ITVA20130031A1 - POWER SUPPLY FOR SOLID STATE LAMPS WITH REDUCED CONSUMPTION IN WAITING MODE. - Google Patents

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DESCRIZIONE DESCRIPTION

Descrizione dell’invenzione avente per TITOLO: “Alimentatore per lampade a stato solido con consumo ridotto in modalità †Description of the invention having as TITLE: â € œ Power supply for solid state lamps with reduced consumption in mode â €

DESCRIZIONE DESCRIPTION

Oggetto del presente trovato à ̈ un alimentatore per lampade a stato solido, utilizzanti LED o OLED, controllato tramite una linea di regolazione, dotato di un accorgimento per diminuire l’energia assorbita dalla rete quando tramite la linea di regolazione viene spenta la lampada ad esso collegata. Le lampade tradizionali, collegate alla rete di alimentazione elettrica, vengono spente tramite un interruttore che toglie completamente la tensione di alimentazione, in tal modo à ̈ nulla la potenza assorbita dalla rete quando la lampada à ̈ spenta. The subject of the present invention is a power supply for solid state lamps, using LEDs or OLEDs, controlled by a regulation line, equipped with a device to reduce the energy absorbed by the mains when the lamp is switched off via the regulation line. it connected. Traditional lamps, connected to the power supply network, are turned off by means of a switch that completely cuts off the supply voltage, thus the power absorbed by the network is zero when the lamp is off.

Le lampade a LED regolabili tramite una linea di controllo esterna hanno un alimentatore provvisto di due linee separate in ingresso, la prima collegata alla rete elettrica co! compito di fornire allalimentatore l’energia necessaria al suo funzionamento, la seconda ha il compito di fornire all’alimentatore i comandi per le funzioni di volta in volta richieste, ad esempio può essere una linea DALI su cui vengono inviati i comandi corrispondenti ai livelli di luminosità richiesti, nei casi più semplici può essere un singolo conduttore collegato ad un tasto con l’altro capo del tasto collegato a uno dei fili di alimentazione, l utilizzatore premendo rapidamente il tasto può accendere e/o spegnere la lampada, con una pressione più lunga può regolare l’intensità luminosa emessa dalla lampada. Con questo tipo di lampade regolabili la lampada viene spenta mediante l’invio di un comando sulla linea di controllo e anche quando la lampada à ̈ spenta una parte del circuito dell’ alimentatore à ̈ sempre attiva, in modo da poter riconoscere il comando dì accensione inviato tramite la linea di controllo, la conseguenza à ̈ un consumo di energia elettrica, definito come consumo in modalità attesa o modalità standby, presente anche a lampada spenta. The adjustable LED lamps via an external control line have a power supply equipped with two separate input lines, the first connected to the electrical network co! the task of supplying the power supply with the energy necessary for its operation, the second has the task of supplying the power supply with the commands for the functions requested from time to time, for example it can be a DALI line on which the commands corresponding to the required brightness levels, in the simplest cases it can be a single conductor connected to a button with the other end of the button connected to one of the power supply wires, the user by pressing the button quickly can turn the lamp on and / or off, with a longer pressure can adjust the light intensity emitted by the lamp. With this type of adjustable lamps, the lamp is turned off by sending a command on the control line and even when the lamp is off a part of the power supply circuit is always active, so that the command can be recognized. ignition sent via the control line, the consequence is a consumption of electrical energy, defined as consumption in standby mode or standby mode, present even when the lamp is off.

