ITVR20100089A1 - Corpo illuminante a led - Google Patents

Description

Descrizione di Brevetto di Invenzione Industriale avente per titolo:

"CORPO ILLUMINANTE A LED".

CAMPO TECNICO DELL'INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un corpo illuminante a LED .

Più in particolare, la presente invenzione riguarda un corpo illuminante a LED ad elevata precisione di controllo del funzionamento e di elevata durata.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Oggigiorno, per l'illuminazione di ambienti sia esterni - ad esempio l'illuminazione stradale e simili - che interni, sono sempre maggiormente impiegati dei corpi illuminanti allo stato solido, cioè del tipo a LED, che vanno sostituendo le tradizionali lampade alogene o ad incandescenza .

Questa progressiva sostituzione in tutti gli ambiti è dovuta a molteplici ragioni, come il basso consumo dei corpi illuminanti a LED in rapporto alla loro resa luminosa, l'elevata efficienza, le più ridotte necessità di manutenzione, la migliore gestione del funzionamento e dell'intensità della luce emessa, la più lunga durata e la più elevata resistenza a vari agenti esterni, e per altri numerosi e ben noti vantaggi.

Uno dei principali problemi tecnici che riguardano la realizzazione di corpi illuminanti a LED di potenza, e che spesso ne limitano le potenzialità di sviluppo ed impiego, è quello dello sviluppo di calore e della sua conseguente dissipazione. Infatti, è noto che il superamento di certe temperature è dannoso principalmente per la vita dei LED, che può venire drasticamente ridotta, ed anche per la vita della scheda di controllo dei LED stessi: è quindi opportuno prevedere, nel corpo illuminante, opportuni mezzi atti a dissipare calore nella maggiore quantità possibile. In alcuni corpi illuminanti a LED attualmente diffusi sul mercato, per impedire che, durante il loro funzionamento, vengano raggiunte temperature pericolose per la vita del sistema, sono predisposti mezzi di sicurezza atti a limitare la potenza dei LED al superamento di determinate soglie di temperatura.

Tali mezzi di sicurezza sono costituiti da uno o più sensori di temperatura posizionati all'interno del supporto del corpo illuminante: i segnali emessi da tali sensori sono elaborati, in retroazione, dal sistema di controllo del corpo stesso in modo da limitare la potenza di illuminazione, con conseguente riduzione delle temperature.

Questa soluzione costruttiva che contraddistingue i corpi illuminanti a LED di tipo noto non è scevra da inconvenienti .

Infatti, i sensori posizionati all'interno del supporto del corpo illuminante rilevano, sostanzialmente, la temperatura dell'aria presente all'interno dello stesso, e non la temperatura effettivamente raggiunta dai LED, che è quella che effettivamente interessa nel controllo del sistema e che deve essere attentamente controllata per garantirne una soddisfacente durata, e per gestire con sufficiente precisione la potenza emessa dai LED istante per istante.

SCOPI DELL'INVENZIONE

II compito tecnico della presente invenzione è quindi quello di mettere a punto un corpo illuminante a LED il cui funzionamento possa essere controllato e gestito in modo più preciso ed affidabile rispetto ai prodotti tradizionali, con particolare riferimento alla limitazione del calore generato e delle temperature raggiunte.

Questo scopo viene raggiunto dal corpo illuminante a LED secondo la allegata rivendicazione 1.

Ulteriori vantaggiose caratteristiche sono descritte nelle rivendicazioni dipendenti.

BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI.

Le caratteristiche dell'invenzione saranno meglio comprese da ogni tecnico del ramo dalla descrizione che segue e dalle annesse tavole di disegni, dati quale esempio non limitativo, nei quali:

- la figura 1 è una vista frontale di un corpo illuminante secondo l'invenzione, in una sua forma di attuazione comprendente un solo LED;

- la figura 2 è una vista frontale di un'altra forma di attuazione del corpo illuminante secondo l'invenzione, comprendente tre LED.

FORME DI ATTUAZIONE DELL'INVENZIONE.

Con riferimento alla figura 1 allegata, è indicato complessivamente con 1 un corpo illuminante a LED secondo la presente invenzione.

Il corpo illuminante a LED secondo l'invenzione può essere utilizzato sia in ambienti esterni, ad esempio per l'illuminazione stradale e altre esigenze di illuminazione pubblica, che in ambienti interni, senza alcuna limitazione.

