CZ8800U1 - Kompaktní zdroj světla - Google Patents

Description

Technické řešení se týká uspořádání kompaktního zdroje světla se světlo emitujícími polovodičovými diodami.

Dosavadní stav techniky

Polovodičové světlo emitující diody (označované LED) jsou velmi rozšířeným zdrojem světla pro indikaci různých stavů jako alfanumerické zobrazovaěe v celé řadě průmyslových aplikací i v reklamě. Jejich použití je omezeno na napájení stejnosměrným napětím a dále proudem v propustném směru, který je uváděn vždy konkrétním výrobcem. Bez ochranných obvodů nelze tyto diody používat s ohledem na jejich snadné poškození. Nevýhodou světlo emitujících diod je rovněž skutečnost, že nemají přesně definované stejnosměrné napájecí napětí a přitom změny tohoto napětí v desetinách voltů způsobují velké změny jejich svítivosti. Svítivost světlo emitujících diod se postupně vývojem neustále zvyšuje a mohou proto sloužit jako zdroje světla s dlouhou životností, nízkou spotřebou energie a vysokou spolehlivostí. Cílem tohoto technického řešení je vytvořit kompaktní zdroj světla se světlo emitujícími polovodičovými diodami, který by byl využitelný pro náhradu některých konvenčních zdrojů, jako jsou žárovky a výbojky, a přitom měl vysokou odolnost proti mechanickému poškození, nízkou spotřebu energie, vysokou životnost svícení pro přenosné zdroje světla. Měl by rovněž umožňovat volbu barvy světla podle druhu vlnové emise, včetně světla bílého.

Podstata technického řešení

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje uspořádání kompaktního zdroje světla podle tohoto technického řešení, zahrnujícího světelný zdroj a vývody pro připojení ke zdroji elektrického proudu. Jeho podstata spočívá v tom, že světelný zdroj je tvořen nejméně jednou světlo emitující diodou, která je připojena k vývodům přes funkční elektrický obvod, uspořádaný na tělese plošného spoje. Do patice kompaktního zdroje světla je zabudována elektronická regulace proudu, situovaná na tělese plošného spoje. Výhodou je kompaktní nerozebíratelně uspořádání zdroje světla s vysokou životností svícení a vysokou odolnosti proti mechanickému poškození. Těleso plošného spoje může být v jednom zmožných provedení zapuštěno a upevněno v patici, s níž je elektricky propojeno, a na svém vně obráceném konci je k tělesu plošného spoje připájena světlo emitující dioda, opatřená plastovým prstencem, dosedajícím na okraj patice. Vrchní část patice je plastem uzavřena tak, že světlo emitující dioda z plastu vyčnívá a přitom je plastovým prstencem mechanicky chráněna. Zdroj světla je využitelný například pro žárovky nebo doutnavky a vykazuje mimořádnou odolnost proti otřesům a nárazům.

Těleso plošného spoje je v dalším možném provedení zapuštěno v osazení patice, s níž je elektricky propojeno, aje s patici pevně spojeno pomocí zalisovaného krytu, který je alespoň v části překrývající světlo emitující diodu průsvitný. Vrchní část patice je překiyta průsvitným krytem, který odděluje světlo emitující diody od vnějšího prostoru. Kompaktní zdroj světla je mechanicky odolný ajeho využitelnost je s ohledem na šroubový uzávěr velmi široká.

Těleso plošného spoje s připájenou světlo emitující diodou může být zapuštěno a upevněno v patici, opatřené shora průsvitným ochranným krytem, přičemž vývody tvoří kontaktní kolíky, vyvedené z patice. Jedná se o další modifikaci kompaktního zdroje světla, který lze jednoduše přímo použít k zasunutí do konvenčních zásuvek střídavého napájecího napětí.

Funkční elektrický obvod je tvořen stabilizátorem proudu nebo stabilizátorem proudu, mezi jehož vstupem a vývody zdroje světla je zapojen obvod ze skupiny, obsahující přerušovač,

-1 CZ 8800 Ul soumrakový spínač, senzor teploty, senzor vlhkosti, časový spínač, čidlo pohybu, adaptér střídavého na stejnosměrné napětí, akumulátor. Je vidět, že funkční elektrický obvod v kompaktním zdroji světlaje široce variabilní a umožňuje tak velmi rozsáhlé využití tohoto technického řešení, například rozsvícení při detekci pohybu v oblasti před zdrojem, rozsvícení při poklesu nebo zvýšení teploty, pro rozsvícení při setmění, přerušované varovné světlo a podobně. Nízká spotřeba kompaktního zdroje světla umožňuje jeho napájení ze záložního zdroje při výpadku síťového napětí nebo napájení z akumulátorů, dobíjených z alternativních zdrojů, například solárních článků, větrných a vodních generátorů elektrické energie.

