PL224441B1 - Urządzenie oświetlające - Google Patents

Abstract

W urządzeniu oświetlającym z płytką (40) z diodami LED zawierającym obudowę (5), do której jest przymocowany klosz (20) osłaniający płytkę (40) z diodami LED i co najmniej jeden element osadczy (60) z elementami kontaktowymi (61) umożliwiającymi przyłączenie płytki (40) z diodami LED do zewnętrznego źródła zasilania, obudowa (5) posiada radiator (10), odprowadzający ciepło, z powierzchnią stykową, do której przylega płytka (40) z diodami LED. Wspomniana płytka (40) z diodami LED zawiera metalową dolną warstwę ekranującą, którą płytka (40) z diodami LED, jest zwrócona do powierzchni stykowej, od której dolna warstwa ekranująca jest odizolowana, i co najmniej jedną metalową dodatkową warstwę ekranującą, które są ze sobą połączone za pomocą łącza elektrycznego i między którymi znajduje się co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi diody LED, z układami zasilającymi i układami sterującymi, przy czym metalowa dolna warstwa ekranująca jest połączona dodatkowo za pomocą równoległego układu RC z jednym z biegunów układu zasilania płytki (40) z diodami LED, a metalowa dodatkowa warstwa ekranująca jest połączona za pomocą równoległego układu RC z pozostałym biegunem układu zasilania płytki.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie oświetlające, zwłaszcza energooszczędne urządzenie oświetlające do oświetlania pomieszczeń.

Zakaz produkcji i sprzedaży żarówek z włóknami żarowymi o mocy powyżej 25 W wymusił na producentach urządzeń oświetlających szukanie innych źródeł emitujących światło o wysokiej sk uteczności świetlnej. Obecnie najbardziej znane urządzenia oświetlające wykorzystują jako źródło światła diody LED, których skuteczność świetlna przekracza nawet 110 Im/W.

Z opisu zgłoszeniowego EP 2511588 A2 pt. „LED illuminator and LED lamp comprising the same” znana jest świetlówka mająca punkty świetlne jako diody LED, które są usytuowane na płytce umieszczonej w obudowie.

Z opisu zgłoszeniowego US 2010164409 A1 pt. „Integrally formed light emitting diode light wire and uses thereof” znany jest wąż z diod LED posiadający moduły diod LED składające się z wielu diod LED i mikroprocesor z portami, które sterują działaniem diod LED.

Z opisu zgłoszeniowego WO 2013011422 A1 pt. „Light source comprising a LED strip” jest znana wydłużona płytka z diodami LED, która jest zasilana ze źródła prądu stałego i posiada równolegle połączone ze sobą układy diod LED połączonych szeregowo.

Wadą znanych rozwiązań jest problem z odprowadzeniem ciepła wytworzonego przez diody LED i podatność na przepięcia układu elektrycznego świetlówki.

Celem niniejszego wynalazku jest stworzenie urządzenia oświetlającego z diodami LED o dużej skuteczności świetlnej, które miałoby konstrukcję ułatwiającą odprowadzanie ciepła generowanego przez diody LED do otoczenia.

Ideą wynalazku jest urządzenie oświetlające z płytką z diodami LED zawierające obudowę, do której jest przymocowany klosz osłaniający płytkę z diodami LED i co najmniej jeden element osadczy z elementami kontaktowymi umożliwiającymi przyłączenie płytki z diodami LED do zewnętrznego źródła zasilania, przy czym obudowa posiada radiator z powierzchnią stykową, do której przylega płytka z diodami LED, charakteryzujące się tym, że płytka z diodami LED zawiera metalową dolną warstwę ekranującą, którą płytka z diodami LED, jest zwrócona do powierzchni stykowej, od której dolna warstwa ekranująca jest odizolowana, i co najmniej jedną metalową dodatkową warstwę ekranującą, które są ze sobą połączone za pomocą łącza elektrycznego i między którymi znajduje się co najmniej jedna wewnętrzna warstwa z obwodami elektrycznymi łączącymi diody LED, z układami zasilającymi i układami sterującymi, przy czym metalowa dolna warstwa ekranująca jest połączona dodatkowo za pom ocą równoległego układu RC z jednym z biegunów układu zasilania płytki z diodami LED a metalowa dodatkowa warstwa ekranująca jest połączona za pomocą równoległego układu RC z pozostałym biegunem układu zasilania płytki, przy czym jeden z biegunów układu zasilania jest połączony z poz ostałym biegunem układu zasilania za pomocą układu prostowniczego w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego układu zasilania płytki z diodami LED.

