ES2249184B1 - Iluminador hibrido. - Google Patents
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Abstract
Iluminador híbrido. La presente invención se refiere a un aparato iluminador que incluye uno o varios LEDs (4) y uno o varios componentes de control de corriente y/u otros componentes de iluminador (3) acoplados en forma de conducción térmica a una placa de circuitos (2). La placa de circuitos (2), a su vez, está integrada en forma de conducción térmica a un elemento de enfriamiento (1) que sirve como una parte de bastidor del iluminador para transferir calor generado por los LEDs y los componentes de control del corriente y/o los otros componentes (3) mediante la placa de circuitos (2) al elemento de enfriamiento (1) y desde allí también a otras estructuras del iluminador y al entorno ambiente.
Description
Iluminador híbrido.
La invención se refiere a un aparato iluminador
según el preámbulo de la reivindicación 1. La presente invención
se refiere en particular a enfriar un iluminador incluyendo
LEDs.
En conexión con los iluminadores de LEDs de la
técnica anterior, hay que tener en cuenta la cuestión de adaptación
de voltaje al fabricar tales iluminadores. LED es la abreviatura de
diodo fotoemisor. Cuando se suministra corriente directa
mediante un LED, la potencia restante en el diodo emite luz. La
caída de voltaje de una unidad LED es de aproximadamente 2,0 a 4,0
V. La caída de voltaje se determina según la corriente,
sustancialmente según una curva de liberación dinámica de un diodo
convencional. La caída de voltaje, a su vez, hace que aumente la
temperatura en el iluminador y en todos sus componentes.
A medida que avanza la tecnología, se han
comercializado LEDs cada vez más eficientes cuyas eficiencias son
del rango de 0,1 hasta 5 W. Las eficiencias tienden a aumentar más a
medida que avanza la tecnología. Sin embargo, la eficiencia de
iluminación de un LED es del mismo orden de magnitud que la de una
lámpara de filamento, es decir, de 6 a 8%. Como es típico de todas
las reacciones químicas, también es típico de los LEDs que su
esperanza de vida disminuya a medida que aumente la temperatura (la
ecuación de Arrhenius), es decir, a medida que avanza la caída de
voltaje.
En los iluminadores de la técnica anterior,
cuando el voltaje en un LED excede de un valor umbral del voltaje
de liberación, el valor de la corriente aumenta sin límite, por lo
que generalmente hay que limitar la corriente de los LEDs con un
componente externo, por ejemplo una resistencia. Puesto que las
eficiencias de los LEDs nuevos están aumentando constantemente, ya
no es económico o incluso técnicamente posible conectar LEDs en
serie y limitar la corriente de un solo LED con una resistencia; en
cambio, se ha de utilizar para ello un elemento electrónico de
acoplamiento de pérdida baja, la denominada fuente de alimentación
de interrupción periódica.
Tal fuente de alimentación de interrupción
periódica permite suministrar corriente a un LED desde una
corriente más alta para limitar la corriente a un valor correcto
para el LED con pérdidas muy pequeñas. Un ejemplo es, por ejemplo,
una corriente de 300 mA a tomar para un LED de 1000 mW. En tal
caso, un troceador disminuye la corriente aproximadamente 20 V que,
limitado por una resistencia, produce una pérdida de potencia de
aproximadamente 6 W. Esto significa una eficiencia eléctrica de
sólo aproximadamente 15% para todo el acoplamiento. Cuando el
voltaje de suministro es 230 V, la eficiencia es solamente una
fracción de lo anterior. Cuando también se toma en cuenta la
eficiencia de iluminación del LED, la eficiencia de iluminación de
todo el acoplamiento es sólo de aproximadamente 2 a 3%. La
eficiencia eléctrica total correspondiente de la fuente de
alimentación de interrupción periódica es aproximadamente 95%. En
soluciones de LEDs de potencia baja, esta pérdida de potencia no
tiene importancia económica, pero cuando una aplicación única puede
incluir varias docenas de luces de LED, la pérdida de potencia
resulta importante y al mismo tiempo aumenta la temperatura
interior del iluminador, lo que, a su vez, reduce la duración de los
LEDs y otros componentes. Por lo tanto, las soluciones de
iluminadores de la técnica anterior ya no son adecuadas
económicamente para ser usadas en iluminadores incluyendo una
pluralidad de LEDs de alta potencia de 0,1 a 5 W.
