PL B1. Sposób zabezpieczania termiczno-prądowego lampy LED oraz lampa LED z zabezpieczeniem termiczno-prądowym

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. F21V 29/00 ( ) F21S 8/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Sposób zabezpieczania termiczno-prądowego lampy LED oraz lampa LED z zabezpieczeniem termiczno-prądowym (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/10 (73) Uprawniony z patentu: KOWALIK LESZEK ELEKTRONIKA- INFORMATYKA, Gliwice, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 02/13 (72) Twórca(y) wynalazku: LESZEK KOWALIK, Gliwice, PL STANISŁAW KOWALIK, Gliwice, PL PIOTR PECKA, Gliwice, PL ŁUKASZ PRACKI, Sosnowiec, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest sposób zabezpieczania termiczno-prądowego lampy LED oraz lampa LED z zabezpieczeniem termiczno-prądowym. Z polskiego opisu patentowego nr znany jest układ impulsowego stabilizatora małych prądów oraz lampka sygnalizacyjna diodowa z tym układem przeznaczonym głównie do zasilania diod LED. Układ zawiera tranzystor kluczujący, tranzystor pomocniczy blokujący, indukcyjność gromadzącą energię włączoną w szereg z obciążeniem, zasilany diodą LED oraz rezystory, charakteryzujący się tym, że dodatnie sprzężenie zwrotne potrzebne do samowzbudzenia układu uzyskano przez zastosowanie dwóch rezystorów pomiarowych oraz wysterowanie bazy tranzystora pomocniczego poprzez rezystor sumą spadkową napięć na nich, przy czym rezystor jest włączony pomiędzy źródło tranzystora i gałąź indukcyjności oraz obciążenia, a rezystor pomiędzy źródło tranzystora kluczującego i diodę usprawniającą. Znane są ponadto lampy LED posiadające stabilizator prądu zasilający diody LED. Z europejskiego opisu patentowego EP znane jest oświetlenie LED posiadające poprawioną wymianę ciepła diody LED poprzez zmniejszenie termicznej rezystancji między złączami diody LED a temperaturą otaczającego diodę powietrza, co jest osiągane za pomocą przepływów powietrza oraz struktur wykorzystujących naturalny konwekcyjny system chłodzenia. Z koreańskiego opisu patentowego KR znane jest urządzenie do diody LED chłodzące za pomocą efektu Peltiera, przy czym strony zimna i ciepła ogniwa Peltiera wbudowane są we wnętrze radiatora zamocowanego do diody LED. Sposób według wynalazku polega na tym, że napięcie zasilania podaje się na zabezpieczenie termiczne, w którym mierzy się temperaturę radiatora, a tym samym pośrednio temperaturę lampy LED, przy czym przy przekroczeniu temperatury dopuszczalnej przez temperaturę radiatora, obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie prądowe proporcjonalnie do wzrostu temperatury, i korzystnie równocześnie mierzy się w zabezpieczeniu prądowym natężenie prądu płynącego przez diodę LED poprzez pomiar napięcia na rezystorze pomiarowym, przy tym przy przekroczeniu prądu dopuszczalnego obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie termiczne. Lampa LED według wynalazku charakteryzuje się tym, że między zasilaniem a diodą LED umieszczona jest przetwornica oraz zabezpieczenie termiczne i/lub prądowe, przy czym zabezpieczenie termiczne jest w postaci korzystnie termistora trwale podłączonego do radiatora, przy czym do radiatora podłączona jest ponadto ciepła strona ogniwa Peltiera korzystnie najbliżej diody LED, a zimną stronę ogniwa Peltiera korzystnie otacza powietrze, przy tym wytworzone na ogniwie Peltiera w wyniku gradientu temperatury napięcie przekazywane jest za pomocą przetwornicy do zasilania diody LED i/lub zabezpieczenia termicznego i/lub prądowego, dodatkowo zasilając lampę LED. Zabezpieczenie termiczne składa się ze źródła napięcia odniesienia podłączonego do rezystancyjnego dzielnika napięcia, z czego co najmniej jeden jest termistorem, a wyjście rezystancyjnego dzielnika napięcia połączone jest ze wzmacniaczem operacyjnym sterującym tranzystorem i jednocześnie wyjście zabezpieczenia termicznego jest połączone do wzmacniacza operacyjnego poprzez drugi rezystancyjny dzielnik napięcia. Zabezpieczenie termiczne składa się z mikrokontrolera oraz połączonego z nim czujnika temperatury lub termistora, przy tym mikrokontroler steruje pracą tranzystora. Zabezpieczenie prądowe składa się ze źródła napięcia odniesienia połączonego do wzmacniacza operacyjnego sterującego tranzystorem, przy czym napięcie pomiarowe mierzone na rezystorze podłączonym do diody LED podłączone jest do wzmacniacza operacyjnego sterującego tranzystorem. Zabezpieczenie prądowe składa się z mikrokontrolera oraz połączonego do niego napięcia pomiarowego mierzonego na rezystorze podłączonym do diody LED, przy tym mikrokontroler steruje pracą tranzystora. Zimna strona ogniwa Peltiera połączona jest ze zbiornikiem wypełnionym cieczą korzystnie wodą lub ciekłym azotem. Zasilanie umieszczone jest u podstawy słupa. Wynalazek umożliwia zabezpieczenie diody LED przed niekorzystnym wpływem warunków pracy tj. za wysokiej temperatury oraz za dużym przepływającym przez diodę prądem. Wyeliminowanie niekorzystnych warunków pracy diody powoduje wydłużenie czasu życia diody. Zastosowane w wynalazku ogniwo Peltiera z przetwornicą powoduje zmniejszenie poboru prądu z zasilania poprzez odzysk prądu z ciepła wydzielanego na diodzie. Umieszczenie zasilania u podstawy słupa pozwala na łatwiejsze i szybsze serwisowanie w przypadku awarii zasilania lampy LED. Wynalazek objaśniono na rysunku na którym fig. 1 przedstawia schemat blokowy lampy LED, fig. 2 zabezpieczenie temperaturowe w wariancie analogowym, fig. 3 zabezpieczenie prądowe

3 PL B1 3 w wariancie analogowym, fig. 4 umieszczenie zasilania lampy LED u podstawy słupa, fig. 5 charakterystykę temperaturowo-napięciową diody LED przy stałym prądzie, fig. 6 charakterystykę prądowonapięciową diody LED przy stałej temperaturze, fig. 7 zabezpieczenie temperaturowe w wariancie cyfrowym, a fig. 8 zabezpieczenie prądowe w wariancie cyfrowym. Sposób zabezpieczania termicznego lampy LED zawierającej diodę LED krawędziową 6W o prądzie maksymalnym diody I max = 700 ma, polega na tym, że napięcie zasilania 11,7 V podaje się na zabezpieczenie termiczne T, w którym mierzy się temperaturę radiatora, a tym samym temperaturę lampy LED, przy czym przy przekroczeniu temperatury dopuszczalnej T max = 75 C przez radiator, obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie prądowe I proporcjonalnie do wzrostu temperatury, co przedstawia tabela. Sposób zabezpieczania prądowego lampy LED zawierającej diodę LED krawędziową 6W o prądzie maksymalnym diody I max = 700 ma polega na tym, że napięcie zasilania 11,7 V podaje się na zabezpieczenie prądowe I i mierzy się natężenie prądu płynącego przez diodę LED poprzez pomiar napięcia na rezystorze pomiarowym, przy tym po przekroczeniu prądu dopuszczalnego I max obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie termiczne T proporcjonalnie do wzrostu prądu co przedstawia tabela. Zabezpieczenie termiczno-prądowe umożliwia utrzymanie stałego prądu zasilania diody poniżej prądu maksymalnego diody LED. Prąd maksymalny 6W diody LED wynosi 700 ma, natomiast prąd optymalny dzięki zastosowaniu zabezpieczenia termiczno prądowego wynosi 695 ma. Temperatura na diodzie LED Napięcie wyjściowe zabezpieczenia termicznego T a b e l a Napięcie świecenia diody LED w danej temperaturze (V f) Procent luminescencji dla normalnej pracy diody LED 40 C 9,4 V 9,3 V 100,00% 50 C 9,05 V 9,2 V 85,00% 60 C 8,7 V 9,0 V 65,00% 70 C 8,35 V 8,9 V 20,00% Lampa LED zawiera między zasilaniem Z a diodą LED D przetwornicę napięciową P oraz zabezpieczenie termiczne T i/lub prądowe I, przy czym zabezpieczenie termiczne T jest w postaci korzystnie termistora trwale podłączonego do radiatora R, przy czym do radiatora podłączona jest ponadto ciepła strona Oc ogniwa Peltiera O korzystnie najbliżej diody LED D, a zimną stronę Oz ogniwa Peltiera O otacza powietrze, przy tym wytworzone na ogniwie Peltiera O w wyniku gradientu temperatury napięcie przekazywane jest za pomocą przetwornicy napięciowej P do zasilania diody LED D i/lub zabezpieczenia termicznego T i/lub prądowego I, dodatkowo zasilając lampę LED D. Zasilanie Z umieszczone jest u podstawy Sp słupa S. Zabezpieczenie termiczne (wariant analogowy, fig. 2) Zabezpieczenie termiczne składa się: ze źródła napięcia odniesienia Uref połączonego do rezystancyjnego dzielnika napięcia DN1, z czego jeden jest termistorem Term, a wyjście rezystancyjnego dzielnika napięcia DN1 połączone jest ze wzmacniaczem operacyjnym W sterującym tranzystorem Tran i jednocześnie wyjście jest połączone do wzmacniacza operacyjnego W poprzez drugi rezystancyjny dzielnik napięcia DN2. Zabezpieczenie termiczne (wariant cyfrowy, fig. 7) Zabezpieczenie termiczne składa się: z mikrokontrolera M oraz połączonego z nim czujnika temperatury Temp, przy tym mikrokontroler M steruje pracą tranzystora Tran. Zabezpieczenie prądowe (wariant analogowy, fig. 3) Zabezpieczenie prądowe składa się: ze źródła napięcia odniesienia Uref połączonego do wzmacniacza operacyjnego W sterującego tranzystorem Tran, przy czym napięcie pomiarowe mierzone na rezystorze podłączonym do diody LED D podłączone jest do wzmacniacza operacyjnego W sterującego tranzystorem Tran.

4 4 PL B1 Zabezpieczenie prądowe (wariant cyfrowy, fig. 8) Zabezpieczenie prądowe składa się: z mikrokontrolera M oraz podłączonego do niego napięcia pomiarowego mierzonego na rezystorze podłączonym do diody LED D, przy tym mikrokontroler steruje pracą tranzystora Tran. Zastrzeżenia patentowe 1. Sposób zabezpieczania termiczno-prądowego lampy LED wykorzystujący zabezpieczenie termiczne oraz zabezpieczenie prądowe, znamienny tym, że napięcie zasilania podaje się na zabezpieczenie termiczne (T) w którym mierzy się temperaturę radiatora, a tym samym pośrednio temperaturę lampy LED, przy czym przy przekroczeniu temperatury dopuszczalnej (Tmax) przez temperaturę radiatora, obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie prądowe (I) proporcjonalnie do wzrostu temperatury, i korzystnie równocześnie mierzy się w zabezpieczeniu prądowym (I) natężenie prądu płynącego przez diodę LED poprzez pomiar napięcia na rezystorze pomiarowym, przy tym przy przekroczeniu prądu dopuszczalnego (Imax) obniża się napięcie podawane na diodę i/lub zabezpieczenie termiczne (T). 2. Lampa LED z zabezpieczeniem termiczno-prądowym zawierające diody LED, zasilanie, radiator, ogniwo Peltiera, zabezpieczenie termiczne oraz prądowe, znamienna tym, że między zasilaniem (Z) a diodą LED (D) umieszczona jest przetwornica (P), korzystnie przetwornica napięcia oraz zabezpieczenie termiczne (T) i/lub prądowe (I), przy czym zabezpieczenie termiczne (T) jest w postaci korzystnie termistora trwale podłączonego do radiatora (R), przy czym do radiatora podłączona jest ponadto ciepła strona (Oc) ogniwa Peltiera (O) korzystnie najbliżej diody LED (D), a zimną stronę (Oz) ogniwa Peltiera (O) korzystnie otacza powietrze, przy tym wytworzone na ogniwie Peltiera (O) w wyniku gradientu temperatury napięcie przekazywane jest za pomocą przetwornicy (P) do zasilania diody LED (D) i/lub zabezpieczenia termicznego (T) i/lub prądowego (I), dodatkowo zasilając lampę LED. 3. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zabezpieczenie termiczne (T) składa się ze źródła napięcia odniesienia (Uref) podłączonego do rezystancyjnego dzielnika napięcia (DN1), z czego co najmniej jeden jest termistorem (Term), a wyjście rezystancyjnego dzielnika napięcia połączone jest ze wzmacniaczem operacyjnym (W) sterującym tranzystorem (Tran) i jednocześnie wyjście zabezpieczenia termicznego (T) jest połączone do wzmacniacza operacyjnego (W) poprzez drugi rezystancyjny dzielnik napięcia (DN2). 4. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zabezpieczenie termiczne (T) składa się z mikrokontrolera (M) oraz połączonego z nim czujnika temperatury (Temp) lub termistora (Term), przy tym mikrokontroler (M) steruje pracą tranzystora. 5. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zabezpieczenie prądowe (I) składa się ze źródła napięcia odniesienia (Uref) połączonego do wzmacniacza operacyjnego (W) sterującego tranzystorem (Tran), przy czym napięcie pomiarowe mierzone na rezystorze podłączonym do diody LED (D) podłączone jest do wzmacniacza operacyjnego (W) sterującego tranzystorem (Tran). 6. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zabezpieczenie prądowe (I) składa się z mikrokontrolera (M) oraz połączonego do niego napięcia pomiarowego mierzonego na rezystorze podłączonym do diody LED (D), przy tym mikrokontroler steruje pracą tranzystora (Tran). 7. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zimna strona ogniwa Peltiera (Oz) połączona jest ze zbiornikiem wypełnionym cieczą korzystnie wodą lub ciekłym azotem. 8. Lampa LED według zastrz. 1, znamienna tym, że zasilanie (Z) umieszczone jest u podstawy (Sp) słupa (S).

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1

7 PL B1 7

8 8 PL B1

9 PL B1 9

10 10 PL B1

11 PL B1 11

12 12 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 4,92 zł (w tym 23% VAT)