relates to an embodiment of said invention that It is presented as a non-limiting example of this.
La Figura 1 es un diagrama de bloques de un balasto electrónico según una realización preferida de la invención.Figure 1 is a block diagram of a electronic ballast according to a preferred embodiment of the invention.
El balasto electrónico de la invención es alimentado desde la red eléctrica de energía alterna, siendo esta de 230V y 50 Hz para Europa y 110V y 60 Hz para USA.The electronic ballast of the invention is powered from the AC power grid, this being 230V and 50 Hz for Europe and 110V and 60 Hz for USA.
Como se muestra en la figura 1, el balasto está compuesto en primer lugar por un filtro 10 encargado de reducir las interferencias electromagnéticas, que ataca a un convertidor AC-DC 20, que consiste en un rectificador monofásico en puente completo constituido por cuatro diodos y un condensador de filtrado, de forma que se obtiene un tensión media continua equivalente a la tensión alterna rectificada en onda completa.As shown in figure 1, the ballast is composed first of all by a filter 10 responsible for reducing electromagnetic interference, which attacks a converter AC-DC 20, which consists of a single phase rectifier in full bridge consisting of four diodes and a capacitor of filtering, so that a continuous average voltage is obtained equivalent to the alternating voltage rectified in full wave.
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A continuación se tiene un convertidor DC-DC 30 que es un convertidor del tipo elevador, y que conforma la función de corrección del factor de potencia; este convertidor es gobernado por un microcontrolador 50, y la salida del convertidor constituye una tensión continua que es aplicada al siguiente bloque, que lo constituye un convertidor DC-AC 40.Next you have a converter DC-DC 30 which is a converter of the elevator type, and that conforms the power factor correction function; East converter is governed by a microcontroller 50, and the output of the converter constitutes a continuous voltage that is applied to the next block, which constitutes a converter DC-AC 40.
Dicho convertidor DC-AC es preferiblemente un inversor en medio puente, siendo esta configuración la más usual cuando las tensiones de red son del orden de 230V, ya que presentan tensiones más bajas (en torno a la mitad que la configuración en Push-Pull), lo que permite la utilización de interruptores (switch) de menor tensión y por lo tanto de menor precio. Este convertidor DC-AC está controlado por el microcontrolador 50. La salida del convertidor DC-AC ataca a una carga que está constituida por un circuito resonante 110 formado por inductancias y condensadores que acondicionan la tensión y corriente que circula por la lámpara fluorescente 100 de forma que ambas pueden ser medidas por el microcontrolador 50, y por la lámpara fluorescente 100.Said DC-AC converter is preferably a half bridge inverter, this being configuration the most usual when the network voltages are of the order 230V, since they have lower voltages (around half that the configuration in Push-Pull), which allows the use of lower voltage switches (switch) and therefore both of lower price. This DC-AC converter is controlled by microcontroller 50. The output of the converter DC-AC attacks a charge that is made up of a resonant circuit 110 formed by inductances and capacitors that condition the voltage and current flowing through the lamp 100 fluorescent so that both can be measured by the microcontroller 50, and by fluorescent lamp 100.
El circuito de control lo constituye el microcontrolador 50 de altas prestaciones que dispone, entre otras, de las siguientes características:The control circuit is constituted by the 50 high-performance microcontroller that has, among others, of the following characteristics:
- --
- Un PWM de alta resolución de conmutación (con una resolución igual o menor a 4 ns) de doble canal, con inserción de "tiempo muerto" y entrada de inhabilitación.A PWM High resolution switching (with an equal or smaller resolution to 4 ns) dual channel, with "dead time" insert and disabling input.
- --
- Un PWM de doble canal.A PWM dual channel
- --
- Un convertidor analógico digital de varios canales.A Multi-channel digital analog converter.
