MX2012013046A - Reemplazo de led de alta intensidad de lamparas incandescentes. - Google Patents

Reemplazo de led de alta intensidad de lamparas incandescentes.

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MX2012013046A
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Raymond G Janik
Carlo Scianna
Ted Lowl Thompson
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Abstract

Un método para formar un núcleo de bulbo de luz, y un bulbo o lámpara de luz que incorpora el núcleo. El método incluye formar un disipador de calor que tiene al menos seis facetas de trabajo localizadas igualmente sobre los lados opuestos de un plano central, y entonces montar una fuente de luz sobre cada una de las facetas de trabajo. Las fuentes de luz son montadas sobre tableros de circuitos, correspondiendo cada tablero de circuitos a una de las facetas de trabajo respectivas. Los tableros son aplicados entonces a las respectivas facetas de trabajo. El bulbo está compuesto de una base de tornillo, un disipador de calor externo montado en la base de tornillo, y el núcleo de bulbo de luz montado en y extendiéndose desde el disipador de calor externo. La fuente de luz comprende una pluralidad de diodos emisores de luz.

Description

REMPLAZO DE LED DE ALTA INTENSIDAD DE LAMPARAS INCANDESCENTES CAMPO DE LA INVENCION Esta invención se relaciona con lámparas de LED, y en particular con un método para formar un núcleo para una lámpara de LED, asi como la lámpara en si.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION Las lámparas incandescentes están siendo lentamente remplazadas por lámparas más modernas, incluyendo lámparas de LED. Las lámparas de LED de baja intensidad pueden proporcionar luz eficiente sin la necesidad de un disipador de calor grande, pero a media que se incrementa la luminosidad, proporcionar una lámpara práctica se vuelve más difícil debido a que es necesario un disipador de calor grande para remover calor, afectando no únicamente la estética de la lámpara, sino bloqueando también algo de la luz emitida.
Las lámparas de LED son autónomas. El suministro de energía para activar las lámparas, al igual que los circuitos, se localizan dentro de la lámpara. La Solicitud de Patente Estadounidense No. De Serie 12/826,774, presentada el 30 de junio de 2010, la descripción de la cual se incorpora aquí como referencia, describe un remplazo de lámpara de LED para lámparas incandescentes de baja potencia. Esta describe una lámpara de LED que permite que la luz se irradie en un ángulo de observación total de 360°C y mantiene la apariencia de un filamento incandescente.
Las lámparas de LED de mayor intensidad requieren la disipación de calor, normalmente con disipadores de calor de varios tipos de material térmicamente conductor. Los disipadores de calor, sin embargo, tienden a obstruir la luz y crear bandas oscuras. Por lo tanto es necesario montar los LED en una forma que permita que la luz se irradie en todas direcciones, disipando a la vez el calor. En la Solicitud No. de Serie 12/826,774 incorporada, debido a la baja potencia, el calor es disipado a través de un tablero de circuitos impresos multicapa y una mase de lámpara del tipo de tornillo. Eso es suficiente para mantener la temperatura de unión del LED bajo el valor nominal máximo establecido por el fabricante. Sin embargo, el incremento de potencia requiere un disipador externo para dispar el calor que no puede ser canalizado adecuadamente a través del tablero de circuitos impresos y la base de la lámpara.
Para disipar el calor en lámparas de LED de alta intensidad, los LED individuales son montados sobre un medio térmicamente conductor, como una placa de aluminio. Sin embargo, montar un LED sobre una placa de espesor incluso nominal reducirá el ángulo de observación de la luz emitida, dando como resultado una banda notable de luz de menor intensidad cuando se proyecte sobre una superficie cercana.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención está dirigida a un bulbo o lámpara de luz que comprende una base de tornillo, un disipador de calor externo montado en la base de tornillo, y un disipador de calor interno que se extiende desde el disipador del calor externo. El disipador de calor interno tiene al menos seis facetas de trabajo. La fuente emisora de luz se monta sobre cada una de las facetas.
