ITMI20081856A1

ITMI20081856A1 - ELECTRONIC POWER SUPPLY BASED ON CONSUMPTION FOR LOW-LOW-PRESSURE-DISCHARGE LAMPS

Info

Publication number: ITMI20081856A1
Application number: IT001856A
Authority: IT
Inventors: Santino Letizia; Rosario Rocco Tulino
Original assignee: Santino Letizia; Rosario Rocco Tulino
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2008-10-20
Publication date: 2010-04-21

Description

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

Attualmente le lampade ai vapori di sodio sono ampiamente impiegate nell’ illuminazione pubblica di tutti i Paesi del mondo, poiché sono le più convenienti nel rapporto consumo-luminosità, oltre al fatto di non essere nocive dal punto di vista della radiazioni emesse (assenza di ultra-violetti). Inoltre, tali lampade innescano anche a caldo e sono maggiormente visibili in caso di nebbia. Tuttavia, esse non possono essere alimentate direttamente dalla rete, in quanto per la loro accensione è necessaria una scarica di circa 5000 V (mentre dopo l innesco sono sufficienti circa 90 V CA); a tale scopo, esse sono dotate di un apposito alimentatore detto reattore o ballast e di una scheda elettronica (accenditore). I reattori dì vecchia concezione sono costituiti da avvolgimenti su lamierini di ferro magnetico che, per ottenere l’accensione della lampada a gas, svolgono due funzioni: abbassare la tensione da 220 V a 90 V, e sfasare la corrente in anticipo o in ritardo (reazione). Tale sistema mostra però notevoli inconvenienti: perdite consistenti, consumi eccessivi, costose spese di manutenzione e di ricambio degli accenditori, sovradimensionamento. Infatti, essendo il ballast in sostanza un trasformatore, esso ha delle perdite che trasforma in calore a danno della luminosità. Facendo un esempio: per accendere una lampada da 100 W, il reattore di vecchia generazione consumerà 100 W più le perdite conseguenti, arrivando talora anche a 150 W di consumo; i 50 W di perdita verranno quindi trasformati in calore, provocando, dopo qualche tempo di esercizio, il raggiungimento di temperature tanto elevate da fondere le plafoniere in plastica. Currently, sodium vapor lamps are widely used in public lighting in all countries of the world, since they are the most convenient in the consumption-brightness ratio, in addition to the fact that they are not harmful from the point of view of the radiation emitted (absence of ultra -violet). Furthermore, these lamps trigger even when hot and are more visible in case of fog. However, they cannot be powered directly from the mains, as a discharge of about 5000 V is required for their ignition (while after triggering about 90 V AC is sufficient); for this purpose, they are equipped with a special power supply called reactor or ballast and with an electronic card (igniter). The old-concept reactors consist of windings on magnetic iron sheets which, to obtain the ignition of the gas lamp, perform two functions: to lower the voltage from 220 V to 90 V, and to phase out the current in advance or in delay ( reaction). However, this system shows considerable drawbacks: substantial losses, excessive consumption, expensive maintenance and replacement costs of the igniters, oversizing. In fact, since the ballast is essentially a transformer, it has losses which it transforms into heat to the detriment of brightness. To give an example: to turn on a 100 W lamp, the old generation ballast will consume 100 W plus the consequent losses, sometimes even reaching 150 W of consumption; the 50 W loss will then be transformed into heat, causing, after some time of operation, the reaching of temperatures so high as to melt the plastic ceiling lights.

Il limite maggiore dei reattori di vecchia concezione è comunque rappresentato dal loro sovradimensionamento: infatti, essi, per garantire la scarica di innesco, sono sovradimensionati rispetto ai valori nominali della lampada (pacco traferro e sezione avvolgimento per una potenza superiore). Tale struttura assicura scariche di innesco, ma dopo l’accensione la lampada sarà costretta a dissipare i watt eccedenti, derivanti dal sovradimensionamento della struttura stessa, con la conseguenza che essa sarà costretta a lavorare a temperature ben al di sopra della propria capacità: nel tempo ne deriverà uno sforamento delia resistenza interna della lampada e questa diventerà un diodo (effetto raddrizzante). In tali condizioni, la lampada continuerà ad accendersi, ma il suo consumo triplicherà. The major limitation of the old concept ballasts is however represented by their oversizing: in fact, to guarantee the ignition discharge, they are oversized with respect to the nominal values of the lamp (air gap pack and winding section for a higher power). This structure ensures ignition discharges, but after switching on the lamp will be forced to dissipate the excess watts, deriving from the oversizing of the structure itself, with the consequence that it will be forced to work at temperatures well above its capacity: over time this will result in an overrun of the internal resistance of the lamp and this will become a diode (rectifying effect). Under such conditions, the lamp will continue to light up, but its consumption will triple.

