Результат интеллектуальной деятельности: МОДУЛЬ ОСВЕЩЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области техники модулей освещения, а более точно к модулям освещения для электрического и термического соединения с силовой инфраструктурой.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Модуль освещения содержит источник света для излучения света и предпочтительно может быть легко присоединен к силовой инфраструктуре, имеющей, по меньшей мере, один источник питания, при этом источник питания содержит два электрода. Силовая инфраструктура может принимать форму хорошо известных галогенных проводных систем или 2D конфигурации электродов.

Предпочтительно присоединение модуля освещения к силовой инфраструктуре выполняется рукой без использования дополнительных инструментов, например, зажимами и/или магнитным креплением. Это позволяет пользователю без технических знаний прикрепить модуль освещения к силовой инфраструктуре. Однако также возможно вкручивание или крепление болтами.

Источник света обычно также является источником тепла при излучении света и для того, чтобы сохранить модуль освещения небольшим, желательно передать сгенерированное тепло к силовой инфраструктуре, вместо того чтобы оборудовать модуль освещения своим собственным теплопоглощающим устройством. Следовательно, является важным, чтобы кроме электрического соединения с источником питания также между модулем освещения и силовой инфраструктурой устанавливалось термическое соединение.

Тип модуля освещения, упомянутый в первом абзаце, известен из заявки на патент, опубликованной под номером W0 2009/044340. Более конкретно, этот документ раскрывает модуль освещения для электрического и теплового соединения с силовой инфраструктурой, имеющей источник питания с двумя электродами. Известный модуль освещения содержит источник света для излучения света, упомянутый источник света действует в качестве источника тепла при излучении света. Модуль также содержит электрические контакты для контакта с электродами источника питания, тем самым создавая электрическое соединение между модулем освещения и силовой инфраструктурой. Модуль дополнительно содержит систему управления, расположенную между источником света и электрическими контактами для управления питанием, подаваемым к источнику света. Известный модуль также включает в себя измерительную систему для измерения теплового сопротивления теплового соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой, когда установлено электрическое соединение. Система управления выполнена с возможностью уменьшения питания, подаваемого к источнику света, когда тепловое сопротивление выше заданного значения, чтобы защитить модуль освещения от перегрева.

Недостаток настоящих модулей освещения состоит в том, что, когда пользователь устанавливает или переустанавливает модуль освещения, существует опасность возникновения неудовлетворительного термического контакта, что приводит в результате к высокому термическому сопротивлению термического соединения. В результате модуль освещения будет перегреваться, что уменьшит светоотдачу и может даже вызвать серьезное повреждение модуля освещения.

Предложены решения по измерению температуры модуля освещения, посредством которых отслеживается, перегрелся ли модуль освещения, и принимаются соответствующие меры. Однако недостаток этих решений в том, что когда осуществляются измерения для определения перегрева, модуль освещения уже может обладать так называемым временем горения при повышенной температуре, что, тем не менее, может вызвать повреждение модуля освещения. Другой недостаток может состоять в том, что пользователь не получает незамедлительной ответной реакции о том, что термический контакт между модулем освещения и силовой инфраструктурой является неудовлетворительным. Farkas et al, IEEE, 9 марта 2004 г., страницы 169-177, относится к ознакомлению с электрическим и термическим переходными состояниями в СИДах высокой мощности и предлагает многодоменную "компактную" модель, подходящую для точного моделирования одиночных устройств, а также массивов СИДов на оборудовании модулирования уровня платы.

Lan Kim et al, IEEE, 14 марта 2006 г., страницы 186-190, относится к измерениям термических переходных состояний GaN-СИДов высокой мощности с многокристальными конструкциями.

WO 2004/068909 раскрывает соединитель и соединительный элемент, соединенные электропроводкой в гнезде модуля, и три светодиодных модуля, соединенных параллельно в отношении участка цепи постоянного напряжения посредством электропроводки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Было бы желательно предоставить улучшенный модуль освещения, который защищен от перегрева. Также было бы желательно предоставить улучшенный модуль освещения, который выдает незамедлительный ответ пользователю об удовлетворительности термического соединения.