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La soluzione standard, rappresentata in figura 1, prevede l’utilizzo di un convertitore switching principale (2) dotato di terminali di ingresso (1) tramite i quali preleva energia dalla rete elettrica per alimentare sia lo stadio di uscita (6) che pilota le lampade (3) che il circuito di controllo (7) sempre attivo. Lo stadio dì controllo (7) riceve i comandi esterni tramite degli ingressi dedicati (4) e tramite una linea di collegamento (5) regola l’intensità luminosa delle lampade in accordo ai comandi ricevuti e all’ occorrenza attiva la modalità attesa (nota come standby) spegnendo lo stadio di uscita (6) . The standard solution, represented in figure 1, involves the use of a main switching converter (2) equipped with input terminals (1) through which it draws energy from the mains to power both the output stage (6) and the driver. the lamps (3) and the control circuit (7) always active. The control stage (7) receives the external commands through dedicated inputs (4) and through a connection line (5) adjusts the luminous intensity of the lamps according to the commands received and activates the standby mode if necessary (known as standby) by turning off the output stage (6).

Tale soluzione à ̈ economica ma poco efficiente, perché per fornire ai circuito di controllo (7) la poca potenza richiesta nella modalità standby, tipicamente dell’ordine di pochi mW, si sta usando un convertitore switching (2) previsto per fornire potenze anche di decine di W, ogni convertitore ha delle perdite di potenza presenti anche in assenza di carico, come noto agli esperti di settore queste perdite sono proporzionali alla potenza massima erogabile, il risultato à ̈ quello di richiedere dalla rete una potenza molto più elevata di quella strettamente necessaria per il funzionamento del circuito di controllo durante la modalità standby. This solution is economical but not very efficient, because to supply the control circuit (7) with the little power required in the standby mode, typically of the order of a few mW, a switching converter (2) is being used, designed to supply power. even tens of W, each converter has power losses present even in the absence of load, as known to the experts in the field these losses are proportional to the maximum power that can be supplied, the result is to require from the network a power much higher than that strictly necessary for the operation of the control circuit during standby mode.

Per ridurre il consumo nella modalità standby, una delle modalità alternative proposte consiste nell’utilizzo di un’ alimentazione ausiliaria ricavata da un circuito ausiliario di piccola potenza sempre attivo, questo circuito ausiliario à ̈ ottimizzato per fornire unicamente l’energia necessaria a mantenere attivo il circuito di controllo che si occupa dell’interpretazione dei comandi presenti sulla linea di controllo, convertitore principale durante la modalità standby viene tenuto spento. Un esempio di realizzazione provvista di alimentatore ausiliario à ̈ riportata in figura 2, la novità rispetto alla soluzione di figura 1 à ̈ l’utilizzo dellalimentatore ausiliario (13) per alimentare l’unità di controllo (19), durante la modalità standby lunità di controllo spegne il convertitore switching principale (11) tramite un segnale applicato tramite un apposita linea di collegamento interna (17), la seconda linea di collegamento interna (20) tra lo stadio di controllo (19) e lo stadio di uscita (18) che pilota la lampada (20) serve unicamente per regolare lo stadio di uscita. To reduce consumption in standby mode, one of the alternative modes proposed consists in the use of an auxiliary power supply obtained from an auxiliary circuit of small power which is always active, this auxiliary circuit is optimized to supply only the energy necessary to keep active the control circuit that deals with the interpretation of the commands present on the control line, the main converter is kept off during the standby mode. An example of an implementation equipped with an auxiliary power supply is shown in figure 2, the novelty compared to the solution in figure 1 is the use of the auxiliary power supply (13) to power the control unit (19), during standby mode the control unit switches off the main switching converter (11) by means of a signal applied through a suitable internal connection line (17), the second internal connection line (20) between the control stage (19) and the output stage (18 ) which drives the lamp (20) serves only to regulate the output stage.

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Il convertitore switching principale (1 1) fornisce ai capi dei sui terminali di uscita (15,16) unicamente la tensione necessaria per alimentare lo stadio ( 18) che pilota la lampada. The main switching converter (11) supplies to the ends of its output terminals (15,16) only the voltage necessary to power the stage (18) which drives the lamp.

Le altre parti dello schema di figura 2 sono i terminali di collegamento (12) alla rete di alimentazione, i terminali di collegamento per la linea di controllo (14). Lo svantaggio di questa soluzione à ̈ la necessità di un alimentatore ausiliario, con aumento dei costi globali del prodotto. The other parts of the diagram in figure 2 are the connection terminals (12) to the power supply network, the connection terminals for the control line (14). The disadvantage of this solution is the need for an auxiliary power supply, with an increase in the overall costs of the product.

Il presente trovato utilizza un unico convertitore principale a commutazione, per alimentare sia lo stadio di uscita che pilota le lampade che il circuito di controllo, la riduzione dei consumi in modalità standby viene effettuata riducendo il valore della tensione erogata dal convertitore switching principale a un valore ridoto ma sufficiente a mantenere attivo il microprocessore contenuto nel circuito di controllo. La riduzione della tensione erogata nella modalità standby riduce le perdite del convertitore switching principale, abbassando il consumo in modalità standby. The present invention uses a single main switching converter, to power both the output stage that drives the lamps and the control circuit, the reduction of consumption in standby mode is carried out by reducing the value of the voltage supplied by the main switching converter to a value reduced but sufficient to keep active the microprocessor contained in the control circuit. The reduction of the voltage supplied in the standby mode reduces the losses of the main switching converter, lowering the consumption in the standby mode.

Il pilotaggio dei LED à ̈ effettuato da un secondo convertitore (output stage) alimentato dal primo, durante la modalità standby il secondo convertitore à ̈ disattivato. The driving of the LEDs is carried out by a second converter (output stage) powered by the first, during the standby mode the second converter is deactivated.

Un esempio di prima realizzazione à ̈ rappresentato in figura 3. An example of a first embodiment is shown in figure 3.

Il convertitore principale “Main Converter" (25) à ̈ uno stadio convertitore a commutazione dotato di terminali di ingresso (23) per il collegamento a una rete elettrica di alimentazione e fornisce tra le sue uscite (26,27) una tensione continua isolata dalla rete di alimentazione collegata ai terminali di ingresso (23). In accordo alla potenza richiesta detto stadio convertitore principale può essere un PFC-Flyback isolato o un Flyback isolato. The main converter â € œMain Converter "(25) is a switching converter stage equipped with input terminals (23) for connection to an electrical supply network and supplies an isolated DC voltage between its outputs (26,27) from the power supply network connected to the input terminals (23) According to the required power said main converter stage can be an isolated PFC-Flyback or an isolated Flyback.

Un convertitore PFC-Flyback isolato può essere realizzato utilizzando un controllore L6562, un convertitore Flyback isolato con un circuito integrato TNY268. come descrito nelle loro note applicative note agli esperti di setore. An isolated PFC-Flyback converter can be made using an L6562 controller, an isolated Flyback converter with a TNY268 integrated circuit. as described in their application notes known to those skilled in the art.

La tensione isolata fornita dal convertitore viene regolata ad anello chiuso utilizzando il circuito formato dall’accoppiatore ottico (32) e dai componenti R1, R2, DZ2, DZ1. The isolated voltage supplied by the converter is regulated in a closed loop using the circuit formed by the optocoupler (32) and by the components R1, R2, DZ2, DZ1.

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Lo stadio output stage (29) à ̈ lo stadio di uscita che genera una corrente costante per alimentare i LED (31) collegati ai suoi terminali dì uscita (30), la lìnea di controllo (21) consente ad un segnale PWM esterno di modulare in modalità PWM la corrente da lui fornita, variando la luminosità media dei LED (31) alimentati, si tratta di un buck eonverter utilizzato come generatore di corrente costante. The output stage (29) is the output stage that generates a constant current to power the LEDs (31) connected to its output terminals (30), the control line (21) allows a PWM signal external module to modulate the current supplied by him in PWM mode, by varying the average brightness of the powered LEDs (31), it is a buck eonverter used as a constant current generator.

Per la sua realizzazione à ̈ possibile impiegare uno dei circuiti integrati appositamente sviluppati per pilotare i diodi LED a corrente costante, in un primo prototipo à ̈ stato utilizzato il componente LM3404, For its realization it is possible to use one of the integrated circuits specially developed to drive constant current LED diodes, in a first prototype the LM3404 component was used,

Lo stadio REG (28) à ̈ un regolatore che genera la tensione di alimentazione richiesta dallo stadio di controllo (22), la sua realizzazione più semplice consiste in uno zener e una resistenza collegati in serie, utilizzando la tensione ai capi del diodo zener per alimentare lo stadio di controllo (22). The REG stage (28) is a regulator that generates the supply voltage required by the control stage (22), its simplest implementation consists of a zener and a resistor connected in series, using the voltage across the zener diode to power the control stage (22).

All’ dello stadio di controllo “Control Unit" (22) à ̈ presente un microprocessore. A microprocessor is present in the control stage â € œControl Unit "(22).

Detto stadio di controllo riceve i segnali di comando esterni tramite la linea di controllo (24) e fornisce alla sua uscita (21) un segnale PWM per modulare lo stadio di uscita generatore di corrente (29) in accordo a quanto richiesto tramite la linea di controllo esterna (24). Said control stage receives the external control signals through the control line (24) and supplies at its output (21) a PWM signal to modulate the current generator output stage (29) according to what is required through the control line. external control (24).

Quando la linea di controllo (24) richiede lo spegnimento della lampada detto microprocessore pone a zero il duty cycle del segnale PWM e tramite una seconda linea di controllo interna (34) accende il mosfet Q1 (34). When the control line (24) requires the lamp to be turned off, said microprocessor sets the duty cycle of the PWM signal to zero and, through a second internal control line (34), turns on the mosfet Q1 (34).

Detto mosfet mette in corto il diodo zener DZ1 diminuendo la tensione erogata dal convertitore principale a un valore detto Vstby. Said mosfet shorts the zener diode DZ1 by decreasing the voltage supplied by the main converter to a value called Vstby.

Detto valore Vstby à ̈ di poco superiore al valore minimo valore sufficiente a garantire che la tensione erogata dallo stadio REO (28) mantenga acceso il microprocessore contenuto nello stadio di controllo (22), in modo da garantire che nelle condizioni di utilizzo previste, in particolare il campo di temperature operative previste, il microprocessore non si spenga durante la modalità standby. Said Vstby value is slightly higher than the minimum value sufficient to ensure that the voltage supplied by the REO stage (28) keeps the microprocessor contained in the control stage (22) on, so as to ensure that under the conditions of use provided, in particularly the range of expected operating temperatures, the microprocessor does not switch off during standby mode.

La tensione Vstby di valore inferiore rispetto a quella presente quando la lampada à ̈ accesa garantisce un consumo ridotto in modalità standby, primo perché il convertitore flyback isolato eroga meno The lower Vstby voltage than that present when the lamp is on guarantees reduced consumption in standby mode, first of all because the isolated flyback converter delivers less

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potenza in uscita, secondo perché ci sono minori perdite di commutazione in quanto la tensione riflessa al primario à ̈ più bassa. Per ridurre ulteriormente i consumi il microprocessore nel prototipo viene posto nella modalità standby a basso consumo, il microprocessore esce da tale modalità quando individua la presenza di un segnale sulla linea di controllo esterna (24), power output, second because there are lower switching losses as the reflected voltage to the primary is lower. To further reduce consumption, the microprocessor in the prototype is placed in low consumption standby mode, the microprocessor exits this mode when it detects the presence of a signal on the external control line (24),

L'utilizzo del mosfet (33) per cortocircuitare lo zener DZ1 à ̈ particolarmente vantaggioso, perché il mosfet in condizioni statiche non richiede corrente di pilotaggio applicata al suo terminale di gate. La linea di controllo esterna (24) può essere una linea DALI o come nel primo prototipo una linea di tipo PUSH che impiega un unico filo a cui si collega il primo terminale di un tasto, l’altro terminale del tasto collegato alla fase della rete di alimentazione AC connessa ai terminali di ingresso (23) del convertitore principale. The use of the mosfet (33) to short-circuit the DZ1 zener is particularly advantageous, because the mosfet in static conditions does not require driving current applied to its gate terminal. The external control line (24) can be a DALI line or, as in the first prototype, a PUSH type line that uses a single wire to which the first terminal of a button is connected, the other terminal of the button connected to the phase of the AC power supply connected to the input terminals (23) of the main converter.

Impiegando nel circuito dello stadio di uscita un circuito integrato dotato di stadio Under Voltage Lockout, cioà ̈ di un sistema i a detto circuito integrato che mantiene il circuito integrato stesso spento quando la sua tensione di alimentazione à ̈ inferiore a un valore predefinito Voff riportato nel suo datasheet, i consumi in modalità standby vengono ulteriormente ridotti scegliendo un regolatore REG e un microprocessore in grado di consentire per Vstby un valore Vstby<Voff, Using in the circuit of the output stage an integrated circuit equipped with an Under Voltage Lockout stage, that is a system i with said integrated circuit which keeps the integrated circuit itself off when its supply voltage is lower than a predefined value Voff reported in its datasheet, consumption in standby mode is further reduced by choosing a REG regulator and a microprocessor capable of allowing a Vstby <Voff value for Vstby,

In una soluzione alternativa nello stadio di uscita †̃Output Stage†viene utilizzato un circuito integrato disattivabile tramite un piedino con funzione standby predisposto dal costruttore del circuito integrato stesso, a detto piedino viene applicato un segnale generato dal microprocessore contenuto nello stadio di controllo durante la modalità standby, questo in aggiunta alla riduzione della tensione fornita dal convertitore principale. I controllori a commutazione provvisti di tale funzione possono essere vantaggiosamente impiegati per realizzare il generatore di corrente “Output Stage†a cui à ̈ collegata la lampada a LED, riducendo ulteriormente la potenza assorbita dalla rete nella modalità standby. In an alternative solution, an integrated circuit is used in the output stage, which can be deactivated via a pin with standby function provided by the manufacturer of the integrated circuit itself, a signal generated by the microprocessor contained in the control stage is applied to said pin. standby mode, this in addition to the voltage reduction provided by the main converter. Switching controllers equipped with this function can be advantageously used to create the â € œOutput Stageâ € current generator to which the LED lamp is connected, further reducing the power absorbed by the mains in standby mode.

Claims (3)

