ITRM20090198A1

ITRM20090198A1 - Serie di antiparallelo di diodi led per applicazioni di illuminotecnica

Info

Publication number: ITRM20090198A1
Application number: IT000198A
Authority: IT
Inventors: Luca Mangione
Original assignee: S Ele So Srl
Priority date: 2009-04-27
Filing date: 2009-04-27
Publication date: 2010-10-28

Description

DESCRIZIONE - SERIE di ANTIPARALLELO di DIODI LED per Applicazioni di Illuminotecnica

L’idea di base

Realizzare lampade per illuminazione di ambienti quali uffici e/o laboratori, caratterizzate da:

> impiego di LED ad alta luminosità;

> alimentate in corrente alternata.

Di seguito si spiega da quali problematiche si è partiti e come si intende arrivare alla soluzione.

Introduzione

Soluzioni attuali

Le soluzioni attuali nel settore dell’illuminotecnica prevedono l’impiego di tradizionali lampade ad incandescenza (a filamento di tungsteno), oppure di lampade a fluorescenza (queste ultime impropriamente note come lampade al neon).

Riduzione dei costi

Pur riconoscendo il consolidato valore tecnico-commerciale delle atuali soluzioni, il problema principale che si vuole affrontare è quello della riduzione dei costi relativi ai consumi energetici nel settore dell’illuminazione.

Soluzione a LED

La soluzione che tecnicamente è possibile proporre è basata sull’impiego di LED ad alta luminosità, che garantendo un’ottima resa, offrono a parità di efficenza luminosa una riduzione della potenza consumata di un fatore da 3 a 5, rispeto alle soluzioni tradizionali

Ostacoli tecnici

L’impiego di LED per l’illuminazione trova un ostacolo tecnico nella differenza tra il tipo di alimentazione richiesta dai LED stessi (corrente continua a bassa tensione, tipicamente 3 V) ed il tipo di alimentazione disponibile negli impianti di rete (corrente alternata a 230 V). Soluzione standard

Attualmente, l’ostacolo tecnico viene superato:

a) quando si limita l’uso dei LED in altri settori applicativi, ad esempio a bordo delle automobili (luci di cortesia, fari, etc.) dove è già disponibile un’alimentazione in corrente continua;

b) quando si impiegano costosi sistemi di conversione, costituiti da trasformatori, raddrizzatori e regolatori, per trasformare 230VAC in 3VCC, in applicazioni dove il costo del singolo elemento illuminante non si traduce direttamente in un problema economico (ad esempio lampade per dentisti).

Soluzione innovativa

La soluzione innovativa che di seguito viene presentata, dunque, è relativa esclusivamente ad una tecnica per poter alimentare LED ad alta luminosità, direttamente con tensione di rete 230VAC, senza l’impiego di costosi dispositivi di conversione, pur mantenendo gli alti livelli di efficienza luminosa caratteristici dei LED.

In particolare, di seguito viene riportata una sintetica descrizione del principio di funzionamento di un generico LED, considerandolo applicabile anche ai LED ad alta luminosità.

Poi viene presentata la soluzione di collegamento in ANTIPARALLELO di due LED (chiamata APLED), per mostrarne il funzionamento in caso di alimentazione in corrente alternata.

Infine viene illustrata una possibile applicazione per una lampada alimentata in corrente alternata, realizzata come SERIE di APLED.

LED

LED è un diodo ad emissione luminosa (acronimo per Light Emitting Diode), ovvero un componente elettronico che sfrutta le proprietà specifiche di alcuni semiconduttori, in grado di emettere luce quando attraversati da una corrente continua diretta

In letteratura tecnico-scientifica sono disponibili tutti i dettagli relativi a come pilotare correttamente i LED in condizioni standard; nella allegata figura 1 si riporta un sintetico schema esemplificativo.

Quando l’alimentazione è rappresentata da una corrente alternata, si impiegano di norma dei dispositivi circuitali che la convertono in una corrente continua (trasformatori di tensione, raddrizzatori a diodi e regolatori di tensione), in modo da ricadere nel caso esemplificato precedentemente. La allegata figura 2 mostra l’impiego di un raddrizzatore.

Qualora si volesse alimentare un LED direttamente in corrente alternata, cioè con la tensione ai suoi capi che cambia verso in maniera periodica, si avrebbe una situazione in cui il LED per metà del tempo funziona correttamente, mentre per metà del tempo non funziona in quanto polarizzato inversamente. Addirittura, in caso di elevata tensione di polarizzazione inversa, si rischia la rottura del LED stesso.

Una semplice protezione contro questo tipo di guasto è data dall’applicazione in parallelo al LED di un ulteriore elemento, ovvero un diodo montato inversamente al LED stesso, che ne limita quindi la tensione inversa di polarizzazione: per metà del tempo, la corrente scorre nel LED che produce luce, per metà del tempo la corrente scorre nel diodo, e quindi non viene prodotta luce.

La allegata figura 3 mostra l’impiego del diodo di protezione.

Antiparallelo di due LED: l’elemento APLED

La soluzione innovativa che è oggetto della presente nota tecnica si basa sulla (semplice) idea di impiegare, al posto del diodo di protezione, un altro LED.