Для того чтобы лучше решить одну или более из этих задач, в первом аспекте изобретения предоставлен модуль освещения для электрического и термического соединения с силовой инфраструктурой, имеющей, по меньшей мере, один источник питания, причем каждый источник питания содержит два электрода, причем упомянутый модуль освещения содержит: 1) источник света для излучения света, в котором источник света является источником тепла при излучении света, 2) два электрических контакта для осуществления контакта с электродами, по меньшей мере, одного источника питания, посредством чего устанавливается электрическое соединение между модулем освещения и силовой инфраструктурой, 3) систему управления, расположенную между источником света и электрическими контактами для управления подачей питания к источнику света, 4) систему измерения для измерения термического сопротивления термического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой при установлении электрического соединения, причем система управления выполнена с возможностью сокращать подачу питания к источнику света, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, для защиты модуля освещения от перегрева, причем система измерения расположена около источника света, и система предупреждения обеспечена для предоставления визуального сигнала предупреждения посредством мигания источника света, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения.

Также предоставлен способ для защиты модуля освещения от перегрева, при этом упомянутый способ содержит этапы, на которых:

- соединяют модуль освещения с силовой инфраструктурой, посредством чего устанавливая электрическое соединение между модулем освещения и силовой инфраструктурой;

- измеряют термическое сопротивление термического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой системой измерения;

- сокращают подачу питания к источнику света системой управления, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, для защиты модуля освещения от перегрева,

- обеспечивают сигнал предупреждения, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения.

Дополнительно в сочетании предоставлены модуль освещения для электрического и термического соединения с силовой инфраструктурой и силовая инфраструктура, причем силовая инфраструктура имеет, по меньшей мере, один источник питания, причем каждый источник питания содержит два электрода, и упомянутый модуль освещения содержит источник света для излучения света, в котором источник света является источником тепла при излучении света, два электрических контакта для осуществления контакта с электродами, по меньшей мере, одного источника питания, посредством чего устанавливается электрическое соединение между модулем освещения и силовой инфраструктурой, систему управления, расположенную между источником света и электрическими контактами для управления подачей питания к источнику света, в котором модуль освещения содержит систему измерения для измерения термического сопротивления термического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой при установлении электрического соединения и в котором система управления выполнена с возможностью сокращать подачу питания к источнику света, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, для защиты модуля освещения от перегрева, и причем система предупреждения обеспечена для предоставления сигнала предупреждения, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения.

Эти и другие аспекты изобретения будут более легко оценены по достоинству, а также станут более понятными посредством ссылки к следующему подробному описанию и будут приняты во внимание в связи с прилагаемыми чертежами, на которых подобные ссылочные позиции обозначают подобные части.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На фиг. 1 отображен схематичный вид модуля освещения согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 2 отображен детализированный вид системы измерения модуля освещения согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг. 3 отображен схематичный вид модуля освещения согласно другому варианту осуществления изобретения;

на фиг. 4 отображены траектории температурных напоров, одна - в случае удовлетворительного термического контакта, и две - в случае неудовлетворительного термического контакта; и

на фиг. 5 отображены две температурные траектории, одна - в случае удовлетворительного термического контакта, и одна - в случае неудовлетворительного термического контакта.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 1 отображен модуль освещения LM для электрического и термического соединения с силовой инфраструктурой EI, имеющей, по меньшей мере, один источник питания PS, при этом каждый источник питания содержит два электрода E1, Е2. Модуль освещения LM содержит источник света LS для излучения света L, который является источником тепла при излучении света L, два электрических контакта ЕС1, ЕС2 для осуществления контакта с электродами E1, Е2, по меньшей мере, одного источника питания PS и установления тем самым электрического соединения между модулем освещения LM и силовой инфраструктурой EI, систему управления CS, расположенную между источником света LS и электрическими контактами ЕС1, ЕС2 для управления питанием, подаваемым к источникам света LS, и систему измерения MS для измерения термического сопротивления TR термического соединения между модулем освещения LM и силовой инфраструктурой EI при установлении электрического соединения. Система управления CS выполнена с возможностью сократить подачу питания к источнику света LS, когда термическое сопротивление TR находится выше предварительно заданного значения, для защиты модуля освещения LM от перегрева.

В этом варианте осуществления подача питания к источнику света LS управляется продолжительностью включения подачей питания, т.е. продолжительностью включения источника света. Продолжительность включения является отрезком времени, в котором питание передается к источнику света LS для излучения света L. Двумя экстремальными значениями являются продолжительность включения 0 или 0%, при которой источник света вообще не излучает света, и продолжительность включения 1 или 100%, при которой источник питания LS непрерывно излучает свет. Между двумя этими экстремальными значениями источник света попеременно излучает или не излучает свет L. Предпочтительно источник света управляется, используя прямоугольную форму волны таким образом, что продолжительность включения в качестве альтернативы может быть определена как отношение между состоянием "включен", в котором источник света излучает свет, и состоянием "выключен", в котором источник света не излучает свет.

Модуль освещения показан в состоянии, в котором он соединен с силовой инфраструктурой, а электрические контакты ЕС1, ЕС2 соответственно находятся в электрическом контакте с электродами E1, Е2. Продолжительность включения, задаваемая подачей питания, которое передается к источнику света, управляется системой управления, которая в этом варианте осуществления управляет выключателем SW. Замыкание выключателя SW замкнет электрическую цепь таким образом, что источник питания PS будет в состоянии подавать питание к источнику света, а источник света будет излучать свет L. Размыкание выключателя разъединяет источник питания с источником света, посредством чего подача питания от источника питания к источнику света предотвращается таким образом, что излучение света L не происходит.

Система управления может быть выполнена с возможностью уменьшения продолжительности включения подачей питания к источнику света, сокращая продолжительность подачи питания, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения. Система управления может дополнительно или в качестве альтернативы быть выполненной с возможностью сокращения подачи питания к источнику света, уменьшая амплитуду питания, передаваемого к источнику света.

В этом варианте осуществления тепловой распределитель HS расположен между источником света LS и электрическим контактом ЕС1. Тепловой распределитель выполнен из электрически изолирующего материала для электрического изолирования теплового распределителя от электрического контакта ЕС1. Тепло, генерируемое источником тепла, может быть передано от источника света к силовой инфраструктуре посредством теплового распределителя, электрического контакта ЕС1 и электрода Е1. Термическое сопротивление этого термического соединения указывается термическим сопротивлением TR. Предпочтительно термическое сопротивление теплового распределителя является относительно низким таким образом, что критическое термическое сопротивление является термическим сопротивлением между электрическим контактом ЕС1 и электродом Е1.

Электрод Е1 и соответствующий электрический контакт ЕС1, оба, больше, чем электрод Е2 и электрический контакт ЕС2. Это обеспечивает минимальное термическое сопротивление, если устанавливается удовлетворительный термический контакт таким образом, что модуль освещения может быть защищен от перегрева.

Поскольку для защиты модуля освещения от перегрева требуется низкое термическое сопротивление, система измерения измеряет термическое сопротивление. Если термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, вызывая опасность перегрева, система управления будет модифицировать подачу питания к источнику света, например, уменьшая продолжительность включения источника света. Это имеет преимущество в том, что количество тепла, генерируемого источником света, уменьшается и модуль освещения защищается от перегрева. Измерение термического сопротивления имеет преимущество в том, что относительно быстро можно определить удовлетворительность термического контакта, например, в отношении измерения температуры, преимущество перед случаем, в котором требуется подождать момента, пока температура не достигнет предварительно заданного ограничения. Другое преимущество может быть в том, что в случае уменьшения продолжительности включения источника света пользователю предоставляется визуальное указание, что термический контакт является неудовлетворительным.

Предпочтительно "нормальная" продолжительность включения в случае термического сопротивления, находящегося ниже предварительно заданного значения, является такой, что достигается номинальный рабочий ток, а продолжительность включения может составлять вплоть до 100%. Хорошее визуальное указание может быть получено, когда продолжительность включения уменьшается таким образом, что источник света мигает, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, при этом продолжительность включения может быть опущена ниже 50%. Также, когда термическое сопротивление находится выше предварительно заданного значения, возможно уменьшить продолжительность включения до 0% таким образом, что источник света будет находиться в выключенном или нерабочем состоянии, также явно указывая, что термический контакт не является удовлетворительным. Мигающий сигнал предупреждения является предпочтительным в отношении сигнала предупреждения, при котором источник света выключен, поскольку мигающий сигнал предупреждения также указывает, что электрическое соединение установлено и модуль освещения является исправным.

Для предупреждения пользователя и выдачи незамедлительного ответа о термическом контакте возможны также другие сигналы предупреждения, например звуковые или вибрирующие.

Термическое сопротивление может быть определено измерением электрического сопротивления контакта между электрическим контактом ЕС1 и электродом E1. И электрическое сопротивление, и термическое сопротивление зависят от физического контакта между электрическим контактом ЕС1 и электродом Е1 таким образом, что электрическое сопротивление является измерением для термического сопротивления.

Предпочтительно электрическое сопротивление определяется таким образом, что воздействие тока, подаваемого к модулю освещения, на измерение является минимальным. Пример такого образа действия показан на фиг. 2.

Фиг. 2 показывает пример системы измерения модуля освещения для измерения термического сопротивления между электрическим контактом ЕС1 и электродом Е1. Термическое сопротивление измеряется измерением электрического сопротивления, т.е. контактного сопротивления между электрическим контактом ЕС1 и электродом Е1. При этом система измерения содержит вольтметр V, соединенный с электродом Е1 при помощи контрольного вывода TP и части Р электрического контакта ЕС1, которая не несет ток CU, так что измеренное напряжение является измерением для контактного сопротивления между электрическим контактом ЕС1 и электродом Е1 и не включает в себя сопротивления материалов электрического контакта ЕС1 и/или электрода Е1.

На фиг. 3 отображен схематичный вид модуля освещения LM′ согласно другому варианту осуществления изобретения. Модуль освещения LM′ является пригодным для электрического и термического соединения с силовой инфраструктурой (не показана), имеющий, по меньшей мере, один источник питания, причем каждый источник питания содержит два электрода.

Модуль освещения LM′ содержит печатную плату ПП, на которой предоставлено множество источников света LS′ (например, СИДов) для излучения света. Источники света LS′ при излучении света являются источниками тепла. На ПП также предоставлена система управления для управления питанием, подающимся к источникам света LS′, например, продолжительностью включения.

Модуль освещения LM′ дополнительно содержит два электрических контакта ЕС1′, ЕС2′ для осуществления контакта с электродами, по меньшей мере, одного источника питания и посредством этого установления электрического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой. Электрические контакты соединяются с печатной платой ПП соответственно через электрические линии ELI, EL2.

При установлении электрического соединения тепловой распределитель HS′ размещается между источниками LS′ света и силовой инфраструктурой. Тепловой распределитель HS′ содержит термическую контактную площадку ТС для установления термического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой.

Модуль освещения содержит систему измерения для измерения термического сопротивления термического соединения между модулем освещения и силовой инфраструктурой. Система измерения выполнена с возможностью определять термическое сопротивление термического соединения измерением теплового потока от источников света к силовой инфраструктуре. В этом варианте осуществления система измерения обеспечена двумя температурными датчиками TS1, TS2.

При установлении термического соединения температурный датчик TS1 располагается в тепловом распределителе HS′ рядом с источниками света, а температурный датчик TS2 располагается в тепловом распределителе HS′ рядом с термической контактной площадкой ТС, т.е. рядом с силовой инфраструктурой.

Тепловой поток может быть определен как температурный напор, деленный на термическое сопротивление. Когда термический контакт между термической контактной площадкой ТС и силовой инфраструктурой является удовлетворительным, общее термическое сопротивление будет относительно низким. В результате модуль освещения будет относительно быстро достигать термического равновесия с силовой инфраструктурой, поскольку требуется только небольшой температурный напор для установления теплового потока, который соответствует количеству генерируемого тепла источником тепла, т.е. источником света.

Когда термический контакт между термической контактной площадкой ТС и силовой инфраструктурой не является удовлетворительным, общее термическое сопротивление будет относительно высоким. В результате модуль освещения будет более медленно достигать термического равновесия, поскольку требуется большой температурный напор для установления теплового потока, который соответствует количеству генерируемого тепла источником тепла, т.е. источником света. Этот напор в тепловом потоке в качестве функции времени может быть детектирован для определения того, является ли термический контакт удовлетворительным.

Также возможно предоставить небольшой конвектор или радиатор, который соединяется с тепловым распределителем HS′ для обеспечения альтернативного маршрута для утечки тепла. Более высокое термическое сопротивление приведет в результате к большей "утечке" тепла через конвектор или радиатор таким образом, что тепловой поток через тепловой распределитель и термическую контактную площадку уменьшится. Это уменьшение теплового потока измеряется в качестве уменьшенного температурного напора.

На фиг. 4 отражены траектории температурного напора, измеренные температурными датчиками TS1, TS2 фиг. 3, в случае когда температурный контакт между модулем освещения и силовой инфраструктурой является удовлетворительным, и в двух случаях, когда термический контакт между модулем освещения и силовой инфраструктурой является неудовлетворительным. Вертикальная ось является температурным напором DT, горизонтальная ось является временем TIME.

Траектория температурного напора dT1 является температурным напором в зависимости от времени, измеренным температурными датчиками TS1, TS2 в случае удовлетворительного термического контакта. В момент времени t1 по существу достигается равновесие, после чего тепловой поток через тепловой распределитель становится постоянным, приводя в результате к постоянному температурному напору.

Траектория температурного напора dT2 является температурным напором в зависимости от времени, измеренным температурными датчиками TS1, TS2 в случае неудовлетворительного термического контакта и отсутствия дополнительного пути теплового потока, например, конвектора, радиатора или другого проводящего пути. В момент времени t2 по существу достигается равновесие, после чего тепловой поток через тепловой распределитель становится постоянным, приводя в результате к постоянному температурному напору. Поскольку термическое сопротивление является более высоким по причине неудовлетворительного термического контакта, для достижения равновесия требуется больше времени.