L’alimentatore elettronico oggetto della presente invenzione sostituisce in pratica il vecchio sistema reattore più accenditore, superando in modo vantaggioso i limiti sopra descritti. The electronic power supply object of the present invention in practice replaces the old reactor system plus igniter, advantageously overcoming the limits described above.

Essendo di tipo elettronico, tale nuovo alimentatore non presenta perdite, data l’assenza di traferri: esso, infatti, non ha trasformatori in lamierino che presenterebbero inevitabili perdite nei traferri (mediamente nei traferri si ha una perdita circa del 25%). Being of the electronic type, this new power supply has no losses, given the absence of air gaps: in fact, it does not have sheet metal transformers which would have inevitable losses in the air gaps (on average there is a loss of about 25% in the air gaps).

La modulazione dell’energia per la lampada in frequenza, in voltaggio ed in corrente consente inoltre il consumo della sola energia necessaria, evitando sprechi; anzi proprio la modulazione in frequenza permette di ionizzare il gas nel modo ottimale, ottenendo lo stesso flusso luminoso con l’impiego di minore energia. L’alimentatore lavora infatti ad una frequenza elevata, sfruttando l effetto dissolvenza-lenta proprio dei gas illuminanti: si ottiene così un aumento dei momenti dì riposo e non consumo della lampada, con un ulteriore 20% di risparmio energetico. The modulation of the energy for the lamp in frequency, voltage and current also allows the consumption of only the necessary energy, avoiding waste; indeed the frequency modulation allows to ionize the gas in the best way, obtaining the same luminous flux with the use of less energy. In fact, the power supply works at a high frequency, exploiting the slow-fading effect of the illuminating gases: in this way, an increase in the moments of rest and non-consumption of the lamp is obtained, with an additional 20% of energy savings.

L’innesco nell’alimentatore elettronico oggetto della presente invenzione, è ottenuto da un circuito in PWM (Pulse Wave Modulation), che consente accensioni sempre veloci e perfette. I reattori di vecchia generazione, infatti, presentano problemi di accensione delle lampade a gas alle basse temperature, con conseguente danneggiamento delle lampade stesse che si anneriscono all’anodo e al catodo. Il nuovo tipo di alimentatore qui rivendicato, consente invece accensioni a rampa, in cui la potenza della lampada viene erogata in funzione della temperatura: se la lampada si trova a temperatura troppa fredda, l’alimentatore fornisce inizialmente una minor quantità di energia (per evitare stress termici), che aumenta gradualmente quando la lampada si riscalda, fino ad arrestarsi ai normali parametri di funzionamento. The trigger in the electronic power supply object of the present invention is obtained from a PWM (Pulse Wave Modulation) circuit, which always allows fast and perfect ignition. The old generation ballasts, in fact, have problems with igniting gas lamps at low temperatures, with consequent damage to the lamps themselves which blacken at the anode and cathode. The new type of power supply claimed here, on the other hand, allows ramp ignitions, in which the power of the lamp is supplied as a function of the temperature: if the lamp is too cold, the power supply initially supplies less energy (to avoid thermal stress), which gradually increases as the lamp heats up, until it stops at normal operating parameters.

L’alimentatore elettronico oggetto dell’ invenzione inoltre consente di eliminare i ronzìi, non essendoci lamierini magnetici che risuonano per effetto dell’induzione, e i disturbi radio, data l’assenza di parti induttive che possano generare fenomeni di elettromagnetismo. The electronic power supply object of the invention also eliminates hums, as there are no magnetic laminations that resonate due to induction, and radio disturbances, given the absence of inductive parts that can generate electromagnetic phenomena.

L’accenditore, che negli alimentatori di vecchia generazione è oggetto di continue sostituzioni, non occorre più nel nuovo tipo di alimentatore rivendicato, in quanto l’accenditore è incorporato nell’alimentatore stesso; tale accenditore incorporato emette scariche di innesco limitatissime in corrente, che non provocano danneggiamenti agli elettrodi della lampada, e non necessita mai di essere sostituito. Le protezioni dagli inneschi a vuoto, o a lampada calda o mancante, e quelle dai cortocircuiti, sono ottenute tramite un’apposita circuteria gestita da un microcontroller. The igniter, which in the old generation power supplies is subject to constant replacement, is no longer needed in the new type of power supply claimed, as the igniter is incorporated in the power supply itself; this built-in igniter emits very limited ignition discharges in current, which do not cause damage to the electrodes of the lamp, and it never needs to be replaced. The protections from vacuum triggers, or with hot or missing lamp, and those from short circuits, are obtained through a special circuit operated by a microcontroller.

