ITVR20090224A1 - Lampada a led - Google Patents
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Description
“LAMPADA A LEDâ€
La presente invenzione si riferisce in generale ad una lampada a LED. Più in particolare si tratta di una lampada a LED, atta ad essere compatibile con attacchi per lampade a scarica,
La generazione della luce nelle lampade a scarica à ̈ basata sulla emissione di radiazione elettromagnetica da parte di un plasma di gas ionizzato, contenuto in un’ampolla o tubo di vetro o quarzo, a seconda della tipologia. La ionizzazione del gas à ̈ ottenuta per mezzo di una scarica elettrica attraverso il gas stesso.
Al contrario delle lampade ad incandescenza, le lampade a scarica non possono essere collegate direttamente alle linee elettriche a corrente alternata. Necessitano infatti di una tensione di almeno un migliaio di Volt per ottenere il gas necessario al funzionamento, generalmente ottenuto dalla vaporizzazione di un liquido e/o la sublimazione di un solido.
In una lampada ad incandescenza il limite dell’intensità di corrente che attraversa il filamento, da cui dipende l'intensità luminosa della lampada, à ̈ determinato dalla lunghezza e dal diametro del filamento.
La lampada a scarica, usando un arco elettrico anziché un filamento incandescente, necessita di un dispositivo supplementare, denominato reattore, per regolare e limitare la corrente, stabilizzando la luce emessa dalla lampada a scarica, ed evitandone il danneggiamento.
Un dispositivo elettronico denominato accenditore, comprendente generalmente un insieme di condensatori e resistenze, rende possibile ottenere l’elevata tensione necessaria, dipendente dalla composizione del gas ionizzato, richiesta per avviare una lampada a scarica.
II reattore e l'accenditore devono essere specificamente dimensionati per fornire le adeguate tensioni di avviamento e funzionamento richieste dalla particolare lampada a scarica.
L’impiego di lampade a scarica consente di ottenere un’illuminazione con una più alta efficienza energetica rispetto alle lampade ad incandescenza, grazie alla conversione più efficiente di energia elettrica in radiazione elettromagnetica, disperdendo al tempo stesso molta meno energia in calore per irraggiamento, riuscendo al contempo ad avere una lunga durata.
Tra gli svantaggi di queste lampade troviamo invece i problemi che possono sorgere in fase di smaltimento o malfunzionamento deirimpianto, ad esempio per la presenza di mercurio nelle lampade a scarica contenenti mercurio.
Oltre all’emissione di raggi ultravioletti (UV) l’uso del mercurio comporta uno smaltimento complesso e oneroso, soggetto a normative specifiche e dai costi aziendali ed ambientali rilevanti.
Un altro svantaggio à ̈ dovuto al fatto che in genere le lampade a scarica non riescono ad assicurare uno spettro luminoso completo nel campo del visibile a confronto con la luce solare o le lampade ad incandescenza. Ad esempio la famiglia di lampade a base di sodio emette una luce tendente alle tonalità del giallo.
Un ulteriore svantaggio risiede nei tempi e nei voltaggi richiesti per l’accensione o, quando necessaria, la riaccensione. Sia l’accensione che l'eventuale riaccenslone vengono attuate dagli appositi accenditori.
Infatti l’accensione di una lampada a scarica richiede tensioni dell’ordine delle migliaia di Volt e tempi di avviamento da due a quindici minuti per evaporare o sublimare le sostanze di riempimento così da ottenere il gas necessario a condurre la scarica elettrica.
Nel caso in cui ci sia un'interruzione di alimentazione e ci fosse necessità di una riaccensione immediata questa necessiterebbe di tensioni dell’ordine delle decine di migliaia di Volt, quindi dieci volte superiori a quelle di accensione e tempi di riaccensione che possono essere anche doppi rispetto ai tempi di accensione.
Infatti se la scarica all’interno della lampada viene interrotta, il suo ripristino non può avvenire in tempi brevi per la natura del gas ionizzato, presente a temperature elevate. L’alimentazione data dal reattore e dall'accenditore infatti non varia, risultando così in grado di ripristinare la scarica soltanto quando questo sarà permesso dalle condizioni della lampada.
Una nuova tecnologia che si sta sempre più concretizzando à ̈ rappresentata dall'uso dei cosiddetti LED (tight emitting diode) o OLED (organic light emitting diode), dapprima capaci di emissione luminosa limitata ma ora in grado di sostituire le lampade ad incandescenza e a scarica per l'illuminazione generale.
I vantaggi derivanti dall'utilizzo dei LED rispetto alle lampade a scarica sono la mancanza di mercurio, una superiore efficienza energetica, compattezza ed affidabilità , potendo contare su tempi di accensione e riaccensione pressoché istantanei.