Urządzeniem oświetlającym może być żarówka z płytką z diodami LED albo lampa z płytką z diodami LED albo świetlówka z płytką z diodami LED.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia przekrój podłużny urządzenia oświetlającego z diodami LED w postaci żarówki świecącej diodami LED, Fig. 2 przedstawia widok rozstrzelony elementów żarówki świecącej diodami LED, Fig. 3 przedstawia widok na płytkę z diodami LED, Fig. 4 przedstawia przekrój korpusu radiatora, Fig. 5 przedstawia poprzeczny przekrój cząstkowy płytki z diodami LED, Fig. 6 przedstawia fragment płytki żarówki z diodami LED, Fig. 7 przedstawia schematycznie układ elektryczny żarówki z diodami LED, Fig. 8 przedstawia widok z przodu lampy z diodami LED, Fig. 9 przedstawia widok rozstrzelony elementów lampy z diodami LED, Fig. 10 przedstawia widok na płytkę lampy z diodami LED, Fig. 11 przedstawia ogólny schemat blokowy układu zasilania i sterowania baterią diod LED, a Fig. 12 przedstawia widok rozstrzelony elementów świetlówki z diodami LED.

Urządzenie oświetlające 1 z diodami LED, przykładowo LED SMD albo LED COB, w postaci żarówki świecącej diodami LED, przedstawione na Fig. 1,2, 3 i 4, swoim kształtem przypomina żarówki z włóknem żarowym w szklanej bańce wypełnionej mieszaniną gazów szlachetnych. To urządzenie oświetlające 1 cechuje się prostotą konstrukcji i zawiera obudowę 5 z kloszem 20 w postaci półkuli. Obudowa 5 ma radiator 10, najczęściej metalowy, który za pomocą elementu adaptacyjnego 50 jest połączony z cokołem 60, przykładowo E14, E27, z elementami kontaktowymi 61, 62, który pozwala

PL 224 441 B1 umieścić urządzenie oświetlające w oprawie, przykładowo dla żarówek zasilanych napięciem 230 V. W obudowie 5 pod kloszem 20 jest umieszczona najczęściej jedna płytka 40 z diodami LED przym ocowana pośrednio lub bezpośrednio do radiatora 10 z wydrążoną komorą wewnętrzną 17 korpusu 16 obudowy 5. W rozwiązaniu przedstawionym na Fig. 1, 2, 3 i 4 płytka 40 z diodami LED 41 przylega, tak jak wspomniano pośrednio lub bezpośrednio, do ścianki wewnętrznej 15 zamykającej od strony klosza komorę wewnętrzną 17. Wewnętrzna ścianka 15 ma co najmniej jedną płaską powierzchnię stykową 12 rozprzestrzeniającą się także na czoło korpusu 16 i zwróconą do płytki 40 z diodami LED 41. Ścianka wewnętrzna 15, która w tym rozwiązaniu ma kształt koła, przejmuje ciepło od płytki 40 z diodami LED 41, zwłaszcza od jej środkowej części, i przekazuje je do korpusu 16. Korpus 16 radiatora 10 z zewnętrznym pierścieniem 11 obejmującym ściankę wewnętrzną 15 i odstającym w kierunku klosza 20, ma kształt obrotowej figury wydrążonej w środku i zamkniętej od strony klosza góry ścianką wewnętrzną 15. Korpus 16 z jednej strony ma średnicę równą podstawie klosza 20, a która zmniejsza się w kierunku do elementu adaptacyjnego 50, z kołnierzem 51, którego powierzchnia czołowa 52 jest skierowana w stronę obudowy 5 z kloszem 20, pod którym jest umieszczona płytka 40 z diodami LED 41. Wewnątrz elementu adaptacyjnego 50, w komorze lub przestrzeni, jest umieszczona płytka zasilająca 70, na której są zamontowane elementy układu zasilania 71, który przetwarza napięcie źródła zasilania na napięcie układu zasilania diod LED. Średnica zewnętrzna elementu adaptacyjnego 50 odpowiada średnicy wewnętrznej walcowego wydrążenia korpusu 16 radiatora 10, który na zewnątrz ma żeberka 13 zwiększające odprowadzanie do otoczenia ciepła wytwarzanego przez urządzenie oświetlające, w szczególności ciepło przejęte od płytki 40 z diodami LED 41. Na zewnętrznej powierzchni elementu adaptacyjnego 50 i cokołu 60 umieszczona jest izolacja 30.

Na Fig. 3 przedstawia widok na płytkę z diodami LED. Płytka 40 z diodami LED 41 z układem sterującym 45 może być przymocowana do radiatora 10 za pomocą połączenia rozłącznego lub połączenia nierozłącznego. Cyrkulacja powietrza wewnątrz obudowy jest zapewniona dzięki otworowi 44.

Płytka 40 z diodami LED 41, której fragmentaryczna część została pokazana w powiększeniu na Fig. 5 i ze szczegółami na Fig. 6, zawiera metalową dolną warstwę ekranującą 349, którą płytka 40 z diodami LED 41, w szczególności diodami LED 341, 342, 343, 344, tworzącymi baterie 340 diod LED, jest zwrócona do powierzchni stykowej 15, wcześniej opisanego korpusu 16 radiatora 10, od której dolna warstwa ekranująca 349 jest odizolowana warstwą izolacyjną 548, i co najmniej jedną metalową dodatkową warstwę ekranującą 449, 649, które są ze sobą połączone za pomocą łącza elektrycznego 549, zwanego również przelotką, i między którymi znajduje się co najmniej jedna wewnętrzna warstwa 346, 746 z obwodami elektrycznymi, która jest odizolowana od dolnej warstwy ekranującej za pomocą środkowej warstwy izolacyjnej 448 i od dodatkowej warstwy ekranującej 449, 649 za pomocą górnej warstwy izolacyjnej 348, łączącymi diody LED 41 z układami zasilającymi i układami sterującymi diod LED 41. Obwody elektryczne łączące diody LED 41 posiadają ścieżki przewodzące 346, 347, wykonane z metalu dobrze przewodzącego prąd, przykładowo z miedzi i/lub srebra i/lub o podobnych właściwościach, które są połączone za pomocą łączy przelotowych 546 z płytkami przyłączeniowymi 646, nazywanymi również padami, do których są przylutowane st yki lub wyprowadzenia diod LED 41. Połączenia diod LED 41 z układami elektrycznymi, w tym z układami zasilającymi i układami sterującymi diod LED 41, w szczególności z sekwencyjnym układem zasilania diod LED lub sekwencyjnymi układami zasilania diod LED 41, zostały pokazane na Fig. 7.

Fig. 7 przedstawia schemat uproszczonego obwodu elektrycznego 300, którego głównymi układami są zasilacz 370, układ zabezpieczający 380, sekwencyjny układ 345 zasilania diod LED z układami sterującymi i sekwencje lub segmenty 355 diod LED 41. Diody LED 41 są pogrupowane w segmenty 355 diod LED 341 do 342, 343 do 344 zawierające co najmniej jedną diodę LED, i są przym ocowane najczęściej w środkowym rejonie 340 co najmniej jednej płytki 40 z obwodami drukowanymi, zwaną w skrócie płytką PCB. Nóżki lub wyprowadzenia każdej z diod LED 41 są przylutowane do płytek przyłączeniowych, zwanych padami 646, które zostały przedstawione bardziej szczegółowo na Fig. 6, które znajdują się na górnej warstwie 348 lub na górnej powierzchni płytki 40. Na płytce 40, zwanej również płytką główną, może znajdować się również sekwencyjny układ 345 sterujący pracą diod LED 41 i układ zabezpieczający 380, który zapobiega przepięciom wywołanym gromadzeniem się ładunków elektrostatycznych na elementach świetlówki, w tym na procesorach, diodach LED, płytkach PCB, w szczególności na poszczególnych ich warstwach.