De acuerdo con la forma preferida de la invención, la fuente de luz de cada faceta de trabajo comprende una pluralidad de diodos emisores de luz. Los diodos emisores de luz de cada faceta están montados sobre un tablero de circuitos asegurados a las facetas. Preferiblemente el disipador de calor interno es de metal, como aluminio, el conduce fácilmente el calor del disipador de calor interno al disipador de calor externo y hacia la base de tornillo. Las facetas del disipador de calor interno están localizadas en una relación de imagen especular sobre los lados opuestos de un plano central. Las facetas están formadas en una relación angular entre si.
El núcleo del bulbo de luz es formado por un método que comprende los pasos de formar un disipador de calor que tiene al menos seis facetas de trabajo, con las facetas de trabajo localizándose igualmente sobre los lados opuestos del plano central. Una fuente de luz se monta sobre cada una de las facetas de trabajo. Preferiblemente, las facetas se forman en relación de imagen especular sobre los lados opuestos del plano central.
En el montaje de una fuente de luz sobre cada faceta de trabajo, la invención incluye los pasos de colocar las fuentes de luz sobre tableros de circuitos, con cada tablero de circuitos correspondiendo as una de las facetas de trabajo respectivas, y aplicar entonces los tableros de circuitos a las facetas de trabajo respectivas. Preferiblemente, los tableros de circuitos son conectados eléctricamente entre si antes de que los tableros de circuitos sean aplicados a las facetas de trabajo.
Los tableros de circuitos son formados en un arreglo plano interconectados por lengüetas frágiles. Mientras los tableros de circuitos están en el arreglo plano, están interconectados eléctricamente. Entonces, las lengüetas frágiles se fracturan cuando los tableros de circuitos son aplicados a las facetas de trabajo.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La invención es descrita con mayor detalle en la siguiente descripción de los ejemplos que incorporan el mejor modo de la invención, tomadas en conjunto con las figuras, en las cuales: La Figura 1 es una ilustración en elevación de una lámpara de LED para el remplazo de lámparas incandescentes de baja potencia como se describe en la Solicitud de Patente Estadounidense No. de Serie 12/826,774 incorporada.
La Figura 2 es una ilustración en elevación frontal del disipador de calor interno de acuerdo con la invención, montado en el disipador de calor externo.
La Figura 3 es una vista en perspectiva superior de la combinación mostrada en la Figura 2.
La Figura 4? es una ilustración en elevación lateral de la combinación mostrada en le Figura 2.
La Figura 4B es una vista plana superior de la combinación mostrada en la Figura 2.
La Figura 4C es una vista esquemática similar a la de la Figura 4A, y que muestra la superposición de los haces de los LED montados.
La Figura 4D es una vista similar a la de la Figura 4B, y que muestran la superposición de los haces de los LED montados.
La Figura 5 es una vista isométrica de la formación plana de los tableros de circuitos impresos, que muestra las lengüetas que mantienen los tableros de circuitos impresos en su lugar, con todos los elementos montados sobre estos.
La Figura 5A es una vista plana de la Figura 5, que muestra mejor las dimensiones relativas; La Figura 6A es una ilustración en elevación isométrica de una lámpara de acuerdo con la invención.
La Figura 6B es una vista isométrica similar a la de la Figura 6A, pero tomada desde arriba.
La Figura 6C es una ilustración en elevación frontal similar a la de la Figura 6A.
La Figura 6D es una ilustración en elevación lateral de la Figura 6C.
La Figura 7A es un diagrama de bloques de un excitador que usa una resistencia de caída en serie para limitar la corriente de entrada.
La Figura 7B es un diagrama de lotes de un excitador que usa un regulador de corriente lineal para limitar la corriente de entrada.
La Figura 8 muestra la corriente pico de LED que puede ser fijada, usando el excitador de la Figura 7A.
La Figura 9 muestra la corriente pico de LED que puede ser fijada, usando el excitador de la Figura 7B.
Las Figuras 10, 11 y 12A-12C ilustran como la lámpara de LED será atenuada con atenuadores TRIAC de fase directa para los circuitos mostrados en las Figuras 7A y 7B a diferentes ángulos de atenuación.
La Figura 13 muestra un circuito de acuerdo con la invención que incluye el uso de supresores de sobrecargas momentáneas en la entrada para limitar un voltaje de entrada temporalmente alto y proteger contra fallas.
