БЕЗОПАСНАЯ РАБОТА LED-ЛАМПЫ
SAFE OPERATION OF LED LAMP

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к лампе и к способу работы лампы. В частности, изобретение относится к лампам, содержащим LED элемент.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Благодаря своим известным преимуществам, таким как высокая эффективность использования энергии, малый размер и длительный срок службы, светоизлучающие диоды (LED) все чаще используются сегодня в осветительных и сигнальных применениях. LED-лампы модифицированной конструкции заменяют другие технологии, такие как лампы накаливания или люминесцентные лампы.
Такие LED-лампы сконструированы безопасными для пользователя, т.е. на любые основные электрические детали, такие как электрическая схема, содержащая LED-элемент, нанесено покрытие, так что прямой контакт с рабочим напряжением, который может привести к поражению электрическим током, предотвращается при нормальной работе LED-лампы и обращению с ней. Однако если LED-лампа повреждена, могут возникнуть проблемы.
В WO 2011/027278 A1 описана LED-лампа, по меньшей мере, с одним LED в корпусе. Устройство контроля изоляции определяет дефект корпуса и в этом случае отключает LED от энергии. Устройство контроля изоляции может включать в себя схему обнаружения, интегрированную с корпусом, или датчик давления для обнаружения дефекта. Могут предоставляться переключатели для отключения всех полюсов LED или короткого замыкания предохранителя для полного отключения LED от энергии.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Можно считать, что целью является предоставление LED-лампы с повышенной безопасностью даже в случае повреждения.
Эта цель достигается с помощью LED-лампы по п.1 и с помощью способа работы по п.14. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
LED-лампа согласно изобретению содержит электрическую схему, которая включает в себя, по меньшей мере, один LED-элемент. Это содержит отдельные элементы, а также массивы любого типа из твердотельных осветительных элементов, в том числе светоизлучающих диодов и органических светоизлучающих диодов (OLED).
Лампа дополнительно содержит покрывающий элемент. Покрывающий элемент предоставляется для покрытия, по меньшей мере, части электрической схемы для того, чтобы обеспечить защиту для пользователя с тем, чтобы обращаться с лампой без опасности поражения электрическим током от прикосновения к функционирующим деталям, т.е. частям схемы, находящимся под рабочим напряжением. Покрывающий элемент предпочтительно может быть корпусом, предоставляемым для полной изоляции электрической схемы (за исключением клемм питания).
Электрическая схема лампы включает в себя, по меньшей мере, один электрический проводник, который выполнен с возможностью подачи электропитания на LED-элемент. Согласно изобретению, лампа содержит разделительное устройство, предусмотренное для механического отсоединения проводника, если чувствительный элемент обнаруживает дефект покрывающего элемента.
Чувствительный элемент позволяет различать нормальное состояние лампы, которое делает возможной безопасную работу, и состояние, связанное с дефектами структуры, в котором, по меньшей мере, часть покрывающего элемента может быть разрушена, открыта, утрачена или иным образом содержать дефект, который может представлять опасность так, что он уже больше не выполняют функцию надежной изоляции любых функционирующих частей электрической схемы. В частности, чувствительный элемент может обнаружить механические повреждения в покрывающем элементе.
В случае обнаружения дефекта чувствительным элементом, электрический проводник, расположенный на линии подачи электропитания к LED-элементу, механически отсоединяется, т.е. электропроводящий материал электрического проводника, предпочтительно, такой как, материал из металла, например, отрезается, отрывается или на него оказывается иное механическое воздействие, так что материал полностью отделяется и никакая дальнейшая электрическая проводимость невозможна. Таким образом, дальнейшая подача электроэнергии полностью нарушается, и любая дальнейшая работа LED-элемента полностью подавляется.
Путем механического отсоединения электрического проводника, и таким образом полного отключения LED-элемента, исключается небезопасная работа. Полное отключение гарантирует, что в случае дефекта покрывающего элемента, например, сломанного корпуса, LED-лампа становится полностью непригодной и должна быть заменена.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения, разделительное устройство может содержать импульсный элемент, подходящий для того, чтобы запускаться для предоставления силы воздействия для отсоединения электрического проводника. Импульсный элемент может быть любым элементом, подходящим для предоставления требуемой силы при запуске. Механический элемент может приводиться в движение силой воздействия для отсоединения электрического проводника. Как станет очевидным применительно к предпочтительным вариантам осуществления, движимый механический элемент может быть частью носителя (например, печатной платы), на котором предоставляется электрический проводник, или может быть отдельным элементом, выполненный с возможностью механически воздействовать на электрический проводник.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления, может быть предусмотрен импульсный элемент, который будет электрически запускаться. Электрический сигнал, предоставляемый в качестве сигнала запуска, может служить для доставки энергии для обеспечения силы движения. Альтернативно, электрический сигнал запуска может служить для высвобождения предварительно запасенной энергии, например, в электрической, химической или механической форме.
В особенно предпочтительном варианте осуществления электрический запускающий сигнал может быть предоставлен LED-элементу с помощью запускающего проводника, которая электрически изолирована от электрического проводника. Таким образом, предпочтительно, чтобы электрический запускающий сигнал проводился не через сам электрический проводник, а отдельно через запускающий проводник.
В вариантах осуществления изобретения различные элементы могут служить для предоставления силы движения для отсоединения электрического проводника. Например, может предоставляться химический заряд, который, при запуске, приводит в движение механический элемент. Альтернативно, может предоставляться пружинный элемент с предварительно запасенной механической энергией, которая высвобождается при запуске, например, путем удаления блокировочного элемента. Кроме того, можно предоставить обмотку возбуждения для приведения в движение электромагнитом ферромагнитного элемента. Альтернативные варианты осуществления и комбинации описанных выше вариантов осуществления также возможны.