Il corpo illuminante 1 comprende, come visibile nella figura 1, un supporto-dissipatore, indicato complessivamente con 2.

Il supporto-dissipatore 2 è realizzato in materiale metallico buon conduttore di calore, ad esempio una lega di alluminio.

Il supporto-dissipatore 2 ha forma circolare, e definisce una sede centrale 3, pure circolare. Lungo la periferia del supporto-dissipatore 2 sono previsti fori 4 per il fissaggio di una o più lenti, o altri mezzi trasparenti.

Il corpo illuminante 1 comprende un circuito stampato 5. Il circuito stampato 5 ha forma circolare, ed è alloggiato nella sede centrale 3 del supportodissipatore 2.

Il circuito stampato 5 è fissato nella sede centrale 3 ad esempio con viti, oppure con altri equivalenti mezzi di fissaggio, rimuovibili o permanenti.

Il circuito stampato 5 è costituito da una base metallica in alluminio provvista, su un lato, di uno strato isolante detto anche "TCLAD", o di altro tipo di isolante. Su tale strato isolante sono deposte delle piste di rame sulle quali vi sono anche le piazzole per poter saldare mezzi elettronici per la gestione del funzionamento della lampada, che verranno descritti in seguito. Lo strato isolante e le piste di rame hanno uno spessore normalmente compreso entro uno o due decimi di millimetro. In particolare, lo strato isolante in mezzo permette l'isolamento elettrico dalla base metallica, e funge inoltre da trasportatore termico del calore generato da alcuni componenti come il LED 6, saldati o fissati sulle piste di rame.

Sul circuito stampato 5 è fissato un LED 6, di tipo di per sé noto. Il LED 6 è fissato al circuito stampato 5 con viti 7.

Sul circuito stampato 5 sono inoltre fissati mezzi di alimentazione elettrica, indicati complessivamente con 8 .

I mezzi di alimentazione elettrica 8 comprendono cavi 9, saldati al circuito stampato, atti ad essere collegati alla rete elettrica, ed altri mezzi non descritti nel dettaglio poiché di tipo assolutamente noto e tradizionale nel settore. I mezzi di alimentazione elettrica 9 possono essere del tipo a bassa tensione a corrente alternata da 12 a 24 V, o a corrente continua da 12 a 30 V, anche non stabilizzata. Sul circuito stampato 5 sono altresì fissati mezzi elettronici, indicati complessivamente con 10, di gestione e controllo del funzionamento del LED 6.

I mezzi elettronici 10, di tipo noto nel settore, sono atti a modulare e la potenza elettrica da fornire al LED 6 in relazione all'intensità di illuminazione desiderata. Più in dettaglio, i mezzi elettronici 10 sono atti a pilotare la corrente elettrica che attraversa il LED 6. Ad esempio, tale pilotaggio può essere del tipo noto nel settore con la sigla "PWM" cioè "pulse width modulation" in inglese.

I mezzi elettronici 10 di gestione e controllo comprendono, in particolare, un microprocessore il.

II microprocessore il è fissato sul circuito stampato 5 ad esempio per saldatura, o con altri equivalenti mezzi di collegamento permanente.

II microprocessore il è operativamente collegato ai mezzi di alimentazione elettrica 8 ed al LED 6, secondo modalità note nel settore e che non verranno qui ulteriormente descritte.

A solo titolo di esempio, il microprocessore il può essere del tipo noto nel settore con la sigla "PIC12F675", oppure in alternativa, e sempre a solo titolo di esempio, può essere del tipo noto nel settore con la sigla "PIC12F883". In realtà, può essere impiegato qualsiasi altro tipo di microprocessore atto a svolgere le funzioni sin qui descritte e quelle che verranno descritte nel prosieguo.

II corpo illuminante 1 comprende inoltre un sensore di temperatura 12. Il sensore di temperatura 12 è fissato al circuito stampato 5 ed è operativamente collegato ai mezzi elettronici 10.

In altre forme di attuazione, possono essere previsti un numero superiore di sensori di temperatura 12, in relazione alle specifiche esigenze applicative.

Più in particolare, il sensore di temperatura 12 è operativamente collegato al microprocessore il.

Le modalità di collegamento operativo del sensore di temperatura 12 al microprocessore il sono di tipo essenzialmente noto nel settore, e non verranno qui ulteriormente descritte.

Il sensore di temperatura 12 è montato saldato sul circuito stampato 5; in alternativa, esso può essere montato sul circuito stampato 5 con altri mezzi di collegamento.

Il sensore di temperatura 12 è del tipo a circuito integrato, con output in voltaggio proporzionale alla temperatura rilevata.

Più in dettaglio, il sensore 12 rileva direttamente la temperatura del circuito stampato 5. In questo modo, la temperatura rilevata è molto prossima a quella a cui si trova effettivamente il LED 6 durante il funzionamento del corpo illuminante: ne consegue la possibilità di regolare, in modo molto più preciso ed efficiente, la potenza di alimentazione del LED 6 in relazione, in particolare, al contenimento della sua temperatura entro valori convenienti che non ne compromettano la durata e l'integrità.

II sensore di temperatura 12, a solo titolo di esempio non limitativo, è del tipo noto nel settore con la sigla "LM35DM". Si fa tuttavia notare che può, in alternativa, essere impiegato qualsiasi altro sensore di temperatura che fornisca un output in voltaggio proporzionale alla temperatura rilevata.

Il corpo illuminante 1 è dotato di un pulsante, non rappresentato nelle figure, per la regolazione manuale della luminosità.

Il corpo illuminante 1 è inoltre dotato di mezzi di protezione contro sbalzi da sovratensione, di tipo noto nel settore.

A protezione di fenomeni indesiderati e deleteri per l'affidabilità del sistema causati principalmente dall'umidità, sul circuito stampato 5, e quindi sul LED 6, sui mezzi di alimentazione elettrica 8 e sui mezzi elettronici 10 di gestione e controllo, è depositato un sottile strato di resina epossidica trasparente, che protegge dall'aria e dall'umidità ma che lascia comunque passare la luce emessa dal LED 6.

Con questo accorgimento, è possibile l'impiego del corpo illuminante 1 in luoghi dove può essere presente umidità nociva per i contatti elettrici.

La presenza del sensore di temperatura 12 sul circuito stampato 5 consente di controllare la massima temperatura di funzionamento del corpo illuminante 1.

Più in dettaglio, la presenza del sensore 12 sul circuito stampato 5 consente al circuito stesso di non oltrepassare determinate soglie di temperatura di esercizio pericolose e dannose per la vita del LED 6 e di tutto il sistema.

In particolare, il procedimento di gestione e controllo del funzionamento del corpo illuminante 1, con riferimento alla temperatura di esercizio consentita, avviene come segue.

La temperatura del circuito stampato 5 durante il funzionamento del corpo illuminante 1 viene rilevata dal sensore 12 istante per istante, ad esempio con una determinata frequenza di lettura, o con altre simili tecniche.

Qualora la temperatura rilevata dal sensore 12 superi un primo valore di soglia, ad esempio di 65°C, il microprocessore 11 provvede a ridurre la potenza elettrica di alimentazione del LED 6 di una prima frazione. Più in dettaglio, la riduzione della potenza al superamento del suddetto primo valore di soglia è, ad esempio, del 33%.

Qualora la temperatura rilevata dal sensore 12 superi un secondo valore di soglia, ad esempio di 70°C, il microprocessore 11 provvede a ridurre ulteriormente la potenza elettrica di alimentazione del LED 6 di una seconda frazione. Più in dettaglio, la riduzione della potenza al superamento del suddetto secondo valore di soglia è, ad esempio, del 66%.

Nel caso in cui, poi, la temperatura rilevata dal sensore 12 superi un terzo valore di soglia, ad esempio di 75°C, il microprocessore provvede a realizzare lo spegnimento completo del LED 6.

In quest'ultimo caso, è consigliabile verificare la idoneità del corpo illuminante 1 a dissipare una sufficiente quantità di calore nell'unità di tempo, prevedendo ulteriori mezzi dissipativi o eliminando altre fonti di calore troppo vicine.

L'invenzione, così concepita, consente di ottenere l'importante vantaggio tecnico di poter controllare la massima temperatura di esercizio con una un precisione di misura non raggiungibile nei corpi illuminanti di tipo noto.

Grazie a questo risultato, la potenza elettrica fornita al LED può essere modulata in modo da ottenere la migliore efficienza con un consumo energetico limitato e comunque controllato.

In particolare, la possibilità di procedere a successive riduzioni della potenza in relazione alla temperatura raggiunta consente di mantenere il funzionamento del corpo illuminante nelle necessarie condizioni di sicurezza pur garantendo la massima potenza disponibile in quella situazione.