- --
- Memoria de programa.Program memory
Las funciones más relevantes del microcontrolador son:The most relevant functions of microcontroller are:
- El control del convertidor DC-DC 30 mediante un algoritmo que realiza la función de corrección del factor de potencia, de forma que el balasto cumpla la normativa EN-6100-3-2 que define los limites de contenido de armónicos en la corriente de entrada de la línea de red eléctrica, y utiliza uno de los dos PWM de que dispone el microcontrolador. Así mismo el balasto electrónico dispone de medios para conformar completamente la función de corrección del factor de potencia.- Converter control DC-DC 30 using an algorithm that performs the power factor correction function, so that the ballast complies with regulations EN-6100-3-2 that defines the limits of harmonic content in the current of power line input, and use one of the two PWM available to the microcontroller. Also the ballast electronic has the means to completely conform the Power factor correction function.
- El control del convertidor DC-AC 40, mediante el PWM de alta resolución del microcontrolador. El control de este convertidor DC-AC está compuesto por los siguientes módulos (programas y medios circuitales):- Converter control DC-AC 40, using the high resolution PWM of the microcontroller The control of this converter DC-AC is composed of the following modules (programs and circuit media):
- --
- Un módulo que realiza la función de precalentamiento de los filamentos del tubo fluorescente.A module that performs the filament preheating function of the fluorescent tube.
- --
- Un módulo que realiza la función de iniciar la conducción de corriente a través de la lámpara fluorescente.A module that performs the function of starting current conduction Through the fluorescent lamp.
- --
- Un módulo que se encarga de la toma de datos de tensión y corriente de la lámpara fluorescente en tiempo real y de ajustar dichos datos a una función polinómica.A module that takes care of the voltage and current data collection of the fluorescent lamp in real time and to adjust this data to A polynomial function
- Dado que el comportamiento de una lámpara fluorescente es no lineal, dicho comportamiento queda bien definido por una función polinomial de la forma v = A.i + B.i*3, siendo v la tensión en bornes de la lámpara, i la corriente que circula por ella, y A y B los coeficientes del polinomio. Incluso esta función polinomial puede ser de grado 2. Los coeficientes de la función polinómica son característicos del tipo de lámpara y de su potencia.Since the behavior of a fluorescent lamp is non-linear, this behavior is well defined by a polynomial function of the form v = A. i + B. i * 3, where v is the voltage at the lamp terminals, and the current that circulates through it, and A and B the polynomial coefficients. Even this polynomial function can be of degree 2. The coefficients of the polynomial function are characteristic of the type of lamp and its power.
- Este módulo también se encarga, una vez determinados dichos coeficientes de la búsqueda en los datos grabados previamente, de determinar a qué tipo de lámpara y potencia corresponden, así como de dar los parámetros de funcionamiento del balasto electrónico correspondientes a ese tipo de lámpara y esa potencia. A partir de dichos parámetros el balasto electrónico se autoconfigura.This module It is also responsible, once these coefficients of the search on previously recorded data, to determine what type of lamp and power correspond, as well as giving the parameters of operation of the electronic ballast corresponding to that type of lamp and that power. From these parameters the Electronic ballast self-configures.
- --
- Un módulo de funcionamiento, donde se controla la lámpara de forma adecuada de acuerdo a sus características.A operating module, where the lamp is controlled so suitable according to its characteristics.
Esto permite caracterizar los distintos tipos de lámparas y sus potencias, así como sus parámetros de funcionamiento por medio de los coeficientes de una función polinómica, de tal manera que dicha información está almacenada en el microcontrolador, y así el balasto se autoconfigura según los coeficientes de una tabla grabada previamente.This allows characterizing the different types of lamps and their powers, as well as their operating parameters by means of the coefficients of a polynomial function, of such such information is stored in the microcontroller, and thus the ballast is self-configured according to the coefficients of a previously recorded table.
Claims (5)
- --
- tomar datos de tensión v y corriente i en tiempo real de la característica no lineal de la lámpara fluorescente (100), ydrink real-time voltage and current data i of the characteristic non-linear fluorescent lamp (100), and
- --
- ajustar dichos datos a una función polinómica, en la que los coeficientes de dicha función polinómica son característicos del tipo de lámpara fluorescente y de su potencia.adjust that data to a function polynomial, in which the coefficients of said polynomial function They are characteristic of the type of fluorescent lamp and its power.
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |