Устройство подведения электрического тока к группе светодиодных модулей
DEVICE OF ELECTRIC CURRENT SUPPLY TO GROUP OF LED MODULES

Изобретение относится к элементам конструкции устройств отображения информации, электродам и разъемам, и может быть использовано для создания светодиодных видеоэкранов больших размеров.
Из существующего уровня техники известно устройство (US 7936561 B1, H05K 7/20, 3.05.2011) подведения тока к группе светодиодных модулей посредством изолированных проводов, уложенных в пазы алюминиевого профиля. Контакт плат с проводами осуществляется за счет вкручивания в провода саморезов, которые прорезают изоляцию и упираются в жилы проводов. Шляпки саморезов упираются в контактные площадки печатных плат светодиодных модулей, расположенных вокруг отверстий для саморезов, это создает электрический контакт между контактными площадками светодиодных модулей и жилами проводов. Электрический ток подается на провода и, проходя через саморезы, питает светодиодные модули. Первым недостатком данной конструкции является большая вероятность повреждения токопроводящей жилы одним из саморезов, вследствие чего ток не будет подведен к последующим модулям. Вторым недостатком данной конструкции является низкая надежность контакта самореза и жилы кабеля. В устройстве сложно обеспечить надежный контакт каждого самореза с токопроводящей жилой провода. Третьим недостатком является быстрый выход из строя токопроводящих проводов при сборке и разборке модуля из-за повреждения саморезами изоляции и токопроводящей жилы.
Из существующего уровня техники известно устройство (CN 203500889 U, F21S 2/00, 26.03.2014), в котором в место передачи тока с низким напряжением на расстояние в несколько метров используются встраиваемые преобразователи напряжения. Преобразователи напряжения располагаются внутри корпуса светодиодного модуля в непосредственной близости от светодиодных модулей. В устройство подается высокое напряжение с малым током, в преобразователе напряжение понижается, а ток увеличивается. С использованием этого устройства расстояние передачи тока к светодиодным модулям снижается за счет расположения преобразователя напряжения в непосредственной близости от светодиодных модулей. Первым недостатком данной конструкции является увеличение размера корпуса светодиодного модуля. Вторым недостатком данной конструкции являются увеличение массы светодиодного модуля за счет размещения внутри преобразователя напряжения и увеличение размеров корпуса. Третьим недостатком данной конструкции является удорожание питающей системы из-за необходимости создавать множество маломощных преобразователей напряжения вместо одного большей мощности.
Задачей, в рамках которой решается проблема передачи тока, достигающего сотен ампер, к группе светодиодных модулей на расстояние до 10 метров, является создание нового типа светодиодного экрана, состоящего из длинных (до 10 метров) и узких светодиодных ламелей. Экран с такими ламелями имеет легкий вес и прост в обслуживании. В отличие от светодиодных осветительных приборов в цифровых видеоэкранах нет возможности соединять светодиоды последовательно из-за необходимости подавать различный управляющий ток на каждый светодиод в отдельности. По этой причине приходится подводить к светодиодным модулям низкое напряжение питания с большим током. До настоящего времени длинные и узкие светодиодные модули использовались в медиафасадах, где отдельный светодиодный модуль содержит одну линию светодиодов, и длина модуля ограничивалась двумя метрами. В медиафасадах из-за меньшего числа светодиодов и меньшей длины модулей мощность потребления отдельного модуля в десятки раз меньше, чем в экранах нового типа, собранных из длинных (до 10 метров) светодиодных ламелей. Сложность создания длинных светодиодных ламелей для светодиодных экранов (без источников питания внутри ламелей) обусловлена сложностью передачи тока в сотни ампер с низким напряжением на расстояние больше 1 метра. При увеличении длины светодиодного модуля растут общая потребляемая мощность и потребляемый ток. Ток возрастает настолько, что передавать его через печатные платы нецелесообразно из-за возрастания потерь в проводниках печатной платы и перегрева печатных плат. Передавать ток по проводам тоже довольно сложно, так как требуются провода с сечением жил в десятки квадратных миллиметров, это ведет к удорожанию конструкции и росту массы светодиодных ламелей и к сложности монтажа питающей системы. Размещение источников питания внутри светодиодных ламелей значительно увеличивает массу и размеры светодиодных ламелей, а также увеличивает цену питающих проводов.
Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, являются: передача тока, достигающего сотен ампер, к светодиодным модулям на расстояние до 10 метров; снижение токовой нагрузки на печатные платы светодиодных модулей и понижение температуры работы светодиодных модулей; упрощение монтажа светодиодных модулей; снижение веса сборки светодиодных модулей.
Решение поставленных задач
Первый вариант устройства подведения электрического тока к группе светодиодных модулей (8) состоит из одного или нескольких светодиодных модулей (8), размещенных последовательно в линии, и нескольких токопроводящих профилей (7). Светодиодные модули (8) представляют собой печатные платы (2) с напаянными спереди светодиодами (1). Сзади на печатных платах (2) светодиодных модулей (8) располагаются контактные площадки (3, 4, 5), выстроенные в прямые линии. Контактные площадки могут выполняться в виде непрерывных линий (3), проходящих через всю поверхность печатной платы (2). Контактные площадки могут выполняться в виде прерывистых линий (4). Контактные площадки могут выполняться в виде набора контактных точек (5), выстроенных в прямые линии. Светодиодные модули (8) размещаются последовательно таким образом, что контактные площадки (3, 4, 5) отдельных светодиодных модулей (8) образуют прямые линии. К линиям контактных площадок (3, 4, 5) прикладываются токопроводящие профили (7). Контактные площадки (3, 4, 5) соприкасаются с токопроводящими профилями (7), и в местах соприкосновения возникает электрический контакт, позволяющий электрическому току протекать от одного токопроводящего профиля (7) к другому через светодиодные модули (8).
Второй вариант устройства подведения электрического тока к группе светодиодных модулей (8) состоит из одного или нескольких светодиодных модулей (8), размещенных последовательно в линии, и нескольких токопроводящий профилей (7). Светодиодные модули (8) представляют собой печатные платы (2) с напаянными спереди светодиодами (1). Сзади на печатные платы (2) светодиодных модулей (8) припаиваются контактные элементы (6), выстроенные в прямые линии. Контактные элементы (6) могут иметь сложную форму и могут изготавливаться в разных вариантах: для поверхностного монтажа и сквозного монтажа на печатную плату (2). Светодиодные модули (8) размещаются последовательно таким образом, что контактные элементы (6) отдельных модулей образуют прямые линии. К линиям контактных элементов (6) прикладываются токопроводящие профили (7). Контактные элементы (6) соприкасаются с токопроводящими профилями (7), и в местах соприкосновения появляется электрический контакт, позволяющий электрическому току протекать от одного токопроводящего профиля (7) к другому через светодиодные модули (8).
Токопроводящие профили (7) могут исполняться в различных вариантах в виде профилей с одной контактной поверхностью или в виде профилей с несколькими контактными поверхностями, которые могут подключаться сразу к нескольким линиям контактных площадок (3, 4, 5) или контактных элементов (6). Электрический контакт между контактными площадками светодиодных модулей и контактными поверхностями токопроводящих профилей может быть улучшен посредством давления на внешнюю поверхность светодиодного модуля (8) над точками контакта.
Краткое описание чертежей
Светодиодные модули (8) представляют собой печатные платы (2) с напаянными спереди светодиодами (1), с задней стороны печатной платы располагаются линии с контактными площадками различной формы (3, 4, 5) или с контактными элементами (6). Контактные площадки могут выполняться в виде непрерывных линий (3), проходящих через всю поверхность печатной платы (2), или в виде прерывистых линий (4), или в виде набора контактных точек (5), выстроенных в прямые линии. Токопроводящие профили (7) устанавливаются непосредственно на линии светодиодных модулей сзади таким образом, что контактные поверхности токопроводящих профилей соприкасаются с линиями контактных площадок (3, 4, 5) или контактных элементов (6), в результате чего между токопроводящими профилями и светодиодными модулями возникает электрический контакт. Токопроводящие профили (7) могут иметь различную форму, могут выполняться как полоски из токопроводящего материала или в виде профилей сложной формы с несколькими контактными поверхностями.
Список чертежей
Фиг.1. Светодиодный модуль, вид спереди.
Фиг.2. Светодиодный модуль с контактными площадками в виде сплошных линий, вид сзади.
Фиг.3. Светодиодный модуль с контактными площадками в виде прерывистых линий, вид сзади.
Фиг.4. Светодиодный модуль с контактными площадками в виде квадратных точек, вид сзади.
