Светоизлучающий модуль и светодиодный светильник

Группа полезных моделей относится к электротехнике, а точнее к осветительным приборам и светильникам. Предложен светоизлучающий модуль для светодиодного светильника, содержащий стеклотекстолитовую фольгированную медью печатную плату с металлизированными сквозными отверстиями и светоизлучающими диодами, припаянными к фольге, в котором упомянутые отверстия имеют диаметр, по меньшей мере, 0,2 мм, по меньшей мере, одно из упомянутых отверстий размещено под каждым из упомянутых диодов и, по меньшей мере, двадцать в расчете на один Ватт потребляемой мощности - вокруг каждого из них в радиусе достаточном для обеспечения теплового сопротивления зоны, окружающей диод, не более 25 градусов Цельсия/Ватт. Технический результат - создание простого в изготовлении компактного светоизлучающего модуля для светодиодного светильника с естественным охлаждением, характеризующегося пониженной материалоемкостью и не требующего дополнительного радиатора.

Группа полезных моделей относится к электротехнике, а точнее к осветительным приборам и светильникам.

Уровень техники

Одна из основных технических проблем, связанных со светодиодными модулями, состоит в избыточном тепловыделении, которое снижает срок службы и приводит к перегреву светильников. При всей эффективности светодиодов в качестве источников света, их более широкому применению препятствует противоречие между потребностью в дальнейшем увеличении тепловой, а, следовательно, световой мощности светодиодов, и их долговечностью.

В настоящее время для решения этих проблем и улучшения теплоотдачи наиболее широко используются металлические воздушные радиаторы, которые устанавливают сзади от модуля с припаянными светоизлучающими диодами (патент РФ на полезную модель 96927, см. также 96696, 95181, 94663 и 95068). Очевидные недостатки таких решений, препятствующие достижению нижеупомянутого технического результата, связаны с высокой материалоемкостью радиаторов, неудовлетворительными массогабаритными характеристиками, а также с тем, что довольно трудно и не всегда возможно незаметно скрыть объемистые радиаторы в компактном корпусе светильника.

В этой связи альтернативные средства, улучшающие теплоотдачу без заметного ущерба для требуемой тепловой и световой мощности, могли бы хотя бы частично устранить недостатки прототипа, что, по сути, и является одной из целей настоящей группы полезных моделей.

Раскрытие сущности полезной модели

Одна из задач настоящего полезной модели состоит в расширении арсенала светодиодных светильников.

Технический результат состоит в создании простого в изготовлении компактного светоизлучающего модуля для светодиодного светильника с естественным охлаждением, характеризующегося пониженной материалоемкостью и не требующего дополнительного радиатора. Простота в изготовлении выражается в том, что модуль может быть получен с помощью стандартных технологий монтажа печатных плат, из обычных материалов, используемых в этой области.

Светоизлучающий модуль для светодиодного светильника, содержащий стеклотекстолитовую фольгированную медью печатную плату с металлизированными сквозными отверстиями и светоизлучающими диодами, припаянными к фольге, в котором упомянутые отверстия имеют диаметр, по меньшей мере, 0,2 мм, по меньшей мере, одно из упомянутых отверстий размещено под каждым из упомянутых диодов и, по меньшей мере, двадцать в расчете на один Ватт потребляемой мощности - вокруг каждого из них в радиусе достаточном для обеспечения теплового сопротивления зоны, окружающей диод не более 25 градусов Цельсия/Ватт.

Необходимо понимать, что модуль охарактеризован только такими признаками, которые достаточны для достижения технического результата; специального упоминания всех без исключения признаков и утилитарных характеристик модуля не требуется, если специалистам известно, что изделия того же рода должны обладать такими признаками и утилитарными характеристиками и без них не реализуется основное назначение, тем более не требуется ограничивать обобщенные признаки какими-то конкретными вариантами, если таковые известны специалистам, могут быть подобраны по известным правилам и/или раскрыты в настоящем тексте.

На эффективность теплообмена влияет, в первую очередь, наличие металлизированных отверстий, и, в меньшей степени, их размеры, расположение, материал боковых стенок, материал тыльной стороны платы и толщина платы.

Вместо медной фольги может быть использована любая эквивалентная металлическая фольга с хорошей тепло- и электропроводностью, например, алюминиевая, серебряная и стальная фольга.

Целесообразно использовать печатные платы, фольгированные с обеих сторон, для дополнительного улучшения теплоотдачи.

