ITFI20070235A1 - DISSIPATION DEVICE FOR LED AND CONNECTED PRODUCTION METHOD. - Google Patents

DISSIPATION DEVICE FOR LED AND CONNECTED PRODUCTION METHOD. Download PDF

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Description

Descrizione dell'invenzione industriale dal titolo : Description of the industrial invention entitled:

“Dispositivo di dissipazione per LED “ "LED dissipation device"

CAMPO DELL'INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION

La presente invenzione si riferisce al campo dei dispositivi per illuminazione, in particolare si riferisce al campo dei dispositivi a LED (Light Emitting Diode) e alle tecniche di smaltimento del calore generato durante il loro funzionamento. The present invention refers to the field of lighting devices, in particular it refers to the field of LED (Light Emitting Diode) devices and to the techniques for dissipating the heat generated during their operation.

STATO DELL'ARTE STATE OF THE ART

I dispositivi e gli apparati di illuminazione odierni fanno un uso sempre più frequente dei diodi ad emissione luminosa o LED (Light Emitting Diodes) in virtù della loro semplicità d’impiego e delle superiori caratteristiche, rispetto alle sorgenti di luce tradizionali costituite dalle lampade ad incandescenza e a fluorescenza, in termini di durata di vita media, di flessibilità d’utilizzo e di possibilità di integrazione in spazi ridotti. Today's lighting devices and apparatuses make an increasingly frequent use of light emitting diodes or LEDs (Light Emitting Diodes) by virtue of their simplicity of use and superior characteristics, compared to traditional light sources consisting of incandescent lamps. and fluorescence, in terms of average life, flexibility of use and the possibility of integration in small spaces.

Nonostante la tecnologia riguardante le sorgenti luminose a LED prometta imminenti sviluppi tali da migliorarne ulteriormente le caratteristiche decretando il definitivo sorpasso dei LED rispetto a tutte le altre sorgenti luminose, uno degli aspetti che, ad oggi, è considerato maggiormente problematico riguarda la dissipazione di potenza di questi dispositivi e la necessità di efficaci sistemi di smaltimento e dissipazione del calore che ne consegue. Although the technology concerning LED light sources promises imminent developments such as to further improve their characteristics by decreeing the definitive overtaking of LEDs compared to all other light sources, one of the aspects that, to date, is considered most problematic concerns the power dissipation of these devices and the need for effective heat dissipation and dissipation systems that follow.

I LED attuali, infatti, emettono sotto forma di radiazione luminosa visibile soltanto il 20 - 30% della potenza assorbita e dissipano per conduzione e convezione il restante 70 - 80%. Questo comporta l'ovvia necessità di munire i dispositivi LED impiegati per illuminazione di adeguati mezzi di dissipazione che garantiscano lo smaltimento del calore generato in maniera da garantire la corretta operazione dello stesso dispositivo LED e della circuiteria circostante. In fact, current LEDs emit only 20 - 30% of the absorbed power in the form of visible light radiation and dissipate the remaining 70 - 80% by conduction and convection. This entails the obvious need to provide the LED devices used for lighting with adequate dissipation means which ensure the dissipation of the heat generated so as to guarantee the correct operation of the LED device itself and of the surrounding circuitry.

Nella maggioranza dei casi il metodo più utilizzato a tale scopo prevede l’uso di dissipatori metallici, dimensionati ad hoc, da disporre a contatto con il dispositivo LED in modo da smaltirne la potenza dissipata per conduzione e mantenerne la temperatura di lavoro entro limiti tali da non pregiudicarne il corretto funzionamento e da non abbassarne il tempo medio di vita. Questa soluzione, tuttavia, richiede ovviamente il progetto e l’impiego di un nuovo dissipatore ogni qualvolta venga sostituito il dispositivo LED utilizzato in un determinato apparecchio di illuminazione con uno di taglia diversa. Ciò comporta ovvie conseguenze sul lay-out del circuito complessivo che potrebbe necessitare di modifiche per ricavare lo spazio necessario al nuovo dissipatore. In most cases, the most used method for this purpose involves the use of metal heat sinks, sized ad hoc, to be placed in contact with the LED device in order to dispose of the power dissipated by conduction and keep the working temperature within limits such as to not to jeopardize its correct functioning and not to lower its average life time. This solution, however, obviously requires the design and use of a new heatsink each time the LED device used in a particular lighting fixture is replaced with one of a different size. This has obvious consequences on the lay-out of the overall circuit which may need to be modified to obtain the necessary space for the new heat sink.