Траектория температурного напора dT3 является температурным напором в зависимости от времени, измеренным температурными датчиками TS1, TS2 в случае неудовлетворительного термического контакта и предоставления дополнительного пути теплового потока, например, конвектора, радиатора или другого проводящего пути. В момент времени t3 по существу достигается равновесие, после чего тепловой поток через тепловой распределитель становится постоянным, приводя в результате к постоянному температурному напору. Поскольку термическое сопротивление является более высоким по причине неудовлетворительного термического контакта, больше тепла утечет через дополнительный путь теплового потока таким образом, что тепловой поток через тепловой распределитель посредством термической контактной площадки будет более низким, как показано на фиг. 4.

Таким образом, система управления имеет возможность измерить термическое сопротивление, рассматривая конкретный промежуток времени и определяя, было ли достигнуто равновесие или нет. Также возможно рассмотреть максимальный тепловой поток в случае дополнительного пути тепла.

Также существует случай, когда не устанавливается термического контакта, приводя в результате к полному отсутствию теплового потока. Однако показание полного отсутствия тепла также может означать, что модуль освещения находится в состоянии "выключен", т.е. в состоянии завершения работы. В этом случае может быть выдан ложный сигнал предупреждения. Для того чтобы избежать этого, также дополнительно возможно измерить ток или температуру.

Также для определения термического сопротивления можно использовать информацию только одного температурного датчика. Например, если используется температурный датчик TS1, а температурным датчиком TS2 пренебрегают, термическое сопротивление также может быть определено, рассматривая производную по времени для температуры, измеренной температурным датчиком TS1. Это показано в случае удовлетворительного термического контакта и неудовлетворительного термического контакта на фиг. 5.

На фиг. 5 на вертикальной оси показана температура TEMP, а на горизонтальной оси - время TIME. Траектория температуры Т1 показывает температуру, измеренную температурным датчиком TS1 в случае удовлетворительного термического контакта. Траектория температуры Т1′ показывает температуру, измеренную температурным датчиком TS1 в случае неудовлетворительного термического контакта. Для одного временного промежутка скорость изменения траекторий температуры Т1 и Т1′, т.е. производные по времени для температуры, указана соответственно линиями dT1dt и dT1′dt. Когда присутствует неудовлетворительный термический контакт, температура будет возрастать более быстро, чем в случае удовлетворительного термического контакта, таким образом, что производная по времени для температуры является измерением термического сопротивления.

Все вышеупомянутые варианты осуществления и признаки могут также быть применены к системам освещения с регулируемой яркостью. Для некоторых признаков, которые очевидны специалистам в данной области техники, может потребоваться масштабирование значения в отношении уровня питания, подаваемого к модулю освещения.

Как требуется, в материалах настоящей заявки раскрыты подробные варианты осуществления настоящего изобретения; однако должно быть понятно, что раскрытые варианты осуществления являются только примерными относительно изобретения, которое может быть осуществлено в различных формах. Следовательно, специфичные структурные и функциональные подробности, раскрытые в материалах настоящей заявки, не должны быть интерпретированы в качестве ограничивающих, а просто в качестве основы для формулы изобретения и как представляющие примеры для специалистов в данной области техники, чтобы по-разному использовать настоящее изобретение в практически любой соответствующей детализированной конструкции. Более того, термины и фразы, используемые в материалах настоящей заявки, не предназначены, чтобы быть ограничивающими, а скорее, чтобы предоставлять понятное описание изобретения.

Термины в единственном числе, в качестве используемых в материалах настоящей заявки, определены как один или более чем один. Термин "множество", в качестве используемого в материалах настоящей заявки, определен как "два или более чем два". Термин "другой", в качестве используемого в материалах настоящей заявки, определен как "по меньшей мере, второй или дальнейший". Термины "включающий в себя" и/или "имеющий", в качестве используемых в материалах настоящей заявки, определены как "содержащий" (то есть открытый набор, не исключающий других элементов или этапов). Любые символы ссылок в формуле изобретения не должны истолковываться в качестве ограничивающих объем формулы изобретения или изобретение.

Простое обстоятельство, что определенные критерии перечислены во взаимно разных зависимых пунктах формулы изобретения, не служит признаком того, что сочетание этих критериев не может быть с выгодой использовано.

Единственный процессор или другое устройство может выполнять функции нескольких пунктов, изложенных в формуле изобретения.