ITUB20153134A1

ITUB20153134A1 - APPARATUS FOR THE MANAGEMENT OF THE THERMAL COMPONENT PRODUCED BY PHOTOEMITTING DIODES.

Info

Publication number: ITUB20153134A1
Application number: ITUB2015A003134A
Authority: IT
Inventors: Giuseppe Quaranta
Original assignee: Thermoled S R L S
Priority date: 2015-07-31
Filing date: 2015-07-31
Publication date: 2017-01-31

Description

'APPARATO PER LA GESTIONE DELLA COMPONENTE TERMICA PRODOTTA DAI DIODI FQTQEMITTORI " 'APPARATUS FOR THE MANAGEMENT OF THE THERMAL COMPONENT PRODUCED BY THE FQTQEMITTORI DIODES "

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione si riferisce ad un apparato per la gestione della componente termica prodotta dai diodi fotoemittori. The present invention refers to an apparatus for managing the thermal component produced by the photo-emitting diodes.

Sono note nella tecnica due tipologie di sistemi di ottimizzazione dell'efficienza termica e luminosa di dispositivi ad emissione luminosa LED (Light Emitting Diode) ; esse sono costituite: dai sistemi di raffreddamento passivi e da quelli attivi . Two types of systems for optimizing the thermal and luminous efficiency of LED (Light Emitting Diode) light-emitting devices are known in the art; they consist of: passive and active cooling systems.

<">Un sistema di raffreddamento passivo noto è costituite principalmente da un dispositivo di dispersione che permette la dissipazione del calore, generato dalla giunzione: caratteristica di un dispositivo LED, attraverso fenomeni di conduzione e/o convenzione e in piccola parte di irraggiamento. Per favorire il propagarsi dei suddetti fenomeni, sono noti dispositivi di dispersione costituiti da materiali innovativi, quali composti termoplastici con riempimenti conduttivi, che permettono una maggiore conducibilità termica e coefficienti di espansione termica inferiori rispetto a quelli degli usuali materiali metallici caratterizzanti i dispositivi di dispersione. Tali dispositivi riducono lo stress termico a cui è sottoposto Uh dispositivo LED quando l'involucro o la temperatura di giunzione dei dispositivi stessi superano i valori massimi indicati nelle specifiche tecniche del produttore. E' altresì noto un dispositivo di dispersione costituito principalmente da schiuma di grafite, che conferisce elevata resistenza termica e peso fidotto al sistema di raffreddamento nel quale è inserito. <"> A known passive cooling system mainly consists of a dispersion device that allows the dissipation of the heat generated by the junction: characteristic of a LED device, through conduction and / or convention phenomena and a small part of radiation. favor the propagation of the aforementioned phenomena, dispersion devices are known consisting of innovative materials, such as thermoplastic compounds with conductive fillings, which allow greater thermal conductivity and lower thermal expansion coefficients than those of the usual metallic materials characterizing the dispersion devices. devices reduce the thermal stress to which the LED device is subjected when the casing or the junction temperature of the devices themselves exceed the maximum values indicated in the manufacturer's technical specifications. A dispersion device consisting mainly of graphite foam is also known. ch and gives high thermal resistance and reliable weight to the cooling system in which it is inserted.

L'efficienza dei suddetti sistemi di raffreddamento dipende fortemente dall'efficienza dei dispositivi di dispersione e dalle geometrie che presentano; attualmente, tali dispositivi sono caratterizzati da conformazioni alettate che aumentano la superficie di scambio termico e producono uno scambio convettivo efficace, comportando un inevitabile aumento del peso e delle dimensioni dei sistemi di raffreddamento nei quali sono inseriti. The efficiency of the aforesaid cooling systems strongly depends on the efficiency of the dispersion devices and on the geometries they present; currently, these devices are characterized by finned conformations which increase the heat exchange surface and produce an effective convective exchange, resulting in an inevitable increase in the weight and dimensions of the cooling systems in which they are inserted.

