RU102278U1

RU102278U1 - LIGHT-Emitting Module and LED Luminaire

Info

Publication number: RU102278U1
Application number: RU2010144139/28U
Authority: RU
Inventors: Валерий Анатольевич Буробин; Алексей Михайлович Коновалов; Анатолий Васильевич Озябкин
Original assignee: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Завод "ПУЛЬСАР"
Priority date: 2010-10-28
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2011-02-20

Abstract

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 металлически 1. A light-emitting module for an LED luminaire comprising a glass-fiber laminated copper foil printed circuit board with metallized through holes and light emitting diodes soldered to the foil, in which said holes have a diameter of at least 0.2 mm, at least one of said holes placed under each of the diodes mentioned and at least 20 per 1 W of power consumption - around each of them in a radius sufficient to provide thermal resistance of the zone surrounding the diode d, no more than 25ºC / W. ! 2. The module according to claim 1, in which the aforementioned fiberglass printed circuit board is foil from two sides. ! 3. The module of claim 1, wherein said openings have a diameter of at least 0.25 mm. ! 4. The module according to claim 1, in which said holes are placed in a radius of up to 25 mm from said diodes. ! 5. The module according to claim 1, in which said holes differ in diameter by no more than 50%. ! 6. The module according to claim 1, in which the diameters of the holes and their location is chosen in such a way as to provide the maximum clearance area per unit area of said board. ! 7. The module according to claim 1, in which the holes are placed evenly on the entire surface of the aforementioned printed circuit board. ! 8. The module according to claim 1, in which the thickness of said fiberglass printed circuit board does not exceed twice the diameter of said holes. ! 9. The module according to claim 1, in which the inner surface of the holes is made of copper or solder. ! 10. The module according to claim 1, wherein said diodes are mounted on said board by surface mounting. ! 11. LED lamp containing a module according to any one of claims 1 to 10 and metal

Description

Группа полезных моделей относится к электротехнике, а точнее к осветительным приборам и светильникам.A group of utility models relates to electrical engineering, and more specifically to lighting fixtures and fixtures.

Уровень техникиState of the art

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.One of the main technical problems associated with LED modules is excessive heat generation, which reduces the service life and leads to overheating of the luminaires. Despite the effectiveness of LEDs as light sources, their wider use is hindered by the contradiction between the need for a further increase in the thermal, and, therefore, light power of LEDs, and their durability.

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.Currently, to solve these problems and improve heat transfer, metal air radiators are most widely used, which are installed behind the module with soldered light-emitting diodes (RF patent for utility model No. 96927, see also 96696, 95181, 94663 and 95068). The obvious drawbacks of such solutions that impede the achievement of the following technical result are associated with the high material consumption of radiators, unsatisfactory weight and size characteristics, as well as the fact that it is rather difficult and not always possible to quietly hide bulky radiators in a compact lamp housing.

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.In this regard, alternative means that improve heat transfer without noticeable damage to the required heat and light power could at least partially eliminate the disadvantages of the prototype, which, in fact, is one of the goals of this group of utility models.

Раскрытие сущности полезной моделиUtility Model Disclosure

Одна из задач настоящего полезной модели состоит в расширении арсенала светодиодных светильников.One of the objectives of this utility model is to expand the arsenal of LED lights.

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.The technical result consists in creating an easy to manufacture compact light emitting module for a LED lamp with natural cooling, characterized by reduced material consumption and not requiring an additional radiator. Simplicity in manufacturing is expressed in the fact that the module can be obtained using standard technologies for mounting printed circuit boards, from conventional materials used in this field.

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.A light emitting module for an LED luminaire comprising a glass-fiber laminated copper foil printed circuit board with metallized through holes and light emitting diodes soldered to the foil, wherein said holes have a diameter of at least 0.2 mm, at least one of said holes is placed under each of these diodes and at least twenty per one Watt of power consumption - around each of them in a radius sufficient to provide thermal resistance of the zone, stub diode no more than 25 degrees Celsius / Watt.

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.You must understand that the module is characterized only by such signs that are sufficient to achieve a technical result; special mention of all the attributes and utilitarian characteristics of the module without exception is not required if specialists know that products of the same kind should have such features and utilitarian characteristics and without them the main purpose is not realized, all the more, it is not necessary to limit the generalized attributes to any specific options, if known to those skilled in the art, may be selected according to known rules and / or disclosed herein.

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.The efficiency of heat transfer is affected, first of all, by the presence of metallized holes, and, to a lesser extent, their size, location, material of the side walls, the material of the back of the board and the thickness of the board.

Вместо медной фольги может быть использована любая эквивалентная металлическая фольга с хорошей тепло- и электропроводностью, например, алюминиевая, серебряная и стальная фольга.Instead of copper foil, any equivalent metal foil with good heat and electrical conductivity, for example, aluminum, silver and steel foil, can be used.

Целесообразно использовать печатные платы, фольгированные с обеих сторон, для дополнительного улучшения теплоотдачи.It is advisable to use printed circuit boards foil on both sides to further improve heat transfer.

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%.As calculations and tests show, it is preferred that the holes have a diameter of at least 0.25 mm. The most effective heat transfer is achieved when the holes are placed at a small distance from the diode, preferably in a radius of up to 25 mm. To improve heat transfer, it is preferable to choose the diameters of the holes and their location in such a way as to provide the maximum clearance area per unit area of said board. The largest total lumen area per unit area of the board, and, as a result, the best heat transfer, is achieved with a difference in diameter of different holes not exceeding 50%.

Могут быть использованы самые различные схемы расположения отверстий на плате, и даже равномерное расположение, если при этом достигается требуемое тепловое сопротивление.A variety of hole patterns on the board can be used, and even a uniform arrangement if the required thermal resistance is achieved.

Эффективность теплоотдачи увеличивается, когда внутреннюю поверхность отверстий выполняют из материала с хорошей теплопроводностью, например из меди или припоя.The heat transfer efficiency increases when the inner surface of the holes is made of a material with good thermal conductivity, for example, copper or solder.

Предпочтительно, когда толщина упомянутой стеклотекстолитовой печатной платы не превышает удвоенного диаметра упомянутых отверстий.Preferably, when the thickness of said fiberglass printed circuit board does not exceed twice the diameter of said holes.

Для улучшения контакта целесообразно, чтобы упомянутые диоды были установлены на упомянутую плату методом поверхностного, а не навесного монтажа.To improve the contact, it is advisable that the said diodes were installed on the board by the method of surface rather than wall mounting.

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.The above problems are also solved due to the fact that in the LED lamp containing a metal reflector having longitudinal cavities with inclined walls, use any of the above modules, which are placed in the said vadin.

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).The inclined walls deflect the luminous flux in the frontal direction, thereby creating the desired radiation pattern. The cross section of the depressions can be parabolic, rectangular or trapezoidal. The retroreflector may be made of any metal or alloy, preferably of easily processed metal or alloy, for example, aluminum or aluminum alloy. The retroreflector may be formed by any known metalworking means, preferably by bending, stamping and / or extrusion. To improve heat transfer, the retroreflector can be additionally equipped with ribs (fins).

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.Various electronic components of the power circuit can be placed both inside the lamp housing and outside. In particular, the luminaire may include an electric converter for connecting to a DC or AC power supply, a current and / or voltage stabilizer and / or a surge protection element and / or a self-resetting fuse and / or a thermosensitive element configured to turn off the power in case of risk of damage to the diodes.

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.The luminaire may contain a transparent shade to protect against dust and other harmful environmental factors, as well as to change the directional pattern of the light flux. Preferably, when the ceiling is equipped with focusing and / or scattering optical elements, which can be used, in particular, refractive lenses, Fresnel lenses, kinoform elements and / or diffractive optical elements. The ceiling can be made of any transparent material with satisfactory heat resistance, in particular, of optical polycarbonate.

Если требуется независимое регулирование яркости или длины волны излучения диодов, то, по меньшей мере, два из них могут иметь независимые цепи электропитания.If independent control of the brightness or wavelength of the radiation of the diodes is required, then at least two of them may have independent power circuits.

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.The module can be connected to the retro-reflector by means of metal rivets. Usually, if the rivets are made of a material with good thermal conductivity, then with an increase in their number, the heat transfer between the reflector and the modules improves.

Для улучшения теплоотдачи светильник может быть снабжен прослойкой теплопроводящей пленки с двухсторонним клеевым покрытием, размещенной между упомянутым модулем и упомянутым светоотражателем.To improve heat transfer, the luminaire can be equipped with a layer of heat-conducting film with a double-sided adhesive coating located between the said module and the said reflector.

Модули используют в качестве основных светоизлучающих элементов в стационарных настенных и потолочных светильниках.Modules are used as the main light-emitting elements in stationary wall and ceiling lamps.

Конструкция и характеристики модулей и светильника ниже иллюстрируется фигурами 1-4.The design and characteristics of the modules and luminaire below is illustrated in figures 1-4.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг.1 слева показан вид светильника со светоотражателем и модулями спереди, справа показан вид сбоку, хорошо видна форма поперечного сечения светоотражателя.Figure 1 on the left shows a view of the lamp with a reflector and modules in front, on the right shows a side view, the cross-sectional shape of the reflector is clearly visible.