Как показывают расчеты и испытания, предпочтительно, когда отверстия имеют диаметр, по меньшей мере, 0,25 мм. Наиболее эффективная теплоотдача обеспечивается, когда отверстия размещены на небольшом расстоянии от диода, предпочтительно, в радиусе до 25 мм. Для улучшения теплоотдачи, предпочтительно, выбирать диаметры отверстий и их расположение таким образом, чтобы обеспечить максимальную площадь просветов на единицу площади упомянутой платы. Наибольшая общая площадь просветов на единицу площади платы, и, как следствие, наилучшая теплоотдача, достигается, при разности диаметров разных отверстий не превышающей 50%.

Могут быть использованы самые различные схемы расположения отверстий на плате, и даже равномерное расположение, если при этом достигается требуемое тепловое сопротивление.

Эффективность теплоотдачи увеличивается, когда внутреннюю поверхность отверстий выполняют из материала с хорошей теплопроводностью, например из меди или припоя.

Предпочтительно, когда толщина упомянутой стеклотекстолитовой печатной платы не превышает удвоенного диаметра упомянутых отверстий.

Для улучшения контакта целесообразно, чтобы упомянутые диоды были установлены на упомянутую плату методом поверхностного, а не навесного монтажа.

Вышеуказанные задачи также решены благодаря тому, что в светодиодном светильнике, содержащем металлический светоотражатель, имеющий продольные впадины с наклонными стенками, используют любой из вышеописанных модулей, которые размещают в упомянутых вадинах.

Наклонные стенки отклоняют световой поток во фронтальном направлении, создавая тем самым требуемую диаграмму направленности светового потока. Поперечное сечение впадин может быть параболическим, прямоугольным или трапециевидным. Светоотражатель может быть выполнен из любого металла или сплава, предпочтительно из легко обрабатываемого металла или сплава, например, из алюминия или алюминиевого сплава. Светоотражатель может быть сформован любыми известными сособами металлообработки, предпочтительно, посредством гибки, штампования и/или экструзии. Для улучшения теплоотдачи светоотражатель может быть дополнительно снабжен ребрами (оребрением).

Различные электронные компоненты цепи питания могут быть размещены как внутри корпуса светильника, так и снаружи. В частности, светильник может содержать в себе электрический преобразователь для подключения к блоку питания постоянного или переменного тока, стабилизатор тока и/или напряжения и/или элемент защиты от импульсных перенапряжений и/или самовосстанавливающийся предохранитель и/или термочувствительный элемент, выполненный с возможностью отключения питания в случае риска повреждения диодов.

Светильник может содержать в себе прозрачный плафон для защиты от пыли и других вредных факторов окружающей среды, а также для изменения диаграммы направленности светового потока. Предпочтительно, когда плафон снабжен фокусирующими и/или рассеивающими оптическими элементами, в качестве которых могут использоваться, в частности, рефракционные линзы, линзы Френеля, киноформные элементы и/или дифракционные оптические элементы. Плафон может быть выполнен из любого прозрачного материала с удовлетворительной термостойкостью, в частности, из оптического поликарбоната.

Если требуется независимое регулирование яркости или длины волны излучения диодов, то, по меньшей мере, два из них могут иметь независимые цепи электропитания.

Модуль может быть соединен со светоотражателем посредством металлических заклепок. Обычно, если заклепки выполнены из материала с хорошей теплопроводностью, то с увеличением их количества, улучшается теплообмен между светоотражателем и модулями.

Для улучшения теплоотдачи светильник может быть снабжен прослойкой теплопроводящей пленки с двухсторонним клеевым покрытием, размещенной между упомянутым модулем и упомянутым светоотражателем.

Модули используют в качестве основных светоизлучающих элементов в стационарных настенных и потолочных светильниках.

Конструкция и характеристики модулей и светильника ниже иллюстрируется фигурами 1-4.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 слева показан вид светильника со светоотражателем и модулями спереди, справа показан вид сбоку, хорошо видна форма поперечного сечения светоотражателя.

На фиг.2 крупно показано сечение узла крепления модуля к светоотражающему элементу, хорошо видна заклепка, печатная плата и фрагмент светоотражающего элемента.

На фиг.3 справа крупно показана зона вблизи диода, хорошо различим сам диод, рисунок проводников и отверстия вокруг диода; слева показан модуль.

Осуществление полезной модели

Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации принципов конструирования и работы устройства. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.

Модуль может быть изготовлен из известных узлов, по известным технологиям с использованием известных материалов.