Podstatou technického řešení je použití světlo emitující diody, společně s funkčním elektrickým obvodem, jako zdroje světla pro stejnosměrná a/nebo střídavá napětí v rozsahu od 1,8 V do 235 V. Světlo emitující diody tak mohou s výhodou sloužit jako náhrada konvenčních žárovek a/nebo výbojek v širokém rozsahu napájecích napětí. Je dokonce možné, aby jediný typ kompaktního zdroje světla podle tohoto technického řešení mohl být univerzálně používán v napájecích sítích s odlišným napětím (110 V, obvyklým v USA, i 220 V v evropských státech), dokonce jak pro stejnosměrná, tak i střídavá napětí.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení bude blíže objasněno pomocí připojených výkresů ve spojitosti s následným popisem příkladů jeho konkrétního provedení. Na obr. 1 je v rozloženém stavu zobrazen kompaktní zdroj světla, který je tvořen nejméně jednou světlo emitující diodou, která je připojena k vývodům přes funkční elektrický obvod, uspořádaný na tělese plošného spoje. Těleso plošného spoje je zapuštěno a upevněno v patici, s níž je elektricky propojeno, a na svém vně obráceném konci je k tělesu plošného spoje připájena světlo emitující dioda, opatřená plastovým prstencem, dosedajícím na okraj patice.

Na obr. 2 je další možné provedení technického řešení, kde těleso plošného spoje se světlo emitujícími diodami je zapuštěno v osazení patice, sniž je elektricky propojeno, a je s patici pevně spojeno pomocí zalisovaného krytu, který je alespoň v části překrývající světlo emitující diodu průsvitný.

Na obrázcích 3 až 13 jsou schematicky vyobrazeny různé modifikace uspořádání kompaktního zdroje světla s funkčními obvody, tvořenými stabilizátorem proudu v kombinaci s přerušovačem, soumrakovým spínačem, senzorem teploty, časovým spínačem, čidlem pohybu, adaptérem střídavého na stejnosměrné napětí nebo akumulátorem s případným dobíjecím obvodem.

Příklady provedení technického řešení

Na obr. 1 je do konvenční patice 3 bajonetového typu zasunutím upevněno a s ní élektricky spojeno těleso 2 plošného spoje s elektrickými vývody 9, K). K tělesu 2 plošného spoje je svými vývody připájena světlo emitující dioda 1, která je opatřena plastovým prstencem 4 válcovitého tvaru s osazením. Do prstence 4 rovněž zasahuje těleso 2 plošného spoje (celek je v silikonové formě zalit do plastu). Tím se vytváří kompaktní celek, ze kterého vzhůru vyčnívá světlo emitující dioda 1 a jehož spodní osazení po zasunutí celku (vlepení nebo zalisování) do patice 3 se opírá o vnější obvodovou hranu patice 3. První elektrický vývod 9 zdroje světlaje po zasunutí prstence 4 do patice 3 přitlačován ke stěně patice 3 a druhý elektrický vývod 10 je připájen k čepičce 6 patice 3. Toto provedení je vhodné pro nízkonapěťové zdroje s napájecím napětím (střídavým i stejnosměrným) v rozsahu od 3 V do 48 V.

Na obr. 2 je vyobrazena další modifikace kompaktního zdroje světla se šroubovou patici. K tělesu 2 plošného spoje je připájena řada světlo emitujících diod 1 (jejich počet odpovídá požadované svítivosti zdroje světla, mohou jich být i desítky). Tyto světlo emitující diody I jsou zapojeny paralelně, případně serioparalelně tak, aby napětí zdroje bylo využito při minimálních ztrátách energie. Jinými slovy, aby tyto diody i pracovaly pokud možno co nejblíže vstupnímu

-2CZ 8800 Ul napětí zdroje a nebylo nutné toto napětí regulačními členy omezovat. Tato modifikace zdroje je vhodná pro velmi široký rozsah napájecího napětí (střídavého i stejnosměrného), například od 3 V až do 230 V.