DESCRIPCION DE LOS EJEMPLOS QUE INCORPORAN EL MEJOR MODO DE LA INVENCION La Solicitud de Patente Estadounidense No. de Serie 12/826,774, presentada el 30 de junio de 2010, incorporada, describe una lámpara tipo A con un arreglo de LED que permite que luz se irradie en un ángulo de observación total de 360°C y mantiene la apariencia de un filamento incandescente típico. Una forma de esa lámpara se muestra en 10 en la Figura 1, y deberá hacerse referencia a la solicitud incorporada para mayor detalle.
Las Figuras 2-4 ilustran una forma de un disipador de calor externo 12 y un disipador de calor interno 14 de la presente invención, con una lámpara completamente montada mostrada en las Figuras 6. El disipador de calor externo 12 está conectado a una base de tonillo de lámpara convencional 16 (Figuras 6), y puede, en si, ser convencional y por lo tanto no se describe con mayor detalle. Un aislante 15 aisla eléctricamente el disipador de calor externo 12 de la base de tornillo .
Como es bien sabido, las lámparas de LED de mayor potencia requieren un suministro de energía mayor y requieren disipación de temperatura para funcionar apropiadamente. Típicamente, la disipación de temperatura requiere un material térmicamente conductor, pero la desventaja de usar un material térmicamente conductor es que éste también obstruye algo de la luz y crea bandas oscuras. Por lo tanto, si el disipador del calor interno 14 fuera simplemente una placa plana de material térmicamente conductor, como metal, el montaje de los LED sobre ésta conduciría a bandas oscuras inaceptables o una banda de luz de intensidad notablemente menor cuando se proyecte sobre una superficie cercana.
Para superar los problemas de intensidad de luz, el disipador de calor interno 14 se forma con seis facetas de trabajo, como se muestra en las Figuras 2-4, estando las facetas de trabajo igualmente ubicadas sobre los lados opuestos de un plano central 18. De este modo, las facetas de trabajo 20, 22 y 24 se localizan sobre un lado del plano 18, mientras que las facetas de trabajo 26, 28 y 30 se localizan sobre el lado opuesto. El disipador de calor interno 14 también tiene porciones truncadas 32 y 34 las cuales nos son facetas de trabajo, sino simplemente áreas donde no existe material para acomodarse fácilmente dentro de un domo o recinto de vidrio transparente, como se describe con mayor detalle más adelante.
Como se explica más adelante, cada una de las facetas de trabajo 20-30 incluye una fuente luz montada sobre ellas. Mientras que en la modalidad preferida esa fuente de luz es una serie de LED, ésta podría, en circunstancias apropiadas, ser una fuente de luz diferente pero similar.
Las facetas de trabajo 20-30 se forman en una relación angular entre si, de modo que los haces de luz emitidos desde los LED montados sobre estas se superpongan y eliminen cualquier banda oscura. Esto es descrito de manera esquemática en las Figuras 4C y 4D, donde los LED 36 se muestran esquemáticamente localizados sobre las diferentes facetas y los ángulos de los haces de los LED también son ilustrados. Aunque un LED ilumina realmente a lo largo del ángulo del haz ilustrado, se considera que el ángulo del haz del LED es aquel donde la intensidad de la luz disminuye por debajo del 50%.
Un LED blanco típico tiene un ángulo de haz de 120-150°. Como el haz de LED mostrado en las Figuras 4C y 4D. Eso conduce a la superposición de los haces de luz emanados para que sean visualmente uniformes al observador, cuando las facetas de trabajo 20 y 26 sean apropiadamente orientadas. En una forma preferida de la invención, las facetas de trabajo 20 y 26 están orientadas en un ángulo externo de aproximadamente 150° hacía el plano central 18. Las facetas de trabajo 22, 24, 28 y 30 están orientadas en un ángulo externo de aproximadamente 180°. Obviamente, los ángulos de las facetas de trabajo 20-30 pueden variar, dependiendo de los ángulos de los haces de los LED que sean empleados.
Las Figuras 5 ilustran una forma de los tableros de circuitos impresos que puede ser usada para el montaje de los LED 36. Existe, necesariamente, un tablero de circuitos impresos para cada una de las facetas de trabajo 20-30, o por lo tanto seis tableros de circuitos impresos que están dimensionados para ser montados sobre sus seis facetas de trabajo correspondientes.