E' noto un secondo sistema di raffreddamento passivo, in il dispositivo di dispersione è un dissipatore a liquido; le lampade note sono costituite da dispositivi LEO montati su placche metalliche rivolte verso l'esterno del bulbo, immersi in un liquido inerte che raffredda i componenti, permettendo un rapido raffreddamento del sistema, non sempre sufficiente però a smaltire il calore prodotto in seguito all' incremento del flusso luminoso. A second passive cooling system is known, in which the dispersion device is a liquid dissipator; the known lamps consist of LEO devices mounted on metal plates facing the outside of the bulb, immersed in an inert liquid that cools the components, allowing rapid cooling of the system, but not always sufficient to dispose of the heat produced following the increase in luminous flux.

Un sistema di raffreddamento attivo noto è caratterizzato da un dispositivo meccanico quale un elettroventilatore b una pompa a membrana, associato fisicamente ad un dispositivo di dispersione. Il suddetto dispositivo meccanico produce un flusso d'aria che attraversa il dispositivo di dispersione associato, permettendo una dissipazione efficace del calore prodotto, ma comportando una diminuzione della durata di vita stimata del dispositivo LED associato, un aumento del consumo elettrico del sistema riducendone l'affidabilità e una notevole rumorosità legata all' utilizzo di questi specifici dispositivi meccanici , A known active cooling system is characterized by a mechanical device such as an electric fan or a diaphragm pump, physically associated with a dispersion device. The aforementioned mechanical device produces an air flow that crosses the associated dispersion device, allowing an effective dissipation of the heat produced, but leading to a decrease in the estimated life of the associated LED device, an increase in the electrical consumption of the system by reducing its reliability and considerable noise linked to the use of these specific mechanical devices,

E' noto un secondo sistema di raffreddamento attivo a getti d'aria caratterizzato da motori con diaframmi oscillanti, connessi fisicamente al dispositivo di dispersione, che generano getti d'aria direzionati e a portata limitata idonei al raffreddamento dei vari componenti del dispositivo LED, comportando un riduzione completa della rumorosità ma una diminuzione della durata di vita stimata del dispositivo LED associato, ed un aumento del consumo elettrico del sistema riducendone l'affidabilità. A second active cooling system with air jets is known, characterized by motors with oscillating diaphragms, physically connected to the dispersion device, which generate directed air jets with a limited flow rate suitable for cooling the various components of the LED device, resulting in a complete reduction of noise but a decrease in the estimated life of the associated LED device, and an increase in the electrical consumption of the system, reducing its reliability.

Infine, sono noti sistemi di ottimizzazione dell'efficienza luminosa dei dispositivi LED, caratterizzati da sistemi ottici sofisticati<'>e costosi, che presentano difficoltà di realizzazione mediante processi di stampaggio ad iniezione non idonei ad assicurare uniformità di spessore del collimatore caratteristico dei suddetti sistemi ottici . Finally, systems for optimizing the luminous efficiency of LED devices are known, characterized by sophisticated and expensive optical systems, which present difficulties of realization by means of injection molding processes not suitable for ensuring uniformity of thickness of the collimator characteristic of the aforementioned systems. opticians.

Γ suddetti sistemi noti dì ottimizzazione termica e luminosa non permettono un'idonea dissipazione: del calore prodotto dal dispositivo LED, soprattutto quando il driver di alimentazione dì tali dispositivi è caratterizzato da un incremento della corrente di ingresso applicata, sottoponendo il LED ad uno stress elettrico che comporta una diminuzione dell'efficienza luminosa dello Stesso . Γ the aforementioned known thermal and light optimization systems do not allow suitable dissipation: of the heat produced by the LED device, especially when the power supply driver of these devices is characterized by an increase in the applied input current, subjecting the LED to electrical stress which involves a decrease in the luminous efficiency of the same.

Inoltre, una dissipazione termica insufficiente espone il dispositivo LED ad uno stress meccanico, danneggiando la giunzione caratteristica del dispositivo LED, provocando la rottura dell'intero elemento, la delaminazione interna del punto di saldatura, e 1'ingiallimento delle lenti del sistema ottico. Furthermore, insufficient heat dissipation exposes the LED device to mechanical stress, damaging the characteristic junction of the LED device, causing the entire element to break, the internal delamination of the soldering point, and yellowing of the lenses of the optical system.