Inoltre, viene incrementata notevolmente la durata del LED grazie al controllo della temperatura massima, che non supera mai valori pericolosi e deleteri.

1/ inserimento di un sensore di temperatura sulla stessa superficie o supporto in cui è posizionato il LED consente quindi gestire la temperatura autogenerata dal LED stesso nel suo normale funzionamento. Questo permette inoltre di controllare la corrente che attraversa il LED, in modo che quest'ultimo venga protetto da temperature inopportune e dannose per la sua vita; in più viene così garantita la costanza del tono della luminosità del LED.

Un'altra forma di attuazione del corpo illuminante 1 secondo la presente invenzione è rappresentata nella figura 2.

In questa forma di attuazione, le parti che corrispondono a quelle della precedente forma di attuazione sono indicate con i medesimi numeri di riferimento.

In questa forma di attuazione, il supporto-dissipatore 2 è sostanzialmente rettangolare, così come anche il circuito stampato 5. Sul circuito stampato 5 sono previsti, in questo caso, tre LED 6, sostanzialmente equidistanziati l'uno dall'altro.

Lungo il bordo del supporto-dissipatore 2 è prevista, in questa forma di attuazione, un alloggiamento rettangolare 13 per una guarnizione di tenuta, non rappresentata nelle figure.

È previsto inoltre un raccordo 14, fissato lungo uno dei lati lunghi del supporto-dissipatore 2, di tipo noto ed atto a consentire il passaggio dei cavi 9 dei mezzi di alimentazione elettrica 8.

II sensore di temperatura 12 è fissato al circuito stampato 5 in posizione sostanzialmente centrale, in modo da rilevare con precisione la temperatura del circuito stesso in esercizio.

Il funzionamento del corpo illuminante secondo questa forma di attuazione è identico a quello descritto nella precedente forma di attuazione.

Si fa notare che il numero dei LED 6 fissato sul circuito stampato 5 può essere tuttavia qualsiasi, compatibilmente con le esigenze applicative e con le opportune limitazioni dovute, essenzialmente, alla quantità di calore dissipabile.

Si è così visto come l'invenzione raggiunge gli scopi proposti.

La presente invenzione è stata descritta secondo forme preferite di realizzazione, ma varianti equivalenti possono essere concepite senza uscire dall'ambito di protezione offerto dalle rivendicazioni che seguono.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Corpo illuminante a LED, comprendente un circuito stampato (5) sul quale sono fissati almeno un LED (6), mezzi di alimentazione elettrica (8) e mezzi elettronici di gestione e controllo (10) del funzionamento di detto LED (6), caratterizzato dal fatto che comprende almeno un sensore di temperatura (12) fissato su detto circuito stampato (5) ed operativamente collegato a detti mezzi elettronici di gestione e controllo (10).
2. 2. Corpo illuminante secondo la rivendicazione 1, in cui detti mezzi elettronici di gestione e controllo (10) comprendono almeno un microprocessore (11), fissato su detto circuito stampato (5).
3. 3. Corpo illuminante secondo la rivendicazione 2, in cui detto sensore di temperatura (12) è operativamente collegato a detto un microprocessore (11).
4. 4. Corpo illuminante secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore di temperatura (12) è montato saldato su detto circuito stampato (5).
5. 5. Corpo illuminante secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore di temperatura (12) è del tipo a circuito integrato, con output in voltaggio proporzionale alla temperatura.
6. 6. Corpo illuminante secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito stampato (5) è montato in un supporto-dissipatore (2) in lega di alluminio.
7. 7. Corpo illuminante secondo una delle rivendicazioni precedenti, comprendente una pluralità di LED (6) fissati su detto circuito stampato (5).
8. 8. Metodo di gestione e controllo del funzionamento del corpo illuminante a LED secondo una delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che comprende le fasi di: - rilevare la temperatura di detto circuito stampato (5) tramite detto sensore di temperatura (12); - al superamento di un primo valore di soglia della temperatura, ridurre la potenza elettrica di alimentazione del LED (6) di una prima frazione.
9. 9. Metodo secondo la rivendicazione 8, comprendente una fase di ridurre ulteriormente la potenza elettrica di alimentazione del LED (6) di una seconda frazione, al superamento di un secondo valore di soglia della temperatura.
10. 10. Metodo secondo la rivendicazione 9, comprendente una fase di spegnimento del LED (6) al superamento di un terzo valore di soglia della temperatura.