Esiste quindi la possibilità di adeguare gli impianti ed i dispositivi che precedentemente utilizzavano lampade a scarica, ma un cambio così radicale di tecnologia per l'illuminazione generale comporta inevitabilmente un importante investimento di risorse.
La differente alimentazione richiesta per l'accensione ed il controllo dei LED, funzionanti in corrente continua e non alternata come le lampade a scarica, rende necessaria la parziale o completa sostituzione delle plafoniere e del reattore e accenditore dedicati. I LED richiedono infatti minori voltaggi e potenze assorbite.
Si rende così difficoltosa l’implementazione dell'illuminazione a LED negli impianti e nei dispositivi già impieganti lampade a scarica.
Scopo dell’invenzione à ̈ quello di poter convenientemente utilizzare lampade a LED o OLED su supporti destinati a montare lampade ad incandescenza o a scarica.
Un ulteriore scopo dell’invenzione à ̈ quello di poter utilizzare lampade LED su supporti provvisti di reattori e accenditori utilizzati con le lampade a scarica.
Ulteriori caratteristiche e particolari dell’invenzione potranno essere meglio compresi dalla descrizione che segue, data a titolo di esempio non limitativo, nonché dalle annesse tavole di disegno in cui:
la fig. 1 Ã ̈ una vista di una lampada a LED, secondo la presente invenzione, in forma schematica;
la fig. 2 Ã ̈ un sottocircuito elettrico della lampada in figura 1.
Con riferimento alla figura 1 , con 10 viene indicata una lampada a LED, oggetto d’invenzione, atta ad essere connessa ad un supporto per una lampada a scarica avente un primo ed un secondo attacco di alimentazione di tensione alternata fornita dal circuito comprendente reattore ed accenditore (non visibili in figura).
La lampada a LED 10 comprende un primo attacco 12 ed un secondo attacco 14, atti ad essere connessi con gli attacchi del supporto per lampade a scarica, un'interfaccia 13 e quattro circuiti 15 tra loro connessi in serie.
Il numero di circuiti 15 impiegati varia a seconda della tensione di alimentazione del circuito e della potenza richiesta, consentendo di impiegare un numero di circuiti 15 che sia uguale o sottomultiplo della tensione di rete eventualmente variata dal reattore.
Il primo attacco 12 ed il secondo attacco 14 sono equivalenti agli attacchi tipici di una lampada a scarica, così che la lampada a LED 10 possa connettersi con detti attacchi agli attacchi di alimentazione di un supporto per lampada a scarica.
L'interfaccia 13, che risulta interposta tra il primo e secondo attacco 12, 14 e i quattro circuiti 15, comprende un primo fusibile 22, un secondo fusibile 24, un varistore 26, un ponte a diodi 28 ed un condensatore 30.
II ponte a diodi 28 comprende un primo morsetto 18, un secondo morsetto 19, un terzo morsetto 20 ed un quarto morsetto 21 .
Il primo attacco 12 Ã ̈ collegato al primo fusibile 22, mentre il secondo attacco 14 Ã ̈ collegato al secondo fusibile 24. Il primo fusibile 22 e il secondo fusibile 24 sono collegati al parallelo formato dal varistore 26 e dal ponte a diodi 28, attraverso il primo morsetto 18 ed il terzo morsetto 20 dello stesso ponte a diodi 28.
Il ponte a diodi 28 risulta anche collegato, attraverso il secondo morsetto 19 e il quarto morsetto 21 , in parallelo con il condensatore 30 e la serie dei quattro circuiti 15.
La serie dei quattro circuiti 15 à ̈ collegata con una prima estremità 31 ed un capo del condensatore 30 e al secondo morsetto 19, e con l’estremità opposta 33 all’altro capo del condensatore 30 e al quarto morsetto 21 .
Con riferimento alla figura 2, ognuno dei quattro circuiti 15 comprende un ponte a diodi 16 ed un sottocircuito 32.
Il ponte a diodi 16 comprende un primo punto di connessione 34 ed un secondo punto di connessione 36 per l’uscita di una tensione pulsante raddrizzata, ed un terzo punto di connessione 38 ed un quarto punto di connessione 40 per l’ingresso di una tensione alternata nel ponte a diodi 16.
Il primo punto di connessione 34 Ã ̈ collegato al sottocircuito 32, mentre il secondo punto di connessione 36 Ã ̈ connesso agli analoghi punti di connessione 36 degli altri ponti a diodi 16 su una pista conduttiva 42 alla quale sono collegati anche altri elementi del sottocircuito 32.
