Brevet FR3110671A1 — publié le 20211126

Ruban à diodes LED pour éclairage continu à longue durée de vie Ruban d’éclairage (1) à diodes LED (11) de longueur (L) supérieure ou égale à 25m, de tension nominale moyenne DC U N, notamment supérieure ou égale à 100V, le ruban comportant : Un bus d’alimentation à la tension nominale U N , s’étendant le long du ruban, une pluralité de modules (100) se succédant le long du ruban, chaque module étant alimenté sous la tension du bus par le bus d’alimentation et comportant au moins deux rangées (14, 15, 16) de diodes LED, les diodes LED comportant au moins N diodes LED reliées électriquement en série entre les bornes du bus d’alimentation, le nombre N étant choisi de telle sorte que les diodes LED aient une puissance électrique inférieure d’au moins 30% à leur puissance nominale, mieux inférieure ou égale à 40% de leur puissance nominale, encore mieux inférieure ou égale à 50%. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Ruban à diodes LED pour éclairage continu à longue durée de vie La présente invention concerne les dispositifs d’éclairage à diodes LED et plus particulièrement les rubans d’éclairage à diodes LED. On trouve sur le marché des rubans à diodes LED de grande longueur, typiquement jusqu’à 50m, destiné à l’éclairage d’ouvrages tels que des galeries de tunnels. Les diodes LED sont électriquement disposées selon une unique rangée s’étendant le long du ruban, avec des diodes LED reliées électriquement en série par une tension semi-redressée à partir d’une tension réseau de 230V AC (soit un équivalent de 200V DC moyenne environ après redressement double alternance). Les diodes LED sont typiquement de modèle 2835 de 0,2 W de puissance maximale et de 0,1 W de puissance nominale. Les diodes LED sont utilisées à leur puissance nominale, voire maximale. La principale cause de dégradation des diodes LED et donc de la durée de vie des rubans à diodes LED est la chaleur, qui a du mal à s’échapper de l’enveloppe en silicone du ruban et tend en outre à opacifier celle-ci. Pour prolonger la durée de vie des rubans, la demanderesse a pensé à ne pas les utiliser allumés en continu, ou à réduire la tension d’alimentation du ruban, entre autres solutions. Toutefois, le premier cas nécessite l’installation d’un autre ruban ou d’un éclairage de secours, et le deuxième diminue l’intensité de l’éclairage. Il existe par conséquent un besoin pour disposer d’un ruban d’éclairage à diodes LED qui soit de durée de vie accrue, tout en fournissant un éclairage satisfaisant. L’invention vise à répondre à ce besoin et elle y parvient grâce à un ruban d’éclairage à diodes LED de longueur supérieure ou égale à 25m, de tension nominale DC moyenne U N , notamment supérieure ou égale à 100V, le ruban comportant : Un bus d’alimentation à la tension nominale U N , s’étendant le long du ruban, une pluralité de modules se succédant le long du ruban, chaque module étant alimenté sous la tension du bus par le bus d’alimentation et comportant au moins deux rangées de diodes LED, les diodes LED comportant au moins N diodes LED reliées électriquement en série entre les bornes du bus d’alimentation, le nombre N étant choisi de telle sorte que les diodes LED aient une puissance électrique inférieure d’au moins 30% à leur puissance nominale, mieux inférieure ou égale à 40% de leur puissance nominale, encore mieux inférieure ou égale à 50%. N peut être compris entre 15*3*U N /200 et 30*3* U N /200. On peut avoir U N = 200 V + /- 5V, par exemple, mais l’invention n’est pas limitée à une tension particulière, et l’on peut par exemple alimenter le ruban avec une tension DC filtrée, par exemple de 24V ou 48V ou autre, ou redressée mono-alternance. Le ruban selon l’invention présente une durée de vie accrue, car les diodes LED travaillent largement en dessous de leur puissance nominale, et le niveau d’échauffement évite la dégradation des diodes et de l’enveloppe. Le moindre échauffement des diodes LED permet de disposer les diodes LED selon deux ou trois rangées, voire plus, pour compenser la moindre puissance