Un objeto de la invención es así proporcionar un
iluminador según el preámbulo de la reivindicación 1 para poder
resolver dichos problemas. El objeto de la invención se logra con
un iluminador donde el iluminador incluye uno o más LEDs y uno o
varios componentes de control de corriente y/u otros componentes de
iluminador acoplados en forma de conducción térmica a una placa de
circuitos, y al menos un elemento de enfriamiento que sirve de una
parte de bastidor del iluminador y que se integra en la placa de
circuitos en forma de conducción térmica para transferir calor
generado por los componentes de control de corriente y/o los otros
componentes mediante la placa de circuitos al elemento de
enfriamiento y además a otras estructuras del iluminador y al
entorno ambiente.
Las realizaciones preferidas de la invención se
describen en las reivindicaciones dependientes.
La invención se basa en la idea de que un
iluminador incluyendo uno o varios LEDs, LEDs de alta potencia de
0,1 a 5,W en particular, que se han montado en una placa de
circuitos y que derivan su corriente de una fuente de alimentación
que les suministra potencia, se calienta como resultado de una
pérdida de potencia producida por los LEDs y otros componentes, y
esto acorta la duración de los LEDs y los otros componentes. Así,
según la invención, los LEDs y los componentes que los controlan,
están unidos a una placa de circuitos impresos que está unida
además en forma de conducción térmica a un elemento de enfriamiento
que sirve como un bastidor del iluminador, siendo la finalidad del
elemento de enfriamiento alejar el calor generado de la placa de
circuitos y los componentes de la misma a otras estructuras del
iluminador y desde allí también al entorno ambiente.
Preferiblemente, el elemento de enfriamiento es una chapa
metálica/perfil integrado en la placa de circuitos con muy buena
conducción térmica, estando unidos también los LEDs y los
componentes que los controlan a la placa de circuitos con muy buena
conducción térmica. Una transferencia de calor de la placa de
circuitos y los componentes de la misma, así como de su entorno
próximo. Realizada de esta manera permite una larga duración de los
LEDs y los componentes. Así, según la invención, se logra un
iluminador compacto donde los LEDs y los componentes de control de
corriente, así como otros posibles componentes del iluminador, se
montan en forma de conducción térmica en una placa de circuitos
impresos que, a su vez, se une en forma de conducción térmica a un
elemento de enfriamiento que sirve de un bastidor o una parte del
mismo del iluminador, siendo preferiblemente el elemento de
enfriamiento una chapa metálica conductora térmica o perfil.
Una ventaja del método y sistema de la invención
es que hace posible estructuras compactas de fuente de
alimentación-iluminador donde una fuente de
alimentación y fuentes de luz son enfriadas bien en una estructura
apretada. Entonces, es posible hacer que la duración de los LEDs y
otros componentes incluso en una estructura apretada sea normal.
En una realización preferida de la presente
invención, un elemento de enfriamiento forma al menos una parte del
bastidor del iluminador, siendo el elemento de enfriamiento una
placa muy buena conductora térmica o un perfil, preferiblemente una
chapa metálica/perfil o un recubrimiento metálico, unido a una placa
de circuitos. Además, en una realización preferida de la presente
invención, toda la placa de circuitos está montada en la superficie
del(los) elemen-
to(s) de enfriamiento; sin embargo, la placa de circuitos también puede estar montada sólo parcialmente en la superficie del elemento de enfriamiento.
to(s) de enfriamiento; sin embargo, la placa de circuitos también puede estar montada sólo parcialmente en la superficie del elemento de enfriamiento.
