ITMO970073A1 - Dispositivo di illuminazione a bassa tensione. - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE
annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:
DISPOSITIVO DI ILLUMINAZIONE A BASSA TENSIONE.
Forma oggetto del presente trovato un dispositivo di illuminazione a bassa tensione.
In modo specifico, ma non esclusivo, esso viene utilmente impiegato nell'illuminazione votiva cimiteriale di loculi, ossari, monumenti, eccetera, in cui è particolarmente sentita l'esigenza di poter disporre di lampadine di lunga durata e basso consumo.
E' noto a questo scopo l'impiego di lampade ad incandescenza, che presentano tuttavia diversi limiti ed inconvenienti .
In primo luogo esse hanno una durata limitata a poche migliaia di ore e presentano altresì un rendimento relativamente basso.
In secondo luogo risultano di scarsa affidabilità, particolarmente per la delicatezza del filamento.
Scopo del presente trovato è quello di realizzare un dispositivo di illuminazione capace di ovviare ai suddetti limiti ed inconvenienti della tecnica nota.
Un vantaggio del presente trovato è quello di fornire un dispositivo che può sostituire le lampadine finora impiegate senza apportare sostanziali modifiche ai portalampade e agli impianti di illuminazione attualmente istallati nelle aree cimiteriali.
Altri vantaggi del trovato sono quelli di presentare consumi relativamente ridotti, durata ed efficienza elevate e notevole affidabilità, nonché di permettere un risparmio energetico a parità di potenza luminosa emessa.
Tali scopi e vantaggi sono tutti raggiunti dal trovato in oggetto così come esso risulta caratterizzato dalle rivendicazioni sotto riportate.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi del presente trovato meglio appariranno dalla descrizione dettagliata che segue di una forma preferita, ma non esclusiva, di realizzazione del trovato medesimo, illustrata a titolo puramente esemplificativo, ma non limitativo, nelle allegate figure in cui:
la figura 1 mostra una schematica sezione del dispositivo;
la figura 2 mostra uno schema a blocchi del circuito di comando e controllo del dispositivo; la figura 3 mostra lo schema elettrico del circuito di figura 2.
Con riferimento alle sopra citate figure, con 1 si è complessivamente indicato un dispositivo di illuminazionea bassa tensione che comprende un emettitore luminoso 2 composto da uno o più LED, un circuito di controllo 3 che presiede al funzionamento dell'emettitore luminoso 2, ed un elemento di giunzione, costituito nella fattispecie da un attacco a virola 4, mediante il quale il dispositivo è inseribile in un portalampada di tipo noto e non illustrato.
Il circuito di controllo 3 del LED 2 è un circuito stampato, avente un corpo principale sostanzialmente a forma di lamina rettangolare, che è conformato e dimensionato in modo da essere inseribile nella cavità interna dell'attacco a virola 4, il che permette di ridurre l'ingombro totale del dispositivo 1. Il circuito stampato 3 presenta inoltre superiormente una sede cava 5 atta ad ospitare un condensatore elettrolitico 6, il quale è disposto con il proprio asse geometrico ortogonale al circuito stampato 3. L'estremità superiore del circuito stampato 3 funge anche da sostegno per l'emettitore luminoso 2.
Un anello adattatore 7 presenta la propria estremità inferiore vincolata all'estremità superiore dell'attacco a virola 4. La parte superiore del circuito stampato 3 è ospitata all'interno dell'anello adattatore 7. Quest'ultimo è realizzato in materiale plastico bianco (ad esempio ABS o nylon) e presenta una finitura superficiale tale da diffondere la luce in modo omogeneo. Sempre allo scopo di diffondere la luce uniformemente, il circuito stampato 3 viene fissato con resina epossidica bianca, che assolve anche il compito di impermeabilizzante.
All'estremità superiore dell'anello 7 è vincolato un corpo 8, che protegge il LED 2 e che serve per diffondere tutt'attorno in modo omogeneo la luce emessa dal LED medesimo, luce che di per sé presenta una direzione di emissione preferenziale. Il corpo 8 è in sostanza un diffusore ottico, in virtù del quale - come sarà ora spiegato - l'emissione luminosa del dispositivo è di tipo onnidirezionale, per emulare lampade ad incandescenza.
Il corpo diffusore 8 è cavo, inferiormente aperto e presenta esternamente una forma a fiamma. Esso è dotato di pareti che individuano una camera 9 entro la quale è situato l'emettitore luminoso 2.
Il corpo diffusore 8 è realizzato in un materiale trasparente alla luce, come ad esempio in policarbonato. E' comunque preferibile che il materiale del corpo diffusore 8 presenti una elevata capacità di trasmissione della luce (ad esempio superiore al 85%), una ridotta opalescenza (ad esempio minore al 2%) e un indice di rifrazione compreso tra 1,4 e 1,6.
Il LED 2 emette un fascio luminoso avente limitata ampiezza angolare e diretto sostanzialmente verso l'alto (con riferimento alla figura 1), cioè verso la parete che delimita superiormente la camera 9 individuata dal corpo diffusore 8.
La camera 9 è delimitata lateralmente da una superficie 10 di rivoluzione lucida (molto trasparente alla luce) e superiormente da una superficie diffondente 11, di forma convessa, opalizzata, capace di riflettere e diffondere la maggior parte della luce che la colpisce. La superficie 11 convessa è ottenuta, ad esempio, per elettroerosione e successiva verniciatura di "bianco. La superficie 11 opalizzata, che è disposta in modo da essere investita direttamente dalla maggior parte della luce emessa dal LED 2, presenta al centro una piccola zona concava 12 non opalizzata, ma lucida, che viene colpita ed attraversata da una parte della luce emessa dal LED 2. La parte superiore 13 del corpo diffusore 8, nella quale è appunto ricavata la suddetta zona concava lucida 12, presenta un forte ispessimento. La luce che colpisce la zona concava 12 passa attraverso la parte superiore 13 ispessita, subendo una rifrazione grazie alla quale la luce si spande sia verso l'alto che radialmente. La parte del fascio di luce emesso dal LED che colpisce la superficie diffondente 11 viene da questa riflessa e diffusa in modo da spandersi sia verso il basso che radialmente. L'azione complessiva del corpo diffusore 8 è pertanto quella di diffondere tutt'attorno la luce del LED che parte da quest'ultimo in modo pressoché monodirezionale.
Nell'esempio di figura 1, sia la superficie opalizzata convessa 11, sia la zona concava lucida 12, più piccola, hanno la forma di calotte sferiche aventi entrambe il centro sull'asse ottico dell'emettitore luminoso 2. Si è visto che tale conformazione consente di diffondere la luce del LED pressoché uniformemente, in modo simile ad una comune lampada a filamento. Tuttavia, sia la forma che le dimensioni dei vari elementi del corpo diffusore 8, in particolare della superficie convessa opaca 11, della zona concava lucida 12 e dell'ispessimento superiore 13, nonché la distanza di tali elementi dall'emettitore luminoso 2, possono essere diversi da quelli dell'esempio ora illustrato, a seconda di vari parametri, quale ad esempio il tipo e il numero di emettitore luminoso impiegato, il tipo di effetto luminoso che si vuole creare, eccetera.
Nelle figure 2 e 3 sono illustrati, rispettivamente, lo schema a blocchi e lo schema elettrico, del circuito di controllo 3 del LED 2.
Con 20 è stato indicato un primo stadio circuitale fungente da rete di protezione di ingresso su morsetti 21 di alimentazione. Il primo stadio circuitale 20 comprende un filtro RLC per bloccare segnali a radio frequenza. Il filtro RLC comprende un primo resistore 22 a strato metallico da 1/8 W che svolge anche la funzione di connessione ad un morsetto'di alimentazione (elettrodo centrale) e la funzione di fusibile di sicurezza per la linea di alimentazione. Il filtro RLC comprende anche una induttanza 23, parassita del resistore 22, e un condensatore 24 da 1000 pF.
Con 25 è stato indicato un secondo stadio o blocco circuitale fungente da soppressore bipolare di transienti di tensione e costituito da due diodi zener 26 e 27 connessi in opposizione.
L' azione di limitazione delle sovratensioni è facilitata dal resistore 22 del primo stadio 20.
Con 28 è stato indicato uno stadio rettificatore a doppia semionda con ponte di Graetz costituito.da quattro diodi schottky 29 da 150 mA/100 V allo scopo di introdurre una bassa caduta di tensione (0,8 V in totale), e dal sopra citato condensatore elettrolitico 6 da 100 pF/35 V.
La minimizzazione dell'ondulazione residua (ripple) nel funzionamento in corrente alternata è assicurata dalla somma delle resistenze equivalenti dei diodi in conduzione diretta e dal resistore 22 in unione al condensatore elettrolitico 6 (filtro RC).
Con 30 è stato indicato uno stadio regolatore stabilizzatore a corrente costante (26,7 mA) per il pilotaggio dell'emettitore luminoso 2, il cui compito principale è quello di evitare i sovraccarichi elettrici e termici del LED 2 allo scopo di assicurarne elevata affidabilità e durata di funzionamento. Lo stadio regolatore 30 comprende un circuito integrato 31 ed un resistore 32. Il circuito integrato 31 è del tipo LM317L configurato nella modalità di generatore a corrente costante ed è in grado di garantire una operatività ottimale per tensioni di ingresso comprese tra 4,8 V e 43 V. Il circuito integrato 31 è dotato di protezioni interne nei riguardi dei sovraccarichi elettrici e termici. Per evitare l'intervento della protezione termica durante la normale operatività è stata predisposta una adeguata area di connessione elettrica sul circuito stampato 3 per favorire lo smaltimento del calore tramite un dissipatore termico aggiuntivo.
Con 33 è stato indicato uno stadio stabilizzatore a tensione costante per l'alimentazione della circuitazione di lampeggio. Questo'stadio stabilizzatore 33 comprende un ulteriore circuito integrato 34 del tipo LM317L impiegato nella configurazione di generatore a tensione costante (3 V), in cui la tensione di uscita è mantenuta al valore nominale per una escursione della tensione di ingresso compresa tra 4,8 V e 43 V. Lo stadio stabilizzatore 33 comprende inoltre due resistori 35 e 36 ed un condensatore 37.
Con 38 è stato indicato uno stadio oscillatore per la funzione di lampeggio realizzato a partire dall'uso di un circuito integrato 39 CMOS TIMER LMC555 nella configurazione multivibratore astabile (oscillatore ad onda rettangolare) per il quale è stata elaborata una variante circuitale rispetto alla configurazione standard che consente di ottenere un numero più basso di componenti esterni e l'integrazione della funzione sink-driver. Questo stadio oscillatore 38 comprende anche due condensatori 40 e 41 ed un resistore 42.
Con 43 è stato indicato un circuito di spegnimento dell'emettitore luminoso (LED 2) denominato sink-driver, realizzato mediante il suddetto circuito integrato 39 attraverso il pin denominato "opendrain-n.7 " del circuito integrato stesso, unitamente ad un resistore 44 e ad un condensatore 45 indicati in figura 3.
Il circuito di controllo 3 può essere alimentato in bassa tensione, e più precisamente con una tensione compresa tra 5,6 V e 26 V circa, in corrente continua o alternata.
Il circuito 3 può operare in corrente continua con polarità automatica e ha una protezione della linea di alimentazione del dispositivo in caso di guasto circuitale, nonché una protezione sull'ingresso di alimentazione nei confronti di sovratensioni transitorie (stadio 25 del circuito).
Il circuito 3 consente inoltre di disporre di una corrente costante di pilotaggio del LED al variare della tensione di alimentazione, allo scopo di assicurare affidabilità e durata di funzionamento elevate.
E' possibile inoltre che il LED 2 emetta una luce fissa o una luce intermittente (tramite lo stadio 38).
Nelle fasi di lampeggio è inoltre possibile operare con luce residua per emulare particolari effetti ottici, quali ad esempio la luce di candela.
Il circuito 3 comprende inoltre un diodo zener 46 che protegge il diodo LED 2 nella fase di assemblaggio.
E' da sottolineare il fatto che la funzione di lampeggio permette di ottenere una corrente di assorbimento che è costante al variare della emissione luminosa. Ciò evita i problemi di incompatibilità elettromagnetica che si possono presentare in presenza di carichi variabili repentinamente nel tempo, specialmente per un numero considerevole di punti da illuminare.
Inoltre il circuito elettronico di pilotaggio dà luogo ad un sistema universale di alimentazione, sia in corrente continua che alternata, in bassa tensione, in grado eventualmente di adattarsi anche ad un tipo di alimentazione non convenzionale {fotovoltaico od eolico).