Tali alimentatori, infine, essendo a microprocessore, all’atto dell’installazione possono essere programmati, tramite un normale PC, per l’abbassamento automatico della luminosità: la memoria del microprocessore riconosce data, mese, anno, ora legale e solare, ed abbasserà la luminosità come da programmazione. Si potrà così ottenere una riduzione di consumo fino al 40% nelle ore notturne con traffico scarso, come previsto dalle normative europee per consentire l’attività degli osservatori astronomici. Finally, these power supplies, being microprocessor based, at the time of installation can be programmed, through a normal PC, for the automatic lowering of brightness: the microprocessor memory recognizes the date, month, year, summer and winter time, and will lower brightness as per programming. It will thus be possible to achieve a reduction in consumption of up to 40% at night with low traffic, as required by European regulations to allow the activity of astronomical observatories.

La tav. 1 mostra uno schema elettrico a blocchi dell’alimentatore oggetto della presente domanda di brevetto. The table 1 shows an electrical block diagram of the power supply object of this patent application.

La corrente di 220 V in entrata viene trasformata in bassa tensione per l’alimentazione del microprocessore, mentre su un altro ramo essa raggiunge direttamente il raddrizzatore ed il filtro per essere livellata a 310 V continui. Ϊ due oscillatori dividono la tensione a metà (circa 1 10 V CA) quando entrano in funzione tramite lo stadio in PWM: perciò sulla lampada avremo esattamente questa tensione ad una frequenza di circa 21 kHz. Il microcontroller gestisce l’intero funzionamento del sistema, provvede cioè a generare finnesco al momento opportuno, ad inibirlo per qualsiasi motivo di sicurezza, ad abbassare la luminosità dopo le ore di piena luce programmate, provvede, tramite opportuni circuiti di controllo, a proteggere il sistema da sovraccarichi, cortocircuiti o anomalie; provvede inoltre ad inviare un segnale di allarme in caso di avaria che può essere gestito tramite scheda GSM, ed inviato ad una centrale di controllo remota. The 220 V incoming current is transformed into low voltage for powering the microprocessor, while on another branch it directly reaches the rectifier and the filter to be leveled at 310 V continuous. Ϊ two oscillators divide the voltage in half (about 1 10 V AC) when they come into operation through the PWM stage: therefore on the lamp we will have exactly this voltage at a frequency of about 21 kHz. The microcontroller manages the entire operation of the system, that is, it generates finnesco at the right moment, to inhibit it for any safety reason, to lower the brightness after the hours of full light programmed, it provides, through appropriate control circuits, to protect the system from overloads, short circuits or anomalies; it also sends an alarm signal in case of failure which can be managed via the GSM card, and sent to a remote control center.

Claims

CLAIMS 1) It claims the adoption of a low consumption electronic ballast suitable for discharge lamps, sodium vapor, high and low pressure.

2) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the absence of induction losses, given the absence of air gaps in the structure 3) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the electronic trigger in PWM (Pulse Wave Modulation), directly incorporated into the electronic power supply itself. 4) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the modulation of the energy for the lamp in frequency, voltage and current, which allows the use of only the energy necessary for the operation of the lamp itself. 5) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the ability to carry out ramp ignitions. 6) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the absence of hums, given the absence of magnetic laminations, which resonate due to induction. 7) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by immunity from radio disturbances. 8) An electronic power supply is claimed as claimed in point 1, characterized by the presence of a microcontroller. 9) An electronic power supply is claimed as claimed in point 8, characterized by the programmability of the automatic lowering of brightness, which can be implemented by means of the microprocessor integrated into the electronic power supply itself. 10) An electronic power supply is claimed as claimed in point 8, characterized by the protection system against vacuum triggers, with hot or missing lamp and short-circuit, obtained by a special circuitry managed by a microcontroller, integrated in the electronic power supply itself. 11) An electronic power supply is claimed as claimed in point 8, characterized by the presence of an anti-phase current circuit, integrated in the electronic power supply itself.