E’ quindi auspicabile l’introduzione di un dispositivo di illuminazione basato su LED e comprendente opportuni mezzi di dissipazione termica, associati a detti LED, atti a poter essere gestiti in maniera flessibile per l’utilizzo con LED di diverse taglie e potenze nominali senza per questo richiedere una nuova progettazione del lay-out circuitale. It is therefore desirable to introduce a lighting device based on LEDs and comprising suitable thermal dissipation means, associated with said LEDs, able to be managed flexibly for use with LEDs of different sizes and nominal powers without forcing this requires a new design of the circuit lay-out.

SOMMARIO DELL'INVENZIONE SUMMARY OF THE INVENTION

La presente invenzione concerne un dispositivo di illuminazione basato su LED (Light Emitting Diodes) e comprendente opportuni mezzi di dissipazione termica, associati a detti LED, atti a poter essere gestiti in maniera flessibile per l’utilizzo con LED di diverse taglie e potenze nominali senza per questo richiedere una nuova progettazione del layout circuitale. The present invention relates to a lighting device based on LEDs (Light Emitting Diodes) and comprising suitable thermal dissipation means, associated with said LEDs, capable of being managed flexibly for use with LEDs of different sizes and nominal powers without for this, request a new design of the circuit layout.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Fig. 1 Veduta in prospetto di una realizzazione preferita della presente invenzione. Fig. 1 View in elevation of a preferred embodiment of the present invention.

Fig. 2 Veduta in pianta del lato componenti della basetta di montaggio compresa in una realizzazione preferita della presente invenzione. Fig. 2 Plan view of the component side of the mounting base included in a preferred embodiment of the present invention.

Fig. 3 Veduta in pianta del lato dissipatori della basetta di montaggio compresa in una realizzazione preferita della presente invenzione. Fig. 3 Plan view of the dissipator side of the mounting base included in a preferred embodiment of the present invention.

DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL'INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

La Fig. 1 allegata mostra una veduta in prospetto di una realizzazione preferita della presente invenzione. Il dispositivo per illuminazione basato su LED illustrato nella figura citata comprende una basetta di montaggio di componenti elettronici 10, atta a montare, da un lato, detti componenti elettronici fra cui almeno un diodo ad emissione luminosa o LED 11 e relative ottiche 12, e dall’altro lato almeno un elemento dissipatore 13 associato a detto almeno un LED. The attached Fig. 1 shows a perspective view of a preferred embodiment of the present invention. The LED-based lighting device illustrated in the cited figure comprises a mounting base of electronic components 10, adapted to mount, on one side, said electronic components, including at least one light-emitting diode or LED 11 and relative optics 12, and from the on the other side, at least one dissipating element 13 associated with said at least one LED.

Detta basetta di montaggio 10 è atta ad ospitare LED 11 di diversa taglia mentre detto almeno un elemento dissipatore 13 è costituito da una barra di materiale termo-conduttore, preferibilmente realizzata mediante estrusione, avente sezione trasversale di dimensioni fisse e costanti e atta ad essere fissata tramite uno dei suoi lati di base a detta basetta di montaggio 10 in modo da estendersi in lunghezza in direzione essenzialmente perpendicolare ad essa. Said mounting base 10 is able to house LEDs 11 of different sizes while said at least one dissipating element 13 is constituted by a bar of thermo-conducting material, preferably made by extrusion, having a cross section of fixed and constant dimensions and able to be fixed through one of its base sides to said mounting base 10 so as to extend in length in a direction essentially perpendicular to it.

In questo modo detto almeno un elemento dissipatore 13 consente di garantire un ingombro fissato e costante sulla basetta di montaggio 10 mentre la resistenza termica può essere modulata a piacimento - in risposta a mutate esigenze di dissipazione del circuito elettronico -semplicemente modificandone la lunghezza. Ciò consente al progettista di dimensionare il lay-out della basetta di montaggio 10 in modo da poter accogliere dispositivi LED di varie taglie e potenze nominali utilizzando un solo tipo di elemento dissipatore la cui resistenza termica viene di volta in volta adeguata alle esigenze di dissipazione del circuito semplicemente intervenendo sulla lunghezza di detto elemento dissipatore 13. In this way, said at least one dissipator element 13 allows to ensure a fixed and constant overall dimensions on the mounting base 10 while the thermal resistance can be modulated at will - in response to changed dissipation needs of the electronic circuit - simply by modifying its length. This allows the designer to size the lay-out of the mounting base 10 so as to be able to accommodate LED devices of various sizes and nominal powers using a single type of heat sink element whose thermal resistance is each time adapted to the dissipation needs of the circuit simply by intervening on the length of said dissipator element 13.