Ciascun sottocircuito 32 comprende un circuito integrato 44 ed ulteriori elementi configurati secondo le esigenze di funzionamento dello stesso circuito integrato 44. In particolare questi elementi sono: un resistere 46, un diodo 48, un induttore 50, due connettori 52, dei LED in serie 54, un primo condensatore 56 ed un secondo condensatore 58.
Il primo condensatore 56 ed il secondo condensatore 58 sono connessi alla pista conduttiva 42.
Il circuito integrato 44 viene impiegato per il controllo dei LED 54. Si tratta di un circuito integrato 44 di tipologia nota; ad esempio può essere utilizzato un componente fornito dalla Zetex, modello ZXLD1362 o ZXLD1360 a seconda della tensione di alimentazione e/o potenza necessaria. Ovviamente possono essere utilizzati altri circuiti integrati equivalenti ai sopracitati, circuiti che consentano di governare dei LED. I componenti impiegati nel sottocircuito 32 sono scelti e configurati secondo la scheda tecnica del circuito integrato 44.
La lampada a LED 10 può essere convenientemente montata su un supporto (non visibile in figura) che riprenda le forme e gli attacchi della lampada a scarica che sarà sostituita, essendo i due attacchi 12, 14 adeguatamente conformati e collocati negli attacchi di alimentazione della lampada a scarica.
Di seguito si descrive il funzionamento della lampada a LED 10.
La lampada a LED 10 simula il funzionamento di una lampada a scarica, grazie alla configurazione dell'interfaccia 13.
Il carico di tensione e di corrente molto elevato dovuto al periodo di accensione delle lampade a scarica viene sopportato dall'insieme dei sottocircuiti 32, evitando il danneggiamento dei LED 54.
Ogni componente del sottocircuito 32 Ã ̈ necessario per permettere il funzionamento della lampada a LED 10, in quanto la mancanza di un componente nei sottocircuito 32 impedirebbe il buon assorbimento della tensione, compromettendo il funzionamento della lampada a LED 10.
I due fusibili 22, 24, opportunamente dimensionati, garantiscono una protezione in caso di corto circuito e una protezione per i LED, aprendo il circuito nel caso in cui l'intensità di corrente superi l’intensità di corrente massima supportata dai LED. Ad esempio l’intensità di corrente di apertura può essere uguale o al limite inferiore al massimo fornito dal reattore.
Convenientemente i fusibili 22, 24 si resettano dopo un perìodo di raffreddamento e possono essere tarati per interrompere il passaggio di corrente qualora più di un sottocircuito 32 sia andato in corto circuito.
Il varistore 26, opportunamente dimensionato, costituisce una protezione per i LEO 54 e per la restante parte della lampada a LED 10 in caso di sovratensioni, che possono derivare dal malfunzionamento della linea o dalle caratteristiche di alimentazione del reattore o dell'accenditore.
Il ponte a diodi 28 garantisce l’alimentazione a corrente continua richiesta dai LED, svolgendo una duplice funzione. Nel caso si utilizzino reattori eroganti corrente alternata, il ponte a diodi restituisce una corrente continua. Nel caso si utilizzino reattori eroganti corrente continua, il ponte a diodi 28 rende insensibile alla polarità a monte i circuiti 15, garantendo la polarità richiesta dai LED 54 per il loro normale funzionamento.
Il ponte a diodi 28 permette anche un primo filtraggio della frequenza alternata di alimentazione che si ha nella fase di accensione o normale funzionamento.
Il condensatore 30, posto in parallelo aH’uscita del ponte a diodi 28, livella le variazioni della forma d’onda della corrente pulsante che esce dal ponte a diodi, avvicinandola ad una corrente continua.
La presenza dei ponti a diodi 16 in ogni circuito 15 permette di filtrare ulteriormente la corrente che alimenterà i LED 54.
I quattro sottocircuiti 32 controllano l'accensione e l'emissione di luce controllata dei LED 54.
Per quanto riguarda il sottocircuito 32, il resistore 46 viene utilizzato per limitare l'intensità di corrente passante nei LED 54, nel caso di alimentazione diretta dalla rete e/o nel caso in cui ci sia, a monte, un limitatore di corrente come il reattore.
I due connettori 52 del sottocircuito 32 fungono da supporti e connessioni per i LED, eventualmente sostituibili.
I connettori 52 separano il sottocircuito 32 in due parti, di cui una dedicata al controllo dell'alimentazione dei LEO e una comprendente la serie di LED 54. Questa separazione consente di ottenere una costruzione più robusta ed affidabile della lampada nel suo insieme. Infatti se una serie di LED 54 dovesse essere sostituita o risultasse guasta, questo non impedirebbe ai rimanenti circuiti 15 di alimentare correttamente le rispettive serie di LED 54. Infatti il sottocircuito 32 continua a svolgere la propria funzione di sopportare la tensione elevata anche se non à ̈ presente la serie di LED 54 o questa à ̈ guasta.