Как показано на фиг.1-3 светоизлучающий модуль для светодиодного светильника, содержит стеклотекстолитовую фольгированную медью печатную плату (10) с металлизированными сквозными отверстиями (12) и светоизлучающими диодами (14), припаянными к фольге (16). При этом отверстия (12) имеют диаметр, по меньшей мере, 0,2 мм, и, по меньшей мере, одно из них размещено под каждым из диодов (14). Вокруг каждого диода (14) на достаточном расстоянии для обеспечения общего теплового сопротивления не более 25 градусов Цельсия/Ватт, имеется, по меньшей мере, двадцать отверстий (12) в расчете на один Ватт потребляемой мощности.

Как показано на фиг.2 печатная плата (10) соединена со светоотражателем (18) посредством металлических заклепок (20), и соединена с блоками питания (22), установленными за светоотражателем (18). Между печатной платой (12) и светоотражателем (18) размещен слой теплопроводящей пленки с двухсторонним клеевым покрытием (24).

Вышеприведенное описание следует истолковывать только как иллюстративное, не описывающее все и/или каждую практически осуществимую форму воплощения полезной модели, ибо такое описание было бы невыполнимым или невозможным.

1. Светоизлучающий модуль для светодиодного светильника, содержащий стеклотекстолитовую фольгированную медью печатную плату с металлизированными сквозными отверстиями и светоизлучающими диодами, припаянными к фольге, в котором упомянутые отверстия имеют диаметр, по меньшей мере, 0,2 мм, по меньшей мере, одно из упомянутых отверстий размещено под каждым из упомянутых диодов и, по меньшей мере, 20 в расчете на 1 Вт потребляемой мощности - вокруг каждого из них в радиусе, достаточном для обеспечения теплового сопротивления зоны, окружающей диод, не более 25ºC/Вт.

2. Модуль по п.1, в котором упомянутая стеклотекстолитовая печатная плата фольгирована с двух сторон.

3. Модуль по п.1, в котором упомянутые отверстия имеют диаметр, по меньшей мере, 0,25 мм.

4. Модуль по п.1, в котором упомянутые отверстия размещены в радиусе до 25 мм от упомянутых диодов.

5. Модуль по п.1, в котором упомянутые отверстия отличаются по диаметру не более чем на 50%.

6. Модуль по п.1, в котором диаметры отверстий и их расположение выбирают таким образом, чтобы обеспечить максимальную площадь просветов на единицу площади упомянутой платы.

7. Модуль по п.1, в котором отверстия размещены равномерно на всей поверхности упомянутой печатной платы.

8. Модуль по п.1, в котором толщина упомянутой стеклотекстолитовой печатной платы не превышает удвоенного диаметра упомянутых отверстий.

9. Модуль по п.1, в котором внутренняя поверхность отверстий выполнена из меди или припоя.

10. Модуль по п.1, в котором упомянутые диоды установлены на упомянутую плату методом поверхностного монтажа.

11. Светодиодный светильник, содержащий модуль по любому из пп.1-10 и металлический светоотражатель, имеющий продольные впадины для размещения упомянутых модулей с наклонными стенками.

12. Светильник по п.11, в котором упомянутые впадины имеют прямоугольное или трапециевидное поперечное сечение.

13. Светильник по п.12, в котором упомянутый светоотражатель выполнен из алюминия или алюминиевого сплава.

14. Светильник по п.11, в котором упомянутый светоотражатель сформован гибкой, и/или штампованием листовой заготовки, и/или экструзией.

15. Светильник по п.11, в котором упомянутый светоотражатель дополнительно снабжен ребрами для отвода тепла.

16. Светильник по п.11, дополнительно снабженный электрическим преобразователем для подключения к блоку питания постоянного или переменного тока, и/или стабилизатором тока, и/или напряжения, и/или элементом защиты от импульсных перенапряжений, и/или самовосстанавливающимся предохранителем.

17. Светильник по п.11, дополнительно содержащий в себе прозрачный плафон.

18. Светильник по п.17, в котором упомянутый плафон снабжен фокусирующими и/или рассеивающими оптическими элементами.

19. Светильник по п.16, в котором упомянутые элементы представляют собой рефракционные линзы, линзы Френеля, киноформные элементы и/или дифракционные оптические элементы.

20. Светильник по любому из пп.15-17, в котором упомянутый плафон выполнен из оптического поликарбоната.

21. Светильник по п.11, в котором, по меньшей мере, два из упомянутых диодов имеют независимые цепи электропитания для независимого изменения их яркости и/или длины волны.

22. Светильник по п.11, в котором упомянутый модуль соединен с упомянутым светоотражателем посредством металлических заклепок.

23. Светильник по п.11, дополнительно содержащий слой теплопроводящей пленки с двухсторонним клеевым покрытием, размещенный между упомянутым модулем и упомянутым светоотражателем.