Detto almeno un elemento dissipatore 13 è munito di opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta di montaggio 10 atti a fornire la necessaria stabilità meccanica mantenendolo in posizione adeguata ad operare lo smaltimento della potenza dissipata dal dispositivo LED cui è associato. In una realizzazione preferita del dispositivo secondo la presente invenzione i dispositivi LED presenti su detta basetta di montaggio 10 sono in numero di tre 20, 21, 22, uniformemente spaziati tra loro di circa 120° e provvisti di relative ottiche 23, 24, 25, come riportato nella Fig. 2 allegata in cui si mostra una vista in pianta del lato componenti di detta basetta di montaggio 10. Sul lato opposto di detta basetta di montaggio 10, visibile in pianta nella Fig. 3 allegata, è presente un dissipatore estruso 30 sagomato opportunamente in modo da risultare associato ad ognuno di detti tre dispositivi LED 20, 21, 22 e munito di mezzi di fissaggio a detta basetta 10 costituiti da un perno centrale 31 atto ad impegnarsi, ad un’estremità, con un apposito foro su detta basetta di montaggio 10 e all’altra estremità con una traversa 32 atta ad esercitare la necessaria pressione su detto dissipatore estruso sagomato in modo da minimizzare la resistenza termica di contatto con detta basetta di montaggio 10. Detta traversa 32 può essere inoltre atta ad operare come elemento di bloccaggio per eventuali cavi di alimentazione associati a detta basetta 10. Said at least one dissipating element 13 is provided with suitable fastening means to said mounting base 10 adapted to provide the necessary mechanical stability by keeping it in an adequate position to effect the dissipation of the power dissipated by the LED device to which it is associated. In a preferred embodiment of the device according to the present invention, the LED devices present on said mounting base 10 are three in number 20, 21, 22, uniformly spaced by about 120 ° and provided with relative optics 23, 24, 25, as shown in the attached Fig. 2 which shows a plan view of the component side of said mounting base 10. On the opposite side of said mounting base 10, visible in plan view in the attached Fig. 3, there is an extruded heat sink 30 suitably shaped so as to be associated with each of said three LED devices 20, 21, 22 and equipped with fixing means to said base 10 consisting of a central pin 31 able to engage, at one end, with a suitable hole on said mounting base 10 and at the other end with a crosspiece 32 adapted to exert the necessary pressure on said extruded heatsink shaped so as to minimize the thermal resistance of contact with said base d assembly 10. Said crosspiece 32 can also be adapted to operate as a locking element for any power supply cables associated with said base 10.