I suddetti sistemi di ottimizzazione non impediscono il decadimento del flusso luminoso in condizioni di stress termico, che si verifica con un innalzamento della temperatura ambiente e/o della temperatura di giunzióne del dispositivo LED, non permettendo un utilizzo del suddetto dispositivo al di fuori della regione operativa per la quale è stato progettata, riducendo di circa sette volte la vita stimata di questo dispositivo LED. The aforementioned optimization systems do not prevent the decay of the luminous flux in conditions of thermal stress, which occurs with an increase in the ambient temperature and / or the junction temperature of the LED device, not allowing the use of the aforementioned device outside the region. operational for which it was designed, reducing the estimated life of this LED device by about seven times.

Scopo quindi della presente invenzione è risolvere i suddetti problemi della tecnica anteriore, fornendo un sistema di ottimizzazione di un dispositivo fotoemettitore , che consente di migliorare 1'efficienza termica e di conseguenza aumentare l'efficienza luminosa del dispositivo stesso . Therefore, the object of the present invention is to solve the aforesaid problems of the prior art, by providing an optimization system of a photo-emitting device, which allows to improve the thermal efficiency and consequently increase the luminous efficiency of the device itself.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è quello di fornire un sistema dì ottimizzazione compatibile cdn tutte le tipologìe di dispositivi fotoemettitori nòti. A further object of the present invention is to provide an optimization system compatible with all types of known photo-emitting devices.

I suddetti ed altri scopi e vantaggi della presente invenzióne, quali risulteranno dal seguito della descrizione, vengono raggiunti con un sistema di ottimizzazione di un dispositivo fotoemettitore come quello descritto nella rivendicazione indipendente. Forme di realizzazione preferite e varianti non banali della presente invenzione formano l'oggetto delle rivendicazioni dipendenti. The aforesaid and other objects and advantages of the present invention, as will emerge from the following description, are achieved with an optimization system of a photo-emitting device such as the one described in the independent claim. Preferred embodiments and non-trivial variants of the present invention form the subject of the dependent claims.

Resta inteso che tutte le rivendicazioni allegate formano parte integrante della presente descrizione . It is understood that all the attached claims form an integral part of the present description.

La presente invenzione verrà meglio descritta da alcune forme preferite di realizzazione, fornite a titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali: The present invention will be better described by some preferred embodiments, provided by way of non-limiting example, with reference to the attached drawings, in which:

la Figura 1 è sintesi schematica dì una realizzazione preferita dell'apparato per la gestione della componente termica prodotta dai diodi fotoemittori integrabile in alimentatori o driver ac-dc secondo la presente invenzione; Figure 1 is a schematic summary of a preferred embodiment of the apparatus for managing the thermal component produced by the light emitting diodes which can be integrated into power supplies or ac-dc drivers according to the present invention;

Facendo riferimento alla Figura, è illustrata e descritta una forma dì realizzazione preferita della presente invenzione. Si potranno apportare a quanto descritto innumerevoli varianti e modifiche (per esempio relative a forma, dimensioni, disposizioni e parti con funzionalità equivalenti) senza discostarsi dal campo di protezione dell'invenzione come appare dalle rivendicazioni allegate. Referring to the Figure, a preferred embodiment of the present invention is illustrated and described. Innumerable variations and modifications can be made to what has been described (for example relating to shape, dimensions, arrangements and parts with equivalent functionality) without departing from the scope of the invention as appears from the attached claims.

Con riferimento alla Figura 1, il sistema di ottimizzazione 1 dell'efficienza termica e luminosa, secondo la presente invenzione, di un dispositivo fotoemettitore 3, quale un diodo ad emissione luminosa LED, o altro dispositivo idoneo, comprende almeno uno strumento elettronico di regolazione ampiezza in grado di indurre nel dispositivo 3 una sovracorrente di intensità, frequenza e durata idonea a determinare un raffreddamento della giunzione caratteristica del dispositivo 3, favorendo la gestione termica del dispositivo stesso. With reference to Figure 1, the thermal and light efficiency optimization system 1, according to the present invention, of a photo-emitting device 3, such as a light-emitting diode LED, or other suitable device, comprises at least one electronic amplitude adjustment instrument capable of inducing in the device 3 an overcurrent of suitable intensity, frequency and duration to cause a cooling of the characteristic junction of the device 3, favoring the thermal management of the device itself.