Jak wynika z Fig. 7 w powiązaniu z Fig. 6, metalowa dolna warstwa ekranująca 349 jest połączona za pomocą równoległego układu RC z jednym z biegunów układu zasilania płytki 40 z diodami LED 41, a metalowa dodatkowa warstwa ekranująca jest połączona za pomocą równoległego układu

PL 224 441 B1

RC z pozostałym biegunem układu zasilania płytki, przy czym jeden z biegunów układu zasilania jest połączony z pozostałym biegunem układu zasilania za pomocą układu prostowniczego w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego -U układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego +U układu zasilania płytki 40 z diodami LED 41. Opisane równoległe układy RC i układ prostowniczy są składowymi układu zabezpieczającego 380, który zabezpiecza układ elektryczny 300 przed przepięciem, czyli wzrostem napięcia ponad maksymalną dopuszczalną wartość napięcia układu elektrycznego, w szczególności pomiędzy różnymi wyprowadzeniami elementów świetlówki. W szczególności, w rozwiązaniu przedstawionym na Fig. 7 metalowa dolna warstwa ekranująca 349 jest połączona za pomocą równoległego układu RC 381, 382 z biegunem dodatnim +U układu zasilania płytki 40 z diodami LED 41, a metalowe dodatkowe warstwy ekranujące 449, 649 są połączone za pomocą równoległego układu RC 383, 384 z biegunem ujemnym -U układu zasilania płytki 40. W tym rozwiązaniu biegun ujemny -U układu zasilania płytki 40 z diodami LED 41 jest połączony z biegunem dodatnim +U układu zasilania płytki za pomocą układu prostowniczego 385, przykładowo za pomocą diody Zenera, w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego -U układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego +U układu zasilania płytki 40 z diodami LED 41.

Załączaniem poszczególnych sekwencji 355 diod LED 341 do 342, 343 do 344, i dalszych steruje sekwencyjny układ 345 zasilania diod LED z układami sterującymi 351 i układami załączającymi 352, którego wejścia są połączone za pomocą oporników 347, regulujących za pomocą łączy 346 kolejność załączania poszczególnych sekwencji 355 diod LED. Wartość napięcia odniesienia na poszczegó lnych wejściach sekwencyjnego układu 345 zasilania diod LED jest ponadto regulowane za pomocą opornika 350.

Fig. 8 przedstawia lampę 101 w widoku od frontu, Fig. 9 przedstawia wspomnianą lampę w widoku rozstrzelonym, a Fig. 10 przedstawia płytkę z bateriami 340 diod LED z sekwencyjnym liniowym układem 345 zasilania diod LED i przekaźnikiem elektronicznym 390. W korpusie 111 dolnej obudowy w kształcie radiatora 110 z żeberkami 113 pod kloszem 120 w kształcie szyby, jest umieszczona najczęściej jedna płytka 140 z diodami LED przymocowana pośrednio lub bezpośrednio do ścianki wewnętrznej z powierzchnią stykową 112. Każda z baterii 340 diod LED może być zbudowana jak płytka wielowarstwowa, której budowa została opisana w nawiązaniu do Fig. 6 i 7. Na płytce jest również możliwe umieszczenie układu zasilającego 150 z elementami 151 układu zasilania i zabezpieczenia płytki 140. W rozwiązaniu przedstawionym na Fig. 8 i 9, płytka 140 z diodami LED 141 przylega, tak jak wspomniano pośrednio lub bezpośrednio, do ścianki wewnętrznej z powierzchnia stykową 112, do której przekazuje ciepło wytworzone przez diody LED 141, która z kolei przekazuje je do korpusu 111. Do kołnierza korpusu 111 klosz 120 jest przymocowany za pośrednictwem podkładki 119 i jest dociskany za pomocą obejmy 125, która w górnej części ma okno 124 umożliwiające przedostawanie się światła na zewnętrz. W rozwiązaniu przedstawionym na Fig. 9, obejma 125 jest mocowana za pomocą wkrętów 122, 123 przechodzących przez otwory 121 znajdujące się w obrzeżu obejmy. Lampa może być przymocowana do słupa za pomocą elementów 160, 161, 162, 163, 164, 165.

W nawiązaniu do Fig. 10, na Fig. 11 został przedstawiony ogólny schemat blokowy układu zasilania i sterowania baterią 340 diod LED, której działanie jest sterowane za pomocą sekwencyjnego liniowego układu 345 zasilania diod LED i przekaźnika elektronicznego 390, a która jest zasilana przez układ wstępny zasilania 370. Przekaźniki 390, załączające poszczególne baterie 340 diod LED, mogą być sterowane zewnętrznym układem sterującym 600 zawierającym inteligentny sterownik 601, który może odbierać sygnały sterujące za pomocą łącza radiowego 603 i/lub łącza kablowego 604 i otrzymywać informacje do różnego rodzaju czujników przykładowo czujnika 602 światła, w szczegó lności luksomierza.

W zależności od potrzeb, baterie 340 diod LED mogą emitować światło o różnej barwie i natężeniu w zależności, przykładowo od pory dnia.

Fig. 12 przedstawia widok rozstrzelony elementów następnego przykładu wykonania wynalazku jakim jest urządzenie oświetlające w postaci świetlówki 201 z płytką 240 z diodami LED 241, która jest coraz powszechniej stosowana zwłaszcza w budynkach publicznych. Świetlówka 201 przedstawiona na Fig. 12 zawiera obudowę 205 mającą radiator 210 i klosz 220. Obudowa świetlówki 201 jest zakończona co najmniej jednym trzonkiem z cylindryczną oprawką 250 i zaślepką 260, między którymi znajduje się płytka zasilająca 270. Płytka 240 z diod LED 241 może być zbudowana jako płytka wielowarstwowa, której budowa została opisana w nawiązaniu do Fig. 6 i 7.

PL 224 441 B1

Zastosowanie nowoczesnych, wydajnych diod SMD, pozwala na osiągnięcie skuteczności świetlnej na poziomie 110 Im/W. Z kolei, odpowiednio dobrane odległości pomiędzy diodami dają efekt pełnego świecącego paska. Ponadto zastosowanie klosza poliwęglanowego, aluminiowego lub mosiężnego radiatora, oraz bardzo wysokiej jakości diod LED sprawiają, że urządzenia świetlne takie jak żarówki z diodami LED, lampy z diodami LED i świetlówki z diodami LED według rozwiązań zgodnych z wynalazkiem są wysoce niezawodne i bardzo ekonomiczne w porównaniu z tradycyjnymi źródłami światła.

Rozwiązanie według wynalazku zostało przedstawione na wybranych przykładach wykonania. Przykłady te nie ograniczają jednak wynalazku. Oczywiste jest, że można wprowadzić modyfikacje bez zmiany istoty rozwiązania. Prezentowane przykłady wykonania nie wyczerpują w pełni możliwości zastosowania rozwiązań według wynalazku.

Claims (4)

1. Urządzenie oświetlające z płytką (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141, 241) zawierające obudowę (5, 105, 205), do której jest przymocowany klosz (20, 120, 220) osłaniający płytkę (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141,241) i co najmniej jeden element osadczy (60, 160, 260) z elementami kontaktowymi (61, 62) umożliwiającymi przyłączenie płytki (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141, 241) do zewnętrznego źródła zasilania, przy czym obudowa (5, 105, 205) posiada radiator (10, 110, 210) z powierzchnią stykową (12, 112), do której przylega płytka (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141, 241), znamienne tym, że płytka (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141,241) zawiera metalową dolną warstwę ekranującą (349), którą płytka (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141, 241), jest zwrócona do powierzchni stykowej (12, 112), od której metalowa dolna warstwa ekranująca (349) jest odizolowana, i co najmniej jedną metalową dodatkową warstwę ekranującą (449), które są ze sobą połączone za pomocą łącza elektrycznego i między którymi znajduje się co najmniej jedna wewnętrzna warstwa (346) z obwodami elektrycznymi łączącymi diody LED (41, 141, 241), z układami zasilającymi i układami sterującymi, przy czym metalowa dolna warstwa ekranująca (349) jest połączona dodatkowo za pomocą równoległego układu RC z jednym z biegunów układu zasilania płytki (40, 140, 240) z diodami LED (41, 141, 241), a metalowa dodatkowa warstwa ekranująca (449) jest połączona za pomocą równoległego układu RC z pozostałym biegunem układu zasilania płytki, przy czym jeden z biegunów układu zasilania jest połączony z pozostałem biegunem układu zasilania za pomocą układu prostowniczego w kierunku przewodzącym prąd elektryczny od bieguna ujemnego (-U) układu zasilania płytki z diodami LED do bieguna dodatniego (+U) układu zasilania płytki z diodami LED.

2. Urządzenie oświetlające według zastrz. 1 , znamienne tym, że jest nim żarówka (1) z płytką (40) z diodami LED (41).

3. Urządzenie oświetlające według zastrz. 1, znamienne tym, że jest nim lampa (101) z płytką (140) z diodami LED (141).

4. Urządzenie oświetlające według zastrz. 1 , znamienne tym, że jest nim świetlówka (201) z płytką (240) z diodami LED (241).