lumineuse émise individuellement par chaque diode LED dans le cas de leur utilisation nominale voire maximale. Le nombre de diodes par mètre linéaire peut ainsi être plus élevé, et l’intensité lumineuse être de l’ordre de celle des rubans antérieurs. L’alimentation peut se faire sous une tension continue redressée ou semi-redressée, par l’intermédiaire d’un redresseur simple ou double alternance, alimenté à partir du réseau alternatif. La tension en entrée du redresseur peut être celle du réseau, typiquement de 230 V AC. On peut ainsi avoir la tension de bus U N égal à pratiquement 200V DC moyenne (on mesure 198V avec un voltmètre en mode DC). En variante, le module peut être prévu pour fonctionner sous une tension nominale U N égale à 100 V environ DC moyenne, selon les pays, voire une tension autre. Chaque module comporte de préférence trois rangées de diodes LED s’étendant le long du ruban. Le ruban comporte de préférence un circuit imprimé souple s’étendant sur toute sa longueur, et portant les modules de diodes LED. De préférence, N est compris entre 20*3* U N /200 et 25*3* U N /200. Le ruban peut être muni à ses extrémités de raccordements reliés à des connecteurs rapides, permettant de relier plusieurs rubans électriquement entre eux et d’assurer la continuité électrique du bus d’alimentation entre les rubans. Le ruban comporte typiquement une enveloppe souple en matière plastique transparente, de préférence un silicone. Au sein du module, les diodes LED peuvent être reliées électriquement par groupes de six diodes LED, les groupes étant reliés électriquement entre eux en série par l’intermédiaire de résistances électriques, chaque groupe comportant deux sous-groupes de trois diodes LED reliées électriquement en parallèle, les deux sous-groupes étant reliés électriquement entre eux en parallèle. La puissance électrique par diode LED peut être comprise entre 0,02 et 0,06W, mieux entre 0,03 et 0,04 W. La puissance électrique par diode LED peut être inférieure au moins de moitié à la puissance nominale, laquelle est par exemple de 0,1 W pour une diode de type 2835. Le nombre de diodes LED par rangée et par m linéaire de ruban peut être compris entre 150 et 400, le nombre de diodes LED du ruban étant de préférence supérieur ou égal à 180 pour 2 rangées et 270 pour 3 rangées. La puissance lumineuse par m linéaire de ruban peut être comprise entre 400lm/m et 600 lm/m pour 2 rangées et entre 600 et 1100 lm/m pour 3 rangées. Le bus d’alimentation peut comporter des conducteurs en cuivre, notamment des conducteurs filaires, s’étendant sur toute la longueur du ruban et/ou des pistes de circuit imprimé en cuivre. Le circuit imprimé peut comporter une couche de cuivre de 25 à 35 micromètres d’épaisseur, contre habituellement 10 à 20 micromètres, et les conducteurs des câbles une section en cuivre multibrin de 0,5 mm2 à 0,6 mm 2 , contre habituellement 0,3 à 0,4mm 2 pour les rubans connus . La longueur du ruban peut être supérieure ou égale à 50m, notamment peut aller jusqu’à 100m, voire 200m. L’invention a encore pour objet l’utilisation d’un ruban tel que défini ci-dessus pour l’éclairage d’un ouvrage tel qu’une galerie de tunnel, le ruban étant alimenté 24h/24 pendant 48h au moins, notamment 7j/7. Un ruban conventionnel fonctionnera typiquement d’une à deux semaines avant que certaines diodes LED ne lâchent, contrairement à l’invention où le ruban peut fonctionner sans interruption durant une telle durée sans dysfonctionnement. Un ruban selon l’invention est notamment prévu pour pouvoir fonctionner pendant un ou deux ans sans interruption. L’ouvrage ainsi éclairé est par exemple une galerie, notamment de largeur et/ou de hauteur/diamètre supérieur ou égal à 3m. Le ruban est avantageusement alimenté par le réseau par l’intermédiaire d’un pont redresseur double alternance. La tension DC en sortie de ce pont redresseur correspond à la tension U N . Elle est ainsi de 200 V DC environ pour une alimentation sur le réseau 230V AC 50Hz. L’invention pourra être mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui va suivre, d’un exemple de mise en œuvre non limitatif de celle-ci, et à l’examen du dessin annexé, sur lequel : la figure 1 représente de manière schématique et partielle, en perspective, un exemple de ruban selon l’invention, la figure 2 est un schéma électrique du ruban, la figure 3 représente de manière partielle et schématique le circuit imprimé, et la figure 4 est une coupe transversale du ruban. Description détaillée On a représenté sur les figures un ruban d’éclairage 1 selon l’invention, comportant une succession de modules 100 à diodes LED, ces modules étant alimentés chacun par un bus d’alimentation à une tension nominale U N qui est par exemple un courant DC non filtré généré en redressant avec un pont de diodes le réseau alternatif 230 V AC, 50Hz notamment. La longueur L du ruban fait par exemple 50m ou plus, pouvant atteindre 200m par exemple, en fonction des besoins. Le ruban 1 est équipé à ses extrémités de raccordements 12 et 13 à des fiches à connexion rapide (non représentées), qui assurent une continuité du bus d’alimentation et permettent de brancher électriquement les uns à la suite des autres les rubans, le branchement électrique étant une connexion en parallèle. Chaque module 100 comporte, comme on peut le voir sur la figure 2, des diodes LED 11 qui sont reliées électriquement en série. Plus précisément, les diodes 11 sont regroupées par sous-groupes 18 de trois diodes directement connectées en série, deux sous-groupes 18 étant montés en parallèle pour former un groupe 110 de six diodes 11, les différents groupes 110 étant reliés entre eux en série par des résistances 17. Le nombre de groupes 110 est de 23 dans l’exemple considéré, de sorte que l’on a 3*23 = 69 diodes 11 en série entre les bornes + et – d’alimentation, soit beaucoup plus que dans l’art antérieur. Ce nombre plus élevé de diodes 11 alimenté en série par la tension du bus réduit la tension disponible aux bornes de chaque diode 11 et donc la puissance électrique de fonctionnement de chaque diode, qui est ainsi par exemple plus de 2 fois moindre que la puissance nominale à laquelle chaque diode est prévue pour fonctionner. Il en résulte un moindre échauffement des diodes 11, et une durée de vie plus grande, même en cas de fonctionnement continu 24h/24 et 7j/7. La baisse de la puissance lumineuse émise par chaque diode 11 est compensée par le nombre plus important de diodes par mètre linéaire de ruban. Pour y parvenir, les diodes 11 sont disposées selon trois rangées 14, 15 et 16, s’étendant le long du ruban, comme visible sur les figures 1 et 3. Les diodes 11 sont portées par un circuit imprimé souple 20 et les diodes 11 de chaque sous-groupe 18 occupent la même position axiale le long du ruban, comme on peut le voir sur la figure 3. Cela simplifie le montage en parallèle des diodes 11 au sein de chaque groupe 110, et permet de garder une largeur de piste conductrice relativement importante, donc de diminuer les pertes par effet Joule. Chaque résistance 17 est disposée entre deux groupes 110 et reliée électriquement à ceux-ci par deux pistes respectives 112 et 113 en forme générale de J couché vers la droite ou vers la gauche, qui s’étendent chacune le long d’un bord du circuit imprimé, comme visible sur la figure 3. Les diodes 11 sont des composants montés en surface, par exemple de type 2835, de 0,2 W de puissance maximale et 0,1 W de puissance nominale. Dans l’exemple considéré, la puissance électrique par diode 11 est autour de 0,04 W, soit environ 11,7 W/m de ruban, et l’intensité lumineuse est de l’ordre de 850 lm/m. Le nombre de diodes 11 par m est par exemple de 276/m. Le circuit imprimé 20 est disposé dans une enveloppe souple 21 dont au moins la portion recouvrant les diodes 11 est transparente, comme illustré à la figure 4. Cette enveloppe 21 est par exemple en silicone. Le moindre échauffement du ruban permet de ralentir le vieillissement du matériau constitutif de l’enveloppe, notamment son jaunissement dans le cas du silicone. La largeur du circuit imprimé est par exemple de l’ordre de 15mm, pour une largeur totale du ruban