Los tableros de circuitos impresos están formados, de manera ventajosa, de un solo panel 38. De este modo, el panel 38 se divide en los tableros de circuitos impresos 40, 42, y 44 sobre un lado, y los tableros de circuitos impresos 46, 48 y 50 sobre el otro. Cada uno de los tableros de circuitos impresos 40-50 son mantenidos juntos por lengüetas 52 conectadas entre los tableros de circuitos respectivos 40 y el material restante del panel 38, asi como entre los tableros de circuitos impresos 40-50, en si. Las lengüetas 52 se rompen fácilmente para liberar los tableros del panel 38 y para el montaje sobre las facetas de trabajo 20-30.
Los tableros de circuitos impresos 40-50 pueden ser formados de manera convencional, lo cual por lo tanto no es descrito con mayor detalle. Los tableros de circuitos impresos 40-50 son poblados con LED 36 conectados en serie, así como los diferentes componentes eléctricos necesarios para excitar los LED 36. Aquellos componentes eléctricos no forman parte de la invención, y se muestran, de manera general, en 54 en las figuras. Para la conexión eléctrica entre los tableros de circuitos impresos 40-50, son instalados puentes alámbricos 56 montados en la superficie, mientras que los circuitos de tableros impresos 40-50 son poblados con los LED 36 y varios componentes eléctricos.
La separación entre los diferentes tableros de circuitos impresos 40-50 es elegida de modo que la longitud de los puentes alámbricos 56 sea suficiente para que los tableros sean montados sobre sus facetas de trabajo respectivas 20-30. Estas separaciones 58, 60 y 62 son establecidas entre los circuitos de tableros impresos 40-50, como se muestra en la Figura 5A, de modo que los tableros de circuitos impresos 40-50 puedan entonces ser montados sobre sus facetas de trabajo respectivas 20-30. Obviamente, las separaciones 58-62 pueden variar, y varían dependiendo de las relaciones angulares de las facetas de trabajo 20-30.
Los tableros de circuitos impresos 40-50 pueden ser montados sobre las facetas de trabajo 20-30 en una forma convencional. Por ejemplo, los tableros de circuitos impresos 40-50 pueden ser precedidas por una capa adhesiva, la cual está recubierta por una capa desprendible . La remoción de la capa desprendible permitirá que los tableros de circuitos impresos 40-50 respectivos sean asegurados adhesivamente a sus facetas de trabajo respectivas 20-30. Por ejemplo, los seis tableros de circuitos impresos 40-50 pueden ser separados del panel 38 rompiendo las lengüetas 52 que conectan los tableros de circuitos impresos a este. Entonces, el tablero de circuitos impresos 40 puede ser aplicado a la faceta de trabajo 20. Las lengüetas 52 que conectan los tableros de circuitos impresos 42 y 44 al tablero de circuitos impresos 50 pueden entonces ser rotas, y los tableros de circuitos impresos 44 y 42 aplicados a sus facetas de trabajo 24 y 22 respectivas. De manera similar, el lado opuesto del disipador de calor interno 14 es entonces poblado por los tableros de circuitos impresos superpuestos.
Una lámpara o bulbo de luz 64 completa se muestra en las Figuras 6. Un recinto o domo de vidrio transparente 66 se extiende desde el disipador de calor externo 12 y rodea y protege los componentes de la invención montados sobre le disipador de calor interno 14, y da a la lámpara 64 la apariencia de una lámpara incandescente convencional. Obviamente, puesto que son usados LED, no es necesario un gas particular en el recinto 66 o la evacuación del mismo.
Las facetas de trabajo 20-30 se localizan en una relación de imagen especular sobre los lados opuestos del plano central 18, en la relación angular entre si descrita anteriormente. Aunque es preferida una relación de imagen especular, será evidente que si aún la dispersión de luz a través de 360° no es critica, entonces seria necesaria una relación de imagen especular entre las diferentes facetas.