RIVENDICAZIONI TITOLO dell’ invenzione: “Alimentatore per lampade a stato solido con consumo ridotto in modalità attesa†. 1) Alimentatore per lampade a LED avente almeno due terminali connessi a una rete elettrica di alimentazione, almeno due terminali connessi a una lampada comprendente almeno un LED, una linea di controllo tramite la quale viene regolata l’intensità luminosa emessa dalla lampada a LED, un convertitore principale a commutazione che preleva energia dalla rete elettrica di alimentazione fornendo alla sua uscita una tensione continua isolata dalla rete elettrica di alimentazione, uno stadio di uscita costituito da un generatore di corrente costante modulabile in modalità on-off alimentato da detta tensione continua, l’uscita di detto stadio di uscita collegata alla lampada a LED, uno stadio di controllo comprendente almeno un microprocessore in grado di interpretare i comandi presenti sulla linea dì controllo, caratterizzato dall’avere: lo stadio di controllo alimentato con una tensione ricavata dalla tensione continua presente all’uscita del convertitore principale, lo stadio di uscita modulato on-off da un segnale generato dallo stadio di controllo, un metodo che quando tramite la linea di controllo viene richiesto lo spegnimento della lampada a LED riduca la tensione erogata dal convertitore principale a un valore ridotto ancora idoneo a mantenere in funzione il microprocessore contenuto nello stadio di controllo ma non lo stadio di uscita generatore di corrente costante. CLAIMS TITLE of the invention: â € œLower supply for solid state lamps with reduced consumption in standby modeâ €. 1) Power supply for LED lamps having at least two terminals connected to an electrical supply network, at least two terminals connected to a lamp including at least one LED, a control line through which the luminous intensity emitted by the LED lamp is regulated , a main switching converter that draws energy from the power supply network by providing at its output a direct voltage isolated from the power supply network, an output stage consisting of a constant current generator that can be modulated in on-off mode powered by said direct voltage , the output of said output stage connected to the LED lamp, a control stage comprising at least one microprocessor capable of interpreting the commands present on the control line, characterized by having: the control stage powered by a voltage obtained from the direct voltage present at the output of the main converter, the stage of on-off modulated output from a signal generated by the control stage, a method that, when the LED lamp is turned off via the control line, reduces the voltage supplied by the main converter to a reduced value still suitable to keep the microprocessor running contained in the control stage but not the constant current generator output stage. 2) Alimentatore in accordo alla rivendicazione 1 in cui il microprocessore, in presenza di un comando che spenga la lampada, passi in una modalità a basso consumo dalla quale detto microprocessore esca in presenza di un successivo comando che riaccenda la lampada. 2) Power supply according to claim 1 in which the microprocessor, in the presence of a command which switches off the lamp, switches to a low consumption mode from which said microprocessor exits in the presence of a subsequent command which switches the lamp back on. 3) Alimentatore delia rivendicazione 1 in cui il microprocessore diminuisce il valore della tensione erogata dai convertitore principale al valore ridotto applicando un segnale logico alla RIVENDICAZIONI gate di un mosfet che ha un diodo zener collegato tra source e drain, il catodo di detto diodo collegato al drain di dotto mosfet, 4) Alimentatore della rivendicazione 1 in cui il microprocessore diminuisce il valore della tensione erogata dal convertitore principale al valore ridotto applicando un segnale alla base di un transistor NPN che ha un diodo zener collegato tra il collettore e l’emettitore, il catodo di detto diodo collegato al collettore di detto transistor. 5) Alimentatore in accordo alla rivendicazione 1 in cui nello stadio dì uscita à ̈ utilizzato un circuito integrato provvisto al suo interno di stadio Under Voltage Lockout che disattiva detto circuito integrato quando la tensione di alimentazione applicata a detto circuito integrato à ̈ inferiore a un valore di soglia definito dal costruttore del circuito integrato e la tensione ridotta erogata dal convertitore, principale à ̈ inferiore a detto valore di soglia. 6) Alimentatore in accordo alla rivendicazione 1 in cui lo stadio di uscita dispone di una linea di controllo aggiuntiva collegata allo stadio di controllo e tramite applicazione di un segnale logico a detta linea aggiuntiva lo stadio di uscita si pone in una condizione spenta in cui assorbe meno di 500uA dalla linea di uscita in tensione continua del convertitore principale.3) Power supply of claim 1 in which the microprocessor decreases the value of the voltage supplied by the main converter to the reduced value by applying a logic signal to the CLAIMS gate of a mosfet which has a zener diode connected between source and drain, the cathode of said diode connected to the drain of said mosfet, 4) Power supply of claim 1 in which the microprocessor decreases the value of the voltage supplied by the main converter to the reduced value by applying a signal to the base of an NPN transistor which has a zener diode connected between the collector and the emitter, the cathode of said diode connected to the collector of said transistor. 5) Power supply according to claim 1 in which an integrated circuit is used in the output stage, provided with an Under Voltage Lockout stage inside it, which deactivates said integrated circuit when the supply voltage applied to said integrated circuit is lower than a threshold value defined by the integrated circuit manufacturer and the reduced voltage supplied by the main converter is lower than said threshold value. 6) Power supply according to claim 1 wherein the output stage has an additional control line connected to the control stage and by applying a logic signal to said additional line the output stage is placed in an off condition in which it absorbs less than 500uA from the DC output line of the main converter.