de l’ordre de 20mm. L’épaisseur de cuivre des pistes conductrices du circuit imprimé 20 est de préférence supérieure ou égale à 25 micromètres, étant avantageusement comprise entre 25 et 35 micromètres. Bien entendu, l’invention n’est pas limitée à l’exemple qui vient d’être décrit. On peut notamment réaliser le ruban avec deux rangées seulement de diodes LED. Ruban d’éclairage (1) à diodes LED (11) de longueur (L) supérieure ou égale à 25m, de tension nominale moyenne DC U N , notamment supérieure ou égale à 100V, le ruban comportant : Un bus d’alimentation à la tension nominale U N , s’étendant le long du ruban, une pluralité de modules (100) se succédant le long du ruban, chaque module étant alimenté sous la tension du bus par le bus d’alimentation et comportant au moins deux rangées (14, 15, 16) de diodes LED, les diodes LED comportant au moins N diodes LED reliées électriquement en série entre les bornes du bus d’alimentation, le nombre N étant choisi de telle sorte que les diodes LED aient une puissance électrique inférieure d’au moins 30% à leur puissance nominale, mieux inférieure ou égale à 40% de leur puissance nominale, encore mieux inférieure ou égale à 50%. Ruban selon la revendication 1, avec N compris entre 15*3*U N /200 et 30*3* U N /200 Ruban selon la revendication 1 ou 2, avec U N égal à 200V +/- 5V. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, chaque module comportant trois rangées (14, 15, 16) de diodes LED s’étendant le long du ruban. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant un circuit imprimé souple (20) s’étendant sur toute la longueur du ruban, et portant les modules de diodes LED. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, avec N compris entre 20*3* U N /200 et 25*3* U N /200. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, étant muni à ses extrémités de raccordements (12, 13) à des fiches de connexion rapide, permettant de relier plusieurs rubans électriquement entre eux et d’assurer la continuité électrique du bus d’alimentation entre les rubans. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, comportant une enveloppe souple (21) en matière plastique transparente, de préférence un silicone. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, au sein du module, les diodes LED étant reliées électriquement par groupes (110) de six diodes LED, les groupes étant reliées électriquement entre eux en série par l’intermédiaire de résistances électriques (17), chaque groupe comportant deux sous-groupes (18) de trois diodes LED (11) reliées électriquement en parallèle, les deux sous-groupes (18) étant reliés électriquement entre eux en parallèle. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, la puissance électrique par diode LED (11) étant comprise entre 0,02 et 0,06W, mieux entre 0,03 et 0,04 W. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, la puissance nominale des diodes LED étant de 0,1 W par diode. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, le nombre de diodes LED par rangée et par m linéaire de ruban étant compris entre 150 et 400. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, la puissance lumineuse par m linéaire de ruban étant comprise entre 400lm/m et 600 lm/m pour un ruban à deux rangées et entre 600 et 1100 lm/m pour un ruban à trois rangées de diodes LED. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, le bus d’alimentation comportant des conducteurs en cuivre, notamment des conducteurs filaires s’étendant sur toute la longueur du ruban et/ou des pistes de circuit imprimé en cuivre, le circuit imprimé comportant une couche de cuivre de 25 à 35 micromètres d’épaisseur. Ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes, sa longueur (L) étant supérieure ou égale à 50m. Utilisation d’un ruban selon l’une quelconque des revendications précédentes pour l’éclairage d’un ouvrage tel qu’une galerie de tunnel, le ruban étant alimenté 24h/24h pendant 48h au moins, mieux 7j/7. Utilisation selon la revendication 16, pour éclairer une galerie de largeur et/ou de hauteur ou diamètre supérieur ou égal à 3m.