In una realizzazione preferita della presente invenzione, dette ottiche 23, 24, 25, possono essere realizzate tramite un elemento unico comprendente 3 lenti coniche associate ciascuna ad un dispositivo LED 20, 21, 22 montato su detta basetta 10 e raccordate da una superficie 26 opportunamente lavorata in modo da fornire il cono di luce complessivo desiderato e munita di opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta 10 che possono essere realizzati, ad esempio, da opportuni perni 14, 15 atti ad impegnarsi con appositi fori 27, 28, 29 praticati su detta basetta di montaggio 10. In a preferred embodiment of the present invention, said optics 23, 24, 25 can be made by means of a single element comprising 3 conical lenses each associated with a LED device 20, 21, 22 mounted on said base 10 and connected by a surface 26 suitably machined in such a way as to provide the desired overall cone of light and equipped with suitable fastening means to said base 10 which can be made, for example, by suitable pins 14, 15 able to engage with suitable holes 27, 28, 29 made on said mounting base 10.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di illuminazione comprendente una basetta di montaggio di componenti elettronici (10) atta a montare, da un lato, detti componenti elettronici fra cui almeno un diodo ad emissione luminosa o LED (11) e relative ottiche (12), e dall’altro lato almeno un elemento dissipatore (13) associato a detto almeno un LED (11) ed atto ad essere fissato tramite uno dei suoi lati di base a detta basetta di montaggio (10) in modo da estendersi in lunghezza in direzione essenzialmente perpendicolare ad essa caratterizzato dal fatto che detta basetta di montaggio (10) è atta ad ospitare LED (11) di diversa taglia e potenza nominale e detto almeno un elemento dissipatore (13) è ricavato da una barra di materiale termo-conduttore avente sezione trasversale di dimensioni fisse e costanti e lunghezza determinata dalla taglia di detto almeno un LED (11). CLAIMS 1. Lighting device comprising a mounting base of electronic components (10) adapted to mount, on one side, said electronic components including at least one light-emitting diode or LED (11) and relative optics (12), and from the other side at least one dissipator element (13) associated with said at least one LED (11) and able to be fixed by means of one of its base sides to said mounting base (10) so as to extend in length in a direction essentially perpendicular to it characterized by the fact that said mounting base (10) is able to house LEDs (11) of different size and nominal power and said at least one heat sink element (13) is made from a bar of thermo-conducting material having a cross section of fixed dimensions and constants and length determined by the size of said at least one LED (11). 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento dissipatore (13) è realizzato mediante estrusione. 2. Device according to claim 1 characterized in that said at least one dissipating element (13) is made by extrusion. 3. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 - 2 caratterizzato dal fatto che detto almeno un elemento dissipatore (13) è munito di opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta di montaggio (10) atti a fornire la necessaria stabilità meccanica mantenendolo in posizione adeguata ad operare lo smaltimento della potenza dissipata dal dispositivo LED cui è associato. 3. Device according to claims 1 - 2 characterized by the fact that said at least one dissipating element (13) is provided with suitable fastening means to said mounting base (10) able to provide the necessary mechanical stability by keeping it in a suitable position to operate the disposal of the power dissipated by the LED device to which it is associated. 4. Dispositivo secondo le rivendicazioni 1 - 3 caratterizzato dal fatto che detta basetta di montaggio (10) è associata a tre dispositivi LED (20, 21 , 22), uniformemente spaziati tra loro di circa 120° e provvisti di relative ottiche (23, 24, 25). 4. Device according to claims 1 - 3 characterized in that said mounting base (10) is associated with three LED devices (20, 21, 22), uniformly spaced by about 120 ° and provided with relative optics (23, 24, 25). 5. Dispositivo secondo le rivendicazioni 3 - 5 caratterizzato dal fatto che detti opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta di montaggio (10) di cui detto almeno un elemento dissipatore (13) è munito, sono costituiti da un perno centrale (31) atto ad impegnarsi, ad un’estremità, con un apposito foro su detta basetta di montaggio (10) e all’altra estremità con una traversa (32) atta ad esercitare la necessaria pressione su detto dissipatore (13). 5. Device according to claims 3 - 5 characterized in that said suitable fastening means to said mounting base (10) with which said at least one dissipator element (13) is equipped, consist of a central pin (31) adapted to engage, at one end, with a suitable hole on said mounting base (10) and at the other end with a crosspiece (32) suitable for exerting the necessary pressure on said dissipator (13). 6. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detto traversa (32) è inoltre atta ad operare come elemento di bloccaggio per eventuali cavi di alimentazione associati a detta basetta (10). 6. Device according to claim 5, characterized in that said cross member (32) is also suitable to operate as a locking element for any power cables associated with said base (10). 7. Dispositivo secondo le rivendicazioni 4 - 6 caratterizzato dal fatto che dette ottiche (23, 24, 25) sono realizzate tramite un elemento unico comprendente tre lenti coniche associate ciascuna ad ognuno di detti dispositivi LED (20, 21 , 22) montato su detta basetta (10) e raccordate da una superficie (26) opportunamente lavorata in modo da fornire il cono di luce complessivo desiderato e munita di opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta (10). 7. Device according to claims 4 - 6 characterized in that said optics (23, 24, 25) are made by means of a single element comprising three conical lenses each associated with each of said LED devices (20, 21, 22) mounted on said base (10) and joined by a surface (26) suitably machined so as to provide the desired overall light cone and equipped with suitable fastening means to said base (10). 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 5 caratterizzato dal fatto che detti opportuni mezzi di fissaggio a detta basetta (10) sono realizzati da opportuni perni (14, 15) atti ad impegnarsi con appositi fori (27, 28, 29) praticati su detta basetta di montaggio (10). 8. Device according to claim 5 characterized in that said suitable fastening means to said base (10) are made up of suitable pins (14, 15) able to engage with suitable holes (27, 28, 29) made on said base assembly (10). 9. Metodo per la produzione di dispositivi di illuminazione comprendente le seguenti fasi: a) impiego di una basetta di montaggio di componenti elettronici atta ad ospitare, da un lato dispositivi LED (11) di diversa taglia e potenza nominale e relative ottiche (12), e dall’altro lato almeno un elemento dissipatore (13) associato a detto almeno un LED. b) Impiego di un elemento dissipatore (13) costituito da una barra di materiale termo-conduttore, avente sezione trasversale di dimensioni fisse e costanti e atta ad essere fissata tramite uno dei suoi lati di base a detta basetta di montaggio (10) in modo da estendersi in lunghezza in direzione essenzialmente perpendicolare ad essa. c) aggiustamento della resistenza termica di detto elemento dissipatore (13) mediante modifica della sua lunghezza.9. Method for manufacturing lighting devices comprising the following steps: a) use of a mounting base of electronic components able to house, on the one hand, LED devices (11) of different size and rated power and relative optics (12), and on the other hand at least one dissipator element (13) associated with said at least one LED. b) Use of a dissipating element (13) consisting of a bar of thermo-conducting material, having a cross section of fixed and constant dimensions and capable of being fixed by means of one of its base sides to said mounting base (10) so as to to extend in length in a direction essentially perpendicular to it. c) adjustment of the thermal resistance of said heat sink element (13) by changing its length.
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