Фиг.5. Светодиодный модуль с припаянными контактными элементами, вид сзади.
Фиг.6. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, вид сзади.
Фиг.7. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, содержащими две контактные поверхности, вид сзади.
Фиг.8. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, вложенными друг в друга и содержащими две контактные поверхности, вид сзади.
Фиг.9. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, вид снизу.
Фиг.10. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, содержащими две контактных поверхности, вид снизу.
Фиг.11. Группа светодиодных модулей с токопроводящими профилями, вложенными друг в друга и содержащими две контактные поверхности, вид снизу.
Фиг.12. Группа светодиодных модулей с контактными площадками в виде сплошных линий, вид сзади с разнесенными частями.
Фиг.13. Группа светодиодных модулей с контактными площадками в виде прерывистых линий, вид сзади с разнесенными частями.
Фиг.14. Группа светодиодных модулей с контактными площадками в виде квадратных точек, вид сзади с разнесенными частями.
Фиг.15. Группа светодиодных модулей с припаянными контактными элементами, вид сзади с разнесенными частями.
Список элементов, изображенных на чертежах
1. Светодиод.
2. Печатная плата.
3. Контактные площадки печатной платы в виде непрерывных линий.
4. Контактные площадки печатной платы в виде прерывистых линий.
5. Контактные площадки печатной платы в виде прямоугольных точек.
6. Контактный элемент, припаянный на печатную плату.
7. Токопроводящий профиль.
8. Светодиодный модуль в сборе.
Устройство
Устройство состоит из двух основных элементов: светодиодных модулей (8) и токопроводящих профилей (7). Светодиодный модуль состоит из печатной платы (2) с припаянными спереди светодиодами (1). Сзади печатной платы располагаются контактные площадки различной формы (3, 4, 5) или припаиваются контактные элементы (6). Контактные площадки (3, 4, 5) и контактные элементы (6) располагаются вдоль линий приложения контактных поверхностей токопроводящих профилей (7). Токопроводящие профили (7) устанавливаются на группу светодиодных модулей таким образом, что контактные поверхности токопроводящих профилей (7) непосредственно соприкасаются с контактными площадками (3, 4, 5) или контактными элементами (6). В результате соприкосновения возникает электрический контакт, который позволяет электрическому току протекать через светодиодные модули (8) между токопроводящими профилями (7).
Изготовление устройства
Светодиодный модуль (8) изготавливается следующим образом: сначала изготавливается печатная плата (2) стандартным промышленным методом, затем на печатную плату припаиваются светодиоды (1) и другие электронные компоненты. В некоторых вариантах устройства контактные элементы (6) припаиваются вместе с другими электронными элементами на заднюю поверхность платы.
Токопроводящие профили (7) изготавливаются из алюминия методом экструзии и могут иметь различную форму. После изготовления токопроводящие профили собираются (7) в токопроводящую сборку.
На последнем этапе производства устройства на токопроводящую сборку устанавливаются светодиодные модули (8) таким образом, чтобы контактные поверхности токопроводящих профилей (7) устанавливались точно на контактные площадки (3, 4, 5) или контактные элементы (6) светодиодных модулей (8). К токопроводящим профилям (7) подключаются провода для подачи напряжения питания. К светодиодным модулям (8) подключаются провода для подачи управляющего сигнала.
Работа устройства
При установке светодиодных модулей (8) на токопроводящие профили (7) в местах соприкосновения контактных поверхностей токопроводящих профилей с контактными площадками (3, 4, 5) или контактными элементами (6) возникает электрический контакт. К токопроводящим профилям (7) подключается источник напряжения. Светодиодные модули (8) содержат светодиоды (1), которые подключаются через схему управления током к контактным площадкам (3, 4, 5) или контактным элементам (6). При приложении разности потенциалов к контактным площадкам (3, 4, 5) или контактным элементам (6) через светодиоды (1) начинает протекать электрический ток, в результате чего светодиоды (1) излучают свет. Светодиодные модули (8) имеют большое внутреннее сопротивление, которое регулируется схемой управления током, а токопроводящие профили (7) имеют маленькое внутреннее сопротивление, ток протекает от одного токопроводящего профиля (7) к другому через светодиодные модули (8), и каждый светодиодный модуль (8) потребляет столько электрического тока, сколько необходимо для питания его светодиодов (1).