La lampada a LED 10 come descritta, anche all’accensione simula una lampada a scarica in condizioni di funzionamento continuo, per il funzionamento del reattore e dell’accenditore sopradescritti, ottenendo così un’accensione sostanzialmente istantanea dei LED 54.
Si potrà effettuare la sostituzione di lampade a scarica senza variazioni all'impianto preesistente, utilizzando gli attacchi normalizzati e i circuiti certificati già presenti, facilitando l’installazione a costi contenuti della tecnologia LED.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1) Lampada a LED (10) atta ad essere applicata al supporto per una lampada a scarica, detto supporto comprendente un reattore ed un accenditore, un primo attacco di alimentazione ed un secondo attacco di alimentazione, comprendente: <■>un primo attacco (12) atto ad essere collegato al primo attacco di alimentazione del supporto; <■>un secondo attacco (14) atto ad essere collegato al secondo attacco di alimentazione del supporto; <■>un circuito di interfaccia (13) comprendente un primo ponte a diodi (28) a sua volta comprendente un primo punto di connessione (19) ed un secondo punto di connessione (21 ) per l’uscita di una tensione pulsante raddrizzata, ed un terzo punto di connessione (18) ed un quarto punto di connessione (20) per l'ingresso di una tensione alternata nel ponte a diodi (28); <■>almeno un circuito per LED (15) comprendente: - una prima connessione (31 ); - una seconda connessione (33); - un sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54); - almeno un LED (54); il primo punto di connessione (19) essendo connesso alla seconda connessione (33) di detto circuito per LED (15); il secondo punto di connessione (21) essendo connesso alla prima connessione (31 ) di detto circuito per LED (15); il terzo punto di connessione (18) essendo connesso al primo attacco (12); il quarto punto di connessione (20) essendo connesso al secondo attacco (14); detta prima connessione (31) essendo collegata al sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54); detta seconda connessione (33) essendo collegata al sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54), detto sottocircuito (32) comprendente mezzi di conversione della tensione e potenza in entrata alla lampada a LED (10), in tensione e potenza di alimentazione dell'almeno un LED (54); detto sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54) essendo collegato all'almeno un LED (54); caratterizzata dal fatto che il sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54) comprende un resistore (46), un diodo (48), un induttore (50), un primo condensatore (56), un secondo condensatore (58) ed un circuito integrato (44) atto a controllare l’almeno un LED (54).
- 2) Lampada a LED (10) secondo la rivendicazione 1 , in cui detto circuito per LED (15) comprende un secondo ponte a diodi (16) comprendente un primo punto di connessione (34), un secondo punto di connessione (36), un terzo punto di connessione (38) ed un quarto punto di connessione (40); - il primo punto di connessione (34) ed il secondo punto di connessione (36) essendo connessi al sottocircuito (32) di alimentazione di almeno un LED (54); - il terzo punto di connessione (38) essendo connesso alla prima connessione (31 ) del circuito per LED (15); - il quarto punto di connessione (40) essendo connesso alla seconda connessione (33) del circuito per LED (15).
- 3) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui al primo punto di connessione (19) ed al secondo punto di connessione (21 ) del primo ponte a diodi (28) sono collegate rispettivamente una seconda connessione (33) ed una prima connessione (31 ) di una serie di almeno due circuiti per LED (15), ed in cui i secondi punti di connessione (36) di ciascun ponte a diodi di ciascun circuito per LED (15) sono connessi tra loro.
- 4) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il circuito di interfaccia (13) comprende un condensatore (30), che collega il primo punto di connessione (19) e il secondo punto di connessione (21) del primo ponte a diodi (28).
- 5) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui tra il primo attacco (12) e il terzo punto di connessione (18) del primo ponte a diodi (28) à ̈ collegato in serie un primo fusibile (22) ed in cui tra il secondo attacco (14) e il quarto punto di connessione (20) dell’almeno un circuito per LED à ̈ collegato in serie un secondo fusibile (24).
- 6) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il terzo punto di connessione (18) ed il quarto punto di connessione (20) del primo ponte a diodi (28) sono collegati tra loro attraverso un varistore (31).
- 7) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il sottocircuito (32) comprende due connettori (52) a cui sono collegate le connessioni di alimentazione dell’almeno un LED (54).
- 8) Lampada a LED (10) secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il numero di circuiti per LED (15) impiegati varia a seconda della tensione in ingresso alla lampada a LED (10).
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