En una segunda realización de la presente
invención, un elemento de enfriamiento consta de dos o más
recubrimientos, chapas o. perfiles o su combinación dispuestos uno
encima de otro.
Según las características de la invención, la
placa de circuitos está unida a un elemento de enfriamiento por una
cola conductora de calor, mecánicamente o por vulcanización para
transferir calor efectivamente mediante la placa de circuitos al
elemento de enfriamiento.
La invención se describe ahora con más detalle
en conexión con las realizaciones preferidas y con referencia a los
dibujos anexos, en los que:
La figura 1 es una vista esquemática que muestra
un aparato iluminador de la invención, equipado con un elemento de
enfriamiento.
Y la figura 2 es una vista que representa un
iluminador según la presente invención.
Con referencia a la figura 1, en ella se
representa una vista esquemática de un dispositivo iluminador según
la presente invención donde LEDs 4 están montados en una placa de
circuitos 2 a la que está unido, a su vez, un elemento de
enfriamiento 1. La placa de circuitos 2 puede ser, por ejemplo, una
placa de circuitos impresos hecha de un laminado de fibra de
vidrio, estando provisto un lado o sus dos lados de una lámina de
cobre conductora eléctrica y térmica o conductores de cobre; tales
placas de circuito impreso se usan comúnmente al fabricar
componentes llamados placas de circuitos impresos multicapa. Sin
embargo, además de lo anterior, una placa de circuitos también puede
ser una placa de circuitos de otro tipo o una placa de circuitos
impresos donde, en lugar de una lámina de cobre, se utiliza algún
otro conductor de electricidad, y en lugar de un laminado de fibra
de vidrio se utiliza algún otro material base. Tal placa de
circuitos también puede ser una parte de mayor entidad y,
dependiendo de la aplicación, además de los componentes básicos del
iluminador, puede incluir otros varios componentes.
Según la presente invención, la placa de
circuitos 2 está unida al elemento de enfriamiento 1 que en esta
realización ejemplificativa es una chapa de aluminio cuya finalidad
es alejar de la placa de circuitos 2 el calor generado por los LEDs
4 y los componentes 3 dispuestos en la placa de circuitos 2. La
chapa de aluminio también sirve como una parte de bastidor del
iluminador, transfiriendo calor también a otras estructuras del
iluminador y a su través eficientemente al aire ambiente. El
elemento de enfriamiento 1 también se puede hacer de otro metal,
aleación u otro material muy buen conductor térmico. La placa de
circuitos 2 está unida al elemento de enfriamiento de manera que
permita una transferencia térmica lo más eficiente que sea posible.
En esta realización, la placa de circuitos 2 se une al elemento de
enfriamiento 1 utilizando una cola muy buena conductora térmica. Sin
embargo, la unión también se podría realizar, por ejemplo,
vulcanizando la placa de circuitos 2 al elemento de enfriamiento 1.
La unión también se puede implementar mecánicamente, usando pasta de
silicio, que mejora la conductividad térmica, u otro material que
mejora la transferencia de calor, entre una placa de circuitos y una
chapa de aluminio. Por lo tanto, se logra una estructura integrada
muy buena conductora térmica formada por la placa de circuitos 2 y
el elemento de enfriamiento 1.
En esta realización, los componentes 3 en la
placa de circuitos 2 son componentes de control de corriente, pero
también pueden ser otros componentes relacionados con la operación
del iluminador. A su vez, los componentes de control de corriente,
incluyen un convertidor limitador de corriente activo, tal como una
fuente de alimentación de interrupción periódica.
Los elementos de enfriamiento 1 pueden tener la
forma de chapas o perfiles diferentes. Los perfiles puede variar
libremente según sea necesario y según el espacio disponible en el
aparato iluminador. Alternativamente, el elemento de enfriamiento 1
puede ser un recubrimiento fino dispuesto en la placa de circuitos
2. Tales elementos de enfriamiento 1 también pueden constar de dos o
más capas que tienen una capacidad de transferencia térmica similar
o diferente. En tal caso se puede unir, por ejemplo, un
recubrimiento fino muy buen conductor térmico a la placa de
circuitos que, a su vez, está unida al bastidor muy buen conductor
térmico del iluminador, logrando así un elemento de enfriamiento de
dos capas.
Desde el elemento de enfriamiento 1, el calor
generado por los LEDs 4 y los otros componentes 3 se transfiere
preferiblemente al bastidor del aparato iluminador y desde allí
también al entorno ambiente. Esta transferencia de calor desde el
elemento de enfriamiento 1 al entorno se logra simplemente uniendo,
por ejemplo, la placa de circuitos al bastidor del aparato
iluminador en forma de conducción térmica, en cuyo caso el elemento
de enfriamiento 1 forma al menos una parte del bastidor del
iluminador. El calor perdido generado por los componentes del
iluminador puede ser transferido posteriormente al entorno de forma
continua, impidiendo así que el iluminador se caliente
excesivamente. La placa de circuitos 2 se puede seleccionar entonces
de tal manera que sea fácil unirla al bastidor (el elemento de
enfriamiento) del iluminador para poder lograr una unión tan buena
conductora térmica como sea posible. En tal caso, la placa de
circuitos puede estar integrada sólo parcialmente en el elemento de
enfriamiento 1 de manera que una parte de su área superficial no
esté integrada de ningún modo en el elemento de enfriamiento 1 o por
lo tanto en el bastidor del iluminador. Sin embargo, alternativa y
preferiblemente, la placa de circuitos 2 se integra sobre toda su
área superficial en el elemento de enfriamiento 1, es decir, el
bastidor del iluminador.
La potencia de los LEDs 4 utilizados en aparatos
iluminadores de la técnica anterior puede ser de hasta 0,1 a 5 W, lo
que significa que el calor perdido que generan tiene gran
importancia en lo que se refiere al calentamiento del aparato
iluminador. Los LEDs y la fuente de alimentación que les suministra
la corriente, o algunos de sus componentes y otros componentes 3
del aparato iluminador están unidos a una placa de circuitos,
preferiblemente a una placa de circuitos impresos, que constituye
una base mecánica, eléctrica y conductora térmica para la unión de
estos LEDs 4 y componentes 3. Puesto que los LEDs 4 y los
componentes 3 también se calientan cuando se utiliza el aparato
iluminador, se unen preferiblemente a la placa de circuitos 2 con
muy buena conducción térmica. En la práctica, se unen usando una
cola muy buena conductora térmica o pasta de silicio, por ejemplo.
Así, el calor perdido generado durante el uso se puede transferir de
la forma más eficiente que sea posible directamente de los LEDs 4 y
los componentes 3 a través de la placa de circuitos 2 al elemento
de enfriamiento 1 y desde allí, mediante el bastidor del aparato
iluminador, también al entorno ambiente.
Siguiendo los principios antes descritos según
la presente invención, se logra una estructura de un iluminador que
es una estructura compacta donde los LEDs, su(s)
fuente(s) de alimentación y otros posibles componentes se
montan en una estructura de placa de circuitos con placa de
enfriamiento que es térmicamente muy buena conductora (muy buena
conductora en términos de la potencia de disipación) de modo que se
facilite una "estructura híbrida" donde la placa de
enfriamiento constituye al menos una parte del bastidor del
iluminador donde la placa de circuitos con sus componentes se ha
unido de manera lo más conductora térmica que sea posible. Al usar
tal estructura según la invención, la estructura de un iluminador
incluyendo LEDs cuya eficiencia es 0,1 a 5 W, o aún mayor, puede ser
una entidad compacta y uniforme sin acortar considerablemente la
duración de los LEDs u otros componentes debido a la influencia del
calor perdido generado.