Essendo il LED per sua natura un diodo, si ottiene in ogni caso il benefico effetto protettivo.

Inoltre, considerando i due LED montati in antiparallelo come un’unica sorgente luminosa di seguito chiamata APLED, si verifica l’ulteriore effetto positivo che per metà tempo la sorgente produce luce (dal LED 1) e per metà tempo la sorgente produce ancora luce (dal LED 2). La allegala figura 4 mostra uno schema esemplificativo di un APLED.

Naturalmente, l’approssimazione di unica sorgente luminosa non è tecnicamente realizzabile, in quanto i due LED saranno sempre due elementi fisicamente distinti (e distanti fra loro, almeno quanto le dimensioni minime di un LED alta luminosità, tipicamente qualche millimetro).

Considerando tuttavia che la frequenza con cui viene fornita la corrente alternata della rete elettrica è 50 Hz (in Europa, Africa, Asia) o 60 Hz (negli USA e in Giappone), l’effetto luminoso che riesce a percepire l’occhio umano è in pratica quello di una sorgente luminosa continua, in quanto il lampeggio che fisicamente ha luogo avviene in realtà alternando l’accensione e lo spegnimento del APLED per 100 volte al secondo.

La lampada come SERIE di APLED

La tensione della corrente alternata fornita normalmente dalla rete elettrica è 230VAC, pertanto l impiego diretto di tale tensione per alimentare un singolo APLED non è compatibile con la tensione di lavoro dei LED ad alta luminosità (tipicamente intorno a 3V).

In questo caso, la soluzione innovativa consiste ancora nella (semplice) idea di collegare in serie un numero adeguato di APLED.

E collegamento in serie ha la proprietà di ripartire equamente la tensione fra tutti gli elementi componenti (purché di caratteristiche tecnico-costruttive identiche).

Ipotizzando quindi di utilizzare direttamente la tensione di rete da 230VAC, e di impiegare APLED da 3V, da alcuni semplici calcoli si potrebbe ideare un’applicazione per un lampada costituita da circa 70-80 APLED, che per funzionare non necessita di alcun dispositivo elettronico di trasformazione e/o di regolazione.

La allegata figura 5 mostra uno schema esemplificativo di una lampada realizzata come serie di APLED.

Claims

RIVENDICAZIONI - SERIE di ANTIPARALLELO di DIODI LED per Applicazioni di Illuminotecnica RIVENDICAZIONI 1) Si rivendica l’idea di aver creato una tecnica di alimentazione dei LED ad alta luminosità direttamente con tensione di rete elettrica 230 VAC senza l’utilizzo di dispositivi di conversione, quali trasformatori, raddrizzatori e regolatori.
2) Si rivendica l’idea della creazione di una tecnica di applicazione in parallelo al LED di un ulteriore elemento, ovvero di un diodo montato inversamente al LED stesso, allo scopo di limitare la tensione inversa di polarizzazione, così che per la metà del tempo la corrente scorre nel LED che produce luce e per metà del tempo scorre nel diodo senza produrre luce, sistema questo di collegamento in antiparallelo di 2 LED definita APLED. Con tale soluzione tecnica, essendo il LED un diodo si ottiene l’effetto protettivo in caso di elevata tensione di polarizzazione inversa, proteggendosi alternativamente l’un l’altro i 2 LED.
3) Si rivendica l’idea di aver creato una soluzione tecnica tale che i 2 LED montati in antiparallelo divengono un’unica sorgente luminosa, poiché per metà tempo la corrente che scorre nel LED 1 produce luce e per metà tempo la corrente che scorre nel LED 2 produce luce, restando i due LED elementi fisicamente distinti e distanti tra loro nella misura delle dimensioni minime di un LED.
4) Si rivendica l’idea di aver trovato una soluzione tecnica per cui la corrente alternata della rete elettrica, pari a 50 Hz in Europa, Africa ed Asia, e pari a 60 Hz negli USA ed in Giappone, attraverso il sistema APLED determina un effetto unico luminoso come tale percepibile RIVENDICAZIONI - SERIE di ANTIPARALLELO di DIODI LED per Applicazioni di Illuminotecnica dall’occhio umano in virtù della memoria retinica, stante l’alternanza dell’accensione e dello spegnimento dell’APLED media per 100 volte al secondo, così costituendo un’unica sorgente luminosa continua visibile.
5) Si rivendica l’idea di aver trovato una soluzione innovativa consistente nel collegare in serie un numero adeguato di APLED con la proprietà di ripartire equamente la tensione fra tutti gli elementi componenti di caratteristica tecnico-costruttiva identica, allo scopo di creare un’unica fonte luminosa immediatamente sostituibile a quelle già installate, senza necessità di alcun dispositivo elettronico di trasformazione e/o di regolazione, realizzabile in modo identico alle attuali lampade ad energia elettrica, ottenendo per di più un risparmio della potenza consumata di un fattore da 3 a 5 rispetto alle soluzioni tradizionali, a parità di efficienza luminosa.