Un altro pregio del dispositivo è quello di fornire un'emissione luminosa costante al variare della tensione di alimentazione (nei limiti previsti di 6-24 V). Ciò consente, ad esempio, di avere lo stesso grado di luminosità in tutti i punti di illuminazione distribuiti lungo la linea di alimentazione elettrica e consente altresì di evitare variazioni di luminosità al cambiare di certe condizioni operative dell'impianto di illuminazione del cimitero.
Rispetto alle lampade ad incandescenza il presente dispositivo consente un notevole risparmio energetico (può funzionare a 0,2 W e 6 V), ha una maggiore durata (superiore a centomila ore di funzionamento), nonché una migliore affidabilità (tempo fra due guasti superiore a cinquantamila ore di funzionamento).
L' attacco al portalampada può essere di vari tipi e comunque è della forma corrispondente alla presa di alimentazione con la quale è destinato ad accoppiarsi. Potrà pertanto essere un attacco a vite (come nell'esempio , a baionetta, o di altro tipo ancora.
Il presente dispositivo è impiegato-particolarmente in sostituzione di lampade in bassa tensione a filamento per illuminazione votiva cimiteriale.
Il dispositivo è in grado di simulare l'effetto della luce di una candela, in virtù della luce residua durante le fasi di lampeggio.
Il dispositivo 1 è particolarmente compatto, anche in virtù del fatto che buona parte (oltre i 2/3) del circuito stampato 3 trova alloggio in una sede cava interna all'elemento dì giunzione 4.
Ovviamente al trovato potranno essere apportate numerose modifiche di natura pratico-applicativa dei dettagli costruttivi senza che per altro si esca dall’ambito di protezione dell'idea inventiva come sotto rivendicata.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di illuminazione a bassa tensione, caratterizzato per il fatto che comprende un LED (2), un circuito di controllo (3) che presiede al funzionamento del LED (3), un elemento di giunzione (4) che è collegato al detto circuito di controllo (3) e mediante il quale il dispositivo è inseribile in un portalampada.
  2. 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato per il fatto che il circuito di controllo (3) è alloggiato, almeno in parte, in una sede cava interna all'elemento di giunzione (4).
  3. 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o 2, caratterizzato per il fatto che comprende un corpo diffusore (8) avente una superficie diffondente (11) dispósta in modo da ricevere la maggior parte della luce emessa dal LED (2), detta superficie diffondente (11) presentando al centro una zona trasparente (12).
  4. 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, caratterizzato per il fatto che detta superficie diffondente (11) è convessa, preferibilmente a forma di calotta sferica.
  5. 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzato per il fatto che detta zona trasparente (12) è concava, preferibilmente a forma di calotta sferica.
  6. 6. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 5, caratterizzato per il fatto che il corpo diffusore (8) presenta, dietro alla zona concava (12), un ispessimento (13) di materiale trasparente che viene attraversato .dalla luce che colpisce detta zona concava (12).
  7. 7. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 6, caratterizzato per il fatto che il corpo diffusore (8) individua una camera (9), che è delimitata da dette superficie diffondente (11) e zona trasparente (12), e nella quale è situato il detto LED (2).
  8. 8. Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 3 a 7, caratterizzato per il fatto che comprende un elemento anulare (7), che è interposto fra l'elemento di giunzione (4) e il corpo diffusore (8) e che contiene almeno una parte del circuito di controllo (3) del LED.
  9. 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato per il fatto che il circuito di controllo (3) comprende: uno stadio circuitale (20) avente funzione di protezione di ingresso; uno stadio circuitale (25) avente funzione di soppressore di transienti di tensione; uno stadio, circuitale (28) avente funzione di rettificatore a doppia semionda; uno stadio circuitale (30) avente funzione di regolatore a corrente costante per evitare i sovraccarichi elettrici e termici del LED (2); uno stadio circuitale (33) avente funzione di stabilizzatore a tensione costante per l'alimentazione di una circuitazione di lampeggio; uno stadio circuitale (38) avente funzione di oscillatore per la funzione di lampeggio; ed uno stadio circuitale (43) avente funzione di spegnimento del LED (2).
  10. 10. Dispositivo secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure dei disegni allegati e per gli scopi sopra citati.
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