Těleso 2 plošného spoje je v připojovacích místech 11, 12 opatřeno elektrickými vývody 9, 10, které jsou připájeny jednak k čepičce 6 a jednak k závitu 7 konvenční šroubové patice 3. Těleso 2 plošného spoje je zapuštěno v osazení 8 patice 3 a je s touto paticí 3 pevně spojeno pomocí zalisovaného průsvitného krytu 5 z plastu. Alternativně mohou být elektrické vývody 9, 10 připájeny k výstupním kolíkům zdroje světla (nejsou vyobrazeny), které jsou vyvedeny z plastového tělesa patice 3 a určeny pro zasunutí do konvenční síťové zásuvky.

Na obrázcích 3 až 13 jsou schematicky vyobrazeny různé modifikace uspořádání kompaktního zdroje světla s funkčními obvody, které v kombinacích vytvářejí zdroj s množstvím funkcí. Na obr. 3 je základní uspořádání zdroje, kde na tělese 2 plošného spoje je uspořádán obvod 13 stabilizátoru proudu. Tento obvod pracuje na stejnosměrném napětí a chrání světlo emitující diodu 1 před zničením. Využitelnost je v současné době v napěťovém rozsahu přibližně 2 V až 48 V stejnosměrných.

Na obr. 4 je oproti uspořádání zdroje na obr. 3 navíc na plošném spoji obvod 14 přerušovače, výsledkem je přerušované světlo zdroje. Nastavením obvodu 14 přerušovače je dána konkrétní frekvence přerušení světla a doba svícení. Na obr. 5 je modifikace zdroje světla s přídavným soumrakovým spínačem 15. V tomto uspořádání pracuje zdroj světla pouze při setmění, prahová hodnota sepnutí a vypnutí zdroje je dána konkrétním nastavením soumrakového spínače 15. Na obr. 6 je kombinovaný zdroj světla, obsahující na tělese 2 plošného spoje propojené soumrakový spínač 15. obvod 14 přerušovače a obvod 13 stabilizátoru proudu. Aplikace zdroje může být například taková, že řidič automobilu je při setmění upozorněn, aby rozsvítil světla vozu.

Na obr. 7 je jiný kompaktní zdroj světla, který na tělese 2 plošného spoje má uspořádány vzájemně propojené senzor 16 teploty, obvod 14 přerušovače a obvod 13 stabilizátoru proudu. Zdroj světla reaguje přerušovaným svícením na teplotu okolí a je využitelný například v domácnosti nebo skladech při skladování ovoce, případně pro varovná hlášení na dopravních komunikacích při dosažení teplot okolo bodu mrazu. Při vypnutém stavu neodebírá zdroj žádnou energii. Obvod senzoru 16 teploty lze nastavit podle potřeby konkrétní aplikace, například na funkční stav v teplotním rozmezí od 0 do 5 °C.

Na obr. 8 je kompaktní zdroj světla, obsahující na tělese 2 plošného spoje vzájemně propojené čidlo Π pohybu, soumrakový spínač Γ5 a obvod 13 stabilizátoru proudu. Zdroj světla se rozsvítí při setmění a současně detekci pohybu v jeho okolí. Lze jej využívat pro automatické rozsvícení v chráněném prostoru. Po uplynutí zvoleného intervalu se zdroj může sám vypnout.

Na obr. 9 je kompaktní zdroj světla, kde na tělese 2 plošného spoje jsou vzájemně propojené adaptér 18 střídavého na stejnosměrné napětí, akumulátor 19 s dobíjecím obvodem, soumrakový spínač 15 a obvod 13 stabilizátoru proudu. Jedná se o svítilnu se soumrakovým spínačem a záložním zdrojem energie při výpadku síťového napětí. Doba svícení je dána použitým akumulátorem. Toto řešení umožňuje nouzové osvětlení a zdroj lze i demontovat z trvalého připojení v objímce a použít jako přenosný zdroj světla na dobu například až deset hodin.

Na obr. 10 kompaktní zdroj světla, kde na tělese 2 plošného spoje jsou vzájemně propojené adaptér 18 střídavého na stejnosměrné napětí a obvod 13 stabilizátoru proudu. Zdroj pracuje jak na střídavém, tak i stejnosměrném vstupním napětí.