На фиг.2 крупно показано сечение узла крепления модуля к светоотражающему элементу, хорошо видна заклепка, печатная плата и фрагмент светоотражающего элемента.Figure 2 is a large sectional view of the attachment unit of the module to the reflective element, a rivet, a printed circuit board and a fragment of the reflective element are clearly visible.

На фиг.3 справа крупно показана зона вблизи диода, хорошо различим сам диод, рисунок проводников и отверстия вокруг диода; слева показан модуль.Figure 3 on the right shows a large area near the diode, we clearly distinguish the diode itself, the pattern of conductors and the holes around the diode; the module is shown on the left.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Нижеследующие примеры даются только для иллюстрации принципов конструирования и работы устройства. Ничто в настоящем разделе описания не должно быть истолковано как ограничение объема притязаний.The following examples are given only to illustrate the principles of design and operation of the device. Nothing in this section of the description should be construed as limiting the scope of the claims.

Модуль может быть изготовлен из известных узлов, по известным технологиям с использованием известных материалов.The module can be made of known nodes, using known technologies using known materials.

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.As shown in FIGS. 1-3, the light emitting module for the LED lamp comprises a fiberglass copper foil printed circuit board (10) with metallized through holes (12) and light emitting diodes (14) soldered to the foil (16). In this case, the holes (12) have a diameter of at least 0.2 mm, and at least one of them is placed under each of the diodes (14). Around each diode (14) at a sufficient distance to provide a total thermal resistance of not more than 25 degrees Celsius / Watt, there are at least twenty holes (12) per one Watt of power consumption.

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).As shown in FIG. 2, the printed circuit board (10) is connected to the reflector (18) by means of metal rivets (20), and is connected to power supplies (22) installed behind the reflector (18). Between the printed circuit board (12) and the retroreflector (18) there is a layer of heat-conducting film with a double-sided adhesive coating (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.The above description should be construed only as illustrative, not describing all and / or every practicable form of embodiment of the utility model, because such a description would be impossible or impossible.

Claims

1. A light-emitting module for an LED luminaire comprising a glass-fiber laminated copper foil printed circuit board with metallized through holes and light emitting diodes soldered to the foil, in which said holes have a diameter of at least 0.2 mm, at least one of said holes placed under each of the diodes mentioned and at least 20 per 1 W of power consumption - around each of them in a radius sufficient to provide thermal resistance of the zone surrounding the diode d, no more than 25ºC / W.

2. The module according to claim 1, in which the aforementioned fiberglass printed circuit board is foil from two sides.

3. The module of claim 1, wherein said openings have a diameter of at least 0.25 mm.

4. The module according to claim 1, in which said holes are placed in a radius of up to 25 mm from said diodes.

5. The module according to claim 1, in which said holes differ in diameter by no more than 50%.

6. The module according to claim 1, in which the diameters of the holes and their location is chosen in such a way as to provide the maximum clearance area per unit area of said board.

7. The module according to claim 1, in which the holes are placed evenly on the entire surface of the aforementioned printed circuit board.

8. The module according to claim 1, in which the thickness of said fiberglass printed circuit board does not exceed twice the diameter of said holes.

9. The module according to claim 1, in which the inner surface of the holes is made of copper or solder.

10. The module according to claim 1, wherein said diodes are mounted on said board by surface mounting.

11. LED lamp containing a module according to any one of claims 1 to 10 and a metal reflector having longitudinal depressions for accommodating said modules with inclined walls.

12. The lamp according to claim 11, in which said troughs have a rectangular or trapezoidal cross section.

13. The lamp according to claim 12, wherein said reflector is made of aluminum or an aluminum alloy.

14. The lamp according to claim 11, in which said reflector is molded by flexible and / or stamping of the sheet stock and / or by extrusion.

15. The lamp according to claim 11, in which said reflector is further provided with fins for heat dissipation.

16. The lamp according to claim 11, further equipped with an electric converter for connecting to a power supply unit of direct or alternating current, and / or a current and / or voltage stabilizer, and / or surge protection element, and / or a self-resetting fuse.

17. The lamp according to claim 11, further comprising a transparent cover.

18. The lamp according to 17, in which said ceiling is equipped with focusing and / or scattering optical elements.

19. The lamp according to clause 16, in which said elements are refractive lenses, Fresnel lenses, kinoform elements and / or diffractive optical elements.

20. The lamp according to any one of paragraphs.15-17, in which said ceiling is made of optical polycarbonate.

21. The lamp according to claim 11, in which at least two of the aforementioned diodes have independent power circuits for independently changing their brightness and / or wavelength.

22. The lamp according to claim 11, in which said module is connected to said reflector by means of metal rivets.

23. The lamp according to claim 11, further comprising a layer of heat-conducting film with a double-sided adhesive coating located between said module and said reflector.