La figura 2 muestra un ejemplo de una
realización preferida de la presente invención. En esta
realización, una placa de circuitos 2 en un iluminador donde se han
montado LEDs 4, componentes de control de corriente y otros
posibles componentes, está unida, en forma de conducción térmica, a
una placa 1 que se hace preferiblemente de aluminio y que
constituye una parte del bastidor del iluminador y que, al mismo
tiempo, constituye un elemento de enfriamiento 1. En esta
realización, el bastidor del iluminador también incluye una segunda
parte de bastidor 6 que, dependiendo de la realización, se puede
hacer del mismo material que el elemento de enfriamiento 1, o se
puede hacer de un material diferente. El iluminador incluye además
una parte de bastidor 5 que constituye una lente sustancialmente
transparente 5 del iluminador. Así, en tal solución, el calor
generado por los LEDs y otros componentes es transferido de la chapa
de aluminio 1, que sirve de una parte del bastidor y a la que se une
la placa de circuitos, al entorno ambiente. en tal solución, el
iluminador consta de un elemento integral uniforme donde LEDs y
componentes de control de corriente así como una placa de circuitos
incluyendo otros posibles componentes y posiblemente también una
parte de lente a incluir en la misma entidad integral están unidos
al bastidor o una parte del mismo que sirve como el elemento de
enfriamiento del iluminador. Esta solución según la invención
proporciona un iluminador lo más compacto y uniforme que es posible
donde la duración de los componentes no difiere de la normal.
Es obvio para los expertos en la materia que, a
medida que avanza la tecnología, la idea básica de la invención se
puede implementar en muchas formas diferentes. La invención y sus
realizaciones no se limitan así a los ejemplos antes descritos,
sino que se pueden variar dentro del alcance de las
reivindicaciones.
Claims (10)
1. Iluminador híbrido, caracterizado
porque el iluminador incluye uno o más LEDs (4) y uno o varios
componentes de control de corriente y/u otros componentes de
iluminador que constituyen un convertidor limitador de corriente
activa acoplados en forma de conducción térmica a una placa de
circuitos, y al menos un elemento de enfriamiento que sirve como
una parte de bastidor del iluminador y que se integra en la placa
de circuitos en forma de conducción térmica para transferir calor
generado por los LEDS y los componentes de control de corriente y/o
los otros componentes del iluminador a través de la placa de
circuitos al bastidor u otras estructuras del iluminador y al
entorno ambiente.
2. Iluminador híbrido, según reivindicación 1,
caracterizado porque el elemento de enfriamiento es una
placa muy buena conductora térmica o un perfil unido a la placa de
circuitos.
3. Iluminador híbrido, según reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque el elemento de enfriamiento es una
chapa metálica/perfil o un recubrimiento metálico.
4. Iluminador híbrido, según reivindicación 3,
caracterizado porque el elemento de enfriamiento es una
chapa de aluminio/perfil o un recubrimiento de aluminio.
5. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la placa de
circuitos en su totalidad está montada en una superficie del
elemento de enfriamiento o elementos de enfriamiento.
6. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la placa de
circuitos solamente está montada parcialmente en una superficie del
elemento de enfriamiento.
7. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el elemento de
enfriamiento consta de dos o más recubrimientos, chapas o perfiles,
o cualquier combinación de los mismos, dispuestos uno encima de
otro.
8. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la placa de
circuitos está unida al elemento de enfriamiento por medio de una
cola conductora térmica para transferir calor eficientemente
mediante la placa de circuitos al elemento de enfriamiento.
9. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la placa de
circuitos está unida al elemento de enfriamiento mecánicamente y
por medio de una pasta de silicio conductora térmica para
transferir calor mediante la placa de circuitos al elemento de
enfriamiento.
10. Iluminador híbrido, según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la placa de
circuitos está unida al elemento de enfriamiento por medio de una
cola activada por calor, es decir, por vulcanización, para
transferir calor mediante la placa de circuitos al elemento de
enfriamiento.
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