Es necesario un excitador para excitar los LED 36. Dos excitadores son mostrados en las Figuras 7A y 7B. En ambos, el voltaje de entrada, después de pasar a través de un rectificador 68, es usado para excitar las combinaciones en serie de los LED 36. En la Figura 7A, para limitar la corriente de entrada es empleada una resistencia 70, y este tipo de circuito también es discutido en la Solicitud Estadounidense No. de Serie 12/826,774 incorporada. En la Figura 7B, en lugar de la resistencia 70, es empleado un regulador de corriente lineal 72. Los tipos de excitadores ilustrados y descritos son simplemente para propósitos de explicación, y será evidente que pueden ser empleados otros tipos de excitadores, también. El excitador no forma parte de la invención.
El regulador de corriente 72 es ventajoso dado que usa menos energía, y también la corriente de LED pico puede ser ajustada de modo que no exceda un valor predeterminado, lo cual asegura que los LED operen dentro de los límites establecidos por el fabricante de los LED. Esto se muestra de manera simple y gráfica en las Figura 8 y 9.
Cuando la corriente del LED cae por debajo de un punto de referencia de corriente constante, el regulador de corriente ya no capta la corriente del LED sino que será limitada por la resistencia dinámica de los LED y cualquier resistencia que sea agregada al circuito de excitación. A medida que el voltaje de entrada se reduzca más, la corriente del LED caerá hasta que el voltaje de la fuente se aproxime al voltaje del LED, punto en cual el LED se apagará. En una forma similar, el LED será atenuado con atenuadores de fase invertida y fase directa. Esos conceptos se muestran esquemáticamente en las Figuras 10, 11 y 12A-12C. Esto es simplemente para explicación, únicamente, y la atenuación no forma parte de la invención.
Un sobrevoltaje temporal hacia una lámpara de LED puede ser destructivo. Para proteger contra un sobrevoltaje repentino, puede ser empleado un supresor de sobrevoltaje repentino 74, como se muestra en la Figura 13.
La invención permite el remplazo de una lámpara incandescente con una lámpara de LED, con poca o ninguna diferencia estética discernible por el usuario. Como se muestra en las Figuras 6, la invención reproduce una lámpara incandescente, y con una base de tornillo del tipo de Edison 16, proporciona una lámpara de LED A19 completamente compatible con las lámparas incandescentes que remplaza. Pueden hacerse varios cambios a la invención sin apartarse del espíritu de la misma o el alcance las siguientes reivindicaciones.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un bulbo de luz, caracterizado porque comprende : a. una base de tonillo. b. un disipador de calor externo montado en la base de tornillo. c. un disipador de calor interno que se extiende desde el disipador de calor externo, teniendo el disipador de calor interno al menos seis facetas de trabajo, y d. una fuente que emite luz montada sobre cada faceta de trabajo.
2. El bulbo de luz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la fuente luz comprende una pluralidad de diodos emisores de luz (LED) .
3. El bulbo de luz de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los LED de cada faceta se montan sobre un tablero de circuitos asegurado a la faceta .
4. El bulbo de luz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el disipador de calor interno es de metal.
5. El bulbo de luz de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las facetas se localizan en relación de imagen especular sobre lados opuestos de un plano central.
6. El bulbo de luz de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque las facetas se forman en una relación angular entre si.
7. Un método para formar un núcleo de bulbo de luz, caracterizado porque comprende los pasos de a. formar un disipador de calor que tiene al menos seis facetas de trabajo, estando las facetas de trabajo igualmente localizadas sobre los lados opuestos de un plano central, y b. montar una fuente de luz sobre cada faceta de trabajo .
8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el paso "a" del método incluye ubicar las facetas en relación de imagen especular sobre los lados opuestos del plano central.
9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el paso "b" del método incluye los pasos de i. ubicar las fuentes de luz sobre los tableros de circuitos, con cada tablero de circuitos correspondiendo a una de las facetas de trabajo respectivas, y entonces, ii. aplicar los tableros de circuitos a una de las facetas de trabajo respectivas.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque incluye el paso, entre los pasos "i" y "ii" del método, de conectar eléctricamente los tableros de circuitos entre si.
11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque antes del paso "i" del método, incluye los pasos de formar los tableros de circuitos en un arreglo plano interconectado por lengüetas frágiles, y conectar eléctricamente los tableros de circuitos mientras están en el arreglo plano.
12. El método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque incluye fracturar al menos algunas de las lengüetas antes del paso "b" del método.
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