Il sistema 1 è compatibile con tutte le tipologie di dispositivi fotoemettitori noti, quali dispositivi ad alta potenza, ad alto voltaggio, tradizionali, eco., permettendone l'ottimizzazione termica e luminosa, rilevando inizialmente le condizioni operative dei vari dispositivi e regolando poi le tensioni di alimentazione dei dispositivi stessi e inducendo sovracorrentì idonee in questi ultimi. System 1 is compatible with all types of known light emitting devices, such as high power, high voltage, traditional, eco devices, allowing thermal and light optimization, initially detecting the operating conditions of the various devices and then adjusting the voltages. power supply of the devices themselves and inducing suitable overcurrents in the latter.

L'invenzione presenta i seguenti vantaggi: The invention has the following advantages:

- migliora l'efficienza termica e di conseguenza luminosa di un dispositivo fotoemettitore aumentandone la durata di vita stimata e le prestazioni, utilizzando un sistema di regolazione della corrente di alimentazione del suddetto dispositivo; - improves the thermal and consequently luminous efficiency of a photo-emitting device by increasing its estimated lifespan and performance, using a system for regulating the power supply current of the aforementioned device;

riduce le dimensioni di un dispositivo di dissipazione del calore associato ad un dispositivo fotoemettitore, riducendo lo spazio necessario al posizionamento del dispositivo di dissipazione e all' implementazione del dispositivo fotoemettitore; reduces the size of a heat dissipation device associated with a photo-emitting device, reducing the space required for positioning the dissipating device and implementing the photo-emitting device;

garantisce l'affidabilità di un dispositivo fotoemettitore essendo il sistema di ottimizzazione cui è connesso, non caratterizzato dalla movimentazione guarantees the reliability of a photo-emitting device since the optimization system to which it is connected is not characterized by movement

componenti meccaniche; mechanical components;

garantisce la stabilità del flusso luminoso emesso da un dispositivo fotoemettitore non generando alcun fenomeno di sfarfallio; guarantees the stability of the luminous flux emitted by a photo-emitting device, not generating any flickering phenomenon;

permette l'ottimizzazione termica e luminosa di tutte le tipologie di dispositivi fotoemettitori noti; e it allows the thermal and light optimization of all types of known photo-emitting devices; And

permette il posizionamento fisico di un dispositivo fotoemettitore in qualsiasi punto del circuito, senza comprometterne l'efficienza luminosa . it allows the physical positioning of a photo-emitting device in any point of the circuit, without compromising its luminous efficiency.

Sono state illustrate e descritte in precedenza alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione: ovviamente, agli esperti nel ramo risulteranno immediatamente evidenti numerose varianti e modifiche, funzionalmente equivalenti alle precedenti, che ricadono nel campo di protezione dell’invenzione come evidenziato nelle rivendicazioni allegate. Some preferred embodiments of the present invention have been illustrated and described above: obviously, numerous variants and modifications, functionally equivalent to the previous ones, which fall within the scope of the invention as highlighted in the attached claims, will be immediately evident to those skilled in the art.

Claims

CLAIMS 1. apparatus (1) for the management of the thermal component produced by the light emitting diodes comprising at least one electronic circuit (1) which can be integrated into power supplies or ac-dc drivers capable of modifying the input current to the LED.

2. System (1) according to claim 1, characterized in that it determines, even beyond 40vcc, at least a ratio value between at least one supply voltage and at least one supply current supplied to said device (3) by at least one driver (2 ) at constant current.

3. System according to claim 1 characterized in that said electronics (1) is adapted to regulate said power supply current level supplied by said driver (2) to said device (3), feeding said device (3) with said power levels supply current ensuring the thermal and luminous efficiency of said device {3},

4. System according to claim 1 characterized in that said at least one electronic instrument (1) is able to induce in said device (3) at least one overcurrent of intensity, frequency and duration suitable to cause cooling of at least one junction of said device (3), favoring the thermal efficiency of said device (3).

5. System (1) according to any one of the preceding claims characterized in that said at least one photo-emitting device (3) is electrically connected to said optimization system (1).