Na obr. 11 je uspořádání kompaktního zdroje světla podle obr. 4, navíc s adaptérem 18 střídavého na stejnosměrné napětí. Zdroj může pracovat jak na střídavém, tak i stejnosměrném vstupním napětí.

Na obr. 12 je uspořádání kompaktního zdroje světla podle obr. 6, navíc s adaptérem 18 střídavého na stejnosměrné napětí. Zdroj může pracovat jak na střídavém, tak i stejnosměrném vstupním napětí, lze jej využít i na střídavé napájecí napětí 220 V.

-3 CZ 8800 Ul

Na obr. 13 je uspořádání kompaktního zdroje světla podle obr. 7, navíc s adaptérem 18 střídavého na stejnosměrné napětí. Zdroj může pracovat jak na střídavém, tak i stejnosměrném vstupním napětí.

Oproti konvenčním zdrojům umožňuje technické řešení podstatné, až několikanásobné zvýšení životnosti zdroje a vyniká zvýšenou odolností proti mechanickým nárazům a otřesům. Využití nízké energetické spotřeby světlo emitujících diod má dopady pro praktické aplikace, ve kterých jsou dosud používány konvenční žárovky nebo výbojky, a to při zachování svítivosti zdroje (intenzity světla). Při porovnání s kompaktní zářivkou se dosahuje stejné svítivosti přibližně se čtvrtinovou spotřebou elektrické energie. Nízká spotřeba umožňuje, aby kompaktní zdroj světla podle technického řešení byl napájen ze záložních zdrojů při výpadku síťového napětí, případně z akumulátorů, dobíjených z alternativních zdrojů, jako jsou solární články, větrné a vodní generátory elektrické energie.

Průmyslová využitelnost

Kompaktní zdroj světla podle technického řešení je využitelný pro signalizace mezních stavů v průmyslu, na komunikacích a v dopravních prostředcích, pro nouzová osvětlení s případnou signalizací v nemocnicích a v domácnostech. Lze jej využít i jako kapesní svítilny, ale zejména jako náhradu na žárovky nebo výbojky v širokém rozsahu napájecích stejnosměrných i střídavých napětí.

Claims (6)

1. Kompaktní zdroj světla, zahrnující světelný zdroj a vývody pro připojení ke zdroji elektrického proudu, vyznačující se t í m , že světelný zdroj je tvořen nejméně jednou světlo emitující diodou (1), která je připojena k vývodům přes funkční elektrický obvod, uspořádaný na tělese (2) plošného spoje.

2. Kompaktní zdroj světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (2) plošného spoje je zapuštěno a upevněno v patici (3), s níž je elektricky propojeno, a na svém vně obráceném konci je k tělesu (2) plošného spoje připájena světlo emitující dioda (1), opatřená plastovým prstencem (4), dosedajícím na okraj patice (3).

3. Kompaktní zdroj světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (2) plošného spoje je zapuštěno v osazení patice (3), s níž je elektricky propojeno, a je s patici (3) pevně spojeno pomocí zalisovaného krytu (5), který je alespoň v části překrývající světlo emituj ící diodu (1) průsvitný.

4. Kompaktní zdroj světla podle nároku 1, vyznačující se tím, že těleso (2) plošného spoje spřipájenou světlo emitující diodou (1) je zapuštěno a upevněno v patici (3), opatřené shora průsvitným ochranným krytem (5), přičemž vývody (9, 10) tvoří kontaktní kolíky, vyvedené z patice (3).

5. Kompaktní zdroj světla podle některého z nároků laž 4, vyznačující se tím, že funkční elektrický obvod je tvořen stabilizátorem proudu (13).

-4CZ 8800 Ul

6. Kompaktní zdroj světla podle některého z nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že funkční elektrický obvod je tvořen stabilizátorem proudu (13), mezi jehož vstupem a vývody zdroje světla je zapojen obvod ze skupiny, obsahující přerušovač (14), soumrakový spínač (15), senzor (16) teploty, senzor vlhkosti, časový spínač, čidlo (17) pohybu, adaptér (18) střídavého na

5 stejnosměrné napětí nebo akumulátor (19) s dobíjecím obvodem.