Предпочтительно, электрический проводник может быть проволочным соединением. Соединение проводом это гибкая экономичная технология межсоединений, широко используемая в промышленном масштабе при корпусировании полупроводниковых приборов. Проволочное соединение может, в частности, быть из алюминия, меди или золота диаметром от 15 мкм до нескольких сотен мкм. В частности, предпочтительными являются диаметры 30 мкм - 100 мкм. Проволочное соединение хорошо подходит для полного прерывания питания при отсоединении. Благодаря своим небольшим размерам, оно может быть легко разрезано, разорвано или отсоединено иным образом.
В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления изобретения электрический проводник может быть предусмотрен на первой части носителя и на второй части носителя. Части носителя могут быть любым элементом, подходящим для механического удерживания электрического проводника. В частности, части носителя могут быть частями одной или нескольких печатных плат. Электрический проводник может затем быть отсоединен путем разделения первой и второй частей носителя. Электрический проводник между частями носителя затем разрывается таким образом, что осуществляется желаемое механическое разделение.
В одном из вариантов осуществления изобретения множество зон разрыва расположено вдоль длины электрического проводника, т.е. электрически последовательно. Разделительное устройство может отсоединить электрический проводник не только в одном месте, но может действовать таким образом, что проводник отсоединяется, по меньшей мере, в двух зонах разрыва. Благодаря последовательному расположению зон разрыва и получающемуся в результате последовательному электрическому соединению обеспечивается электрическая изоляция даже в случае, когда разделение в одной из зон разрыва может быть неполным.
Лампа может содержать электрические клеммы, где она подключается к источнику электрической рабочей мощности, например, от осветительного прибора, балластного сопротивления, сети электропитания и т.д. Схема выпрямителя и схема возбуждения могут быть электрически расположены между LED-элементом и электрическими клеммами, таким образом, что выпрямляется переменный ток электропитания. Предпочтительно, чтобы переменный ток электропитания, подаваемый электрическими проводниками, мог выпрямляться в постоянный ток электропитания, подаваемый в схему возбуждения. Схема возбуждения может служить для подачи электропитания LED-элементу подходящим образом для его осветительной работы, например, стабилизировать напряжение, ток или мощность.
Электрический проводник, который в случае дефекта отсоединяется посредством разделительного устройства, может быть подключен между электрическими клеммами и схемой выпрямителя. Альтернативно, электрический проводник может предоставляться между схемой выпрямителя и LED-элементом. В обоих случаях отделение электрического проводника препятствует дальнейшей работе LED-элемента. Предоставление зоны разрыва электрического проводника между электрической клеммой и схемой выпрямителя также служит отключению этой цепи.
Можно использовать любой тип чувствительного элемента, который подходит для подачи сигнала о дефекте покрывающего элемента. В одном из предпочтительных вариантов осуществления чувствительный элемент может включать в себя, по меньшей мере, одну токопроводящую дорожку, предоставляемую на способной разрушаться подложке, такой как пластмассовый элемент или стеклянный элемент. Способная разрушаться подложка может быть либо частью покрывающего элемента, либо она может быть предусмотрена в тесном механическом контакте с покрывающим элементом. Таким образом, если силы или деформации, которые могут привести к дефекту, действуют на покрывающий элемент, способная разрушаться подложка может сломаться и таким образом разорвать токопроводящую дорожку, вследствие чего дефект покрывающего элемента электрически воспринимается. В предпочтительных вариантах осуществления способная разрушаться подложка может предоставляться имеющей удлиненную форму, например, как стержень круглого или прямоугольного сечения, в виде удлиненного плоского покрытия над LED-элементом, или в виде трубки, внутри которой предусмотрен LED-элемент.
Эти и другие аспекты изобретения станут очевидны и пояснены со ссылкой на описанные ниже варианты осуществления.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На чертежах,
на Фиг.1 показана принципиальная схема первого варианта осуществления LED-лампы;
на Фиг.2 показана принципиальная схема второго варианта осуществления LED-лампы;
на Фиг.3 показан схематический вид сбоку первого варианта осуществления разделительного устройства;
на Фиг.4a, 4b показан вид сверху и вид в перспективе второго варианта осуществления разделительного устройства;
на Фиг.5a, 5b показан вид сверху и вид в перспективе третьего варианта осуществления разделительного устройства;
на Фиг.6a-c показан вид сверху, вид в перспективе и вид сбоку четвертого варианта осуществления разделительного устройства;
на Фиг.7-9 показан вид в перспективе частей вариантов осуществления LED-лампы с различными чувствительными элементами.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фигуре 1 показана принципиальная схема первого варианта осуществления LED-лампы 10, включающей корпус 12, из которого выступают электрические клеммы 14. Если LED-лампа 10 устанавливается в осветительном приборе, электрическая рабочая мощность подается на клеммы 14, например, посредством сети электропитания.
Клеммы 14 посредством проводников 16а, 16b электрически подсоединены к выпрямителю 18, который выпрямляет переменный ток электропитания и предоставляет электропитание постоянного тока в схему 20 возбуждения.
Схема 20 возбуждения поставляет стабилизированную рабочую мощность на LED-элемент 22, показанный только символически.
LED-лампа 10 включает в себя предохранитель, состоящий из чувствительного элемента 24, цепи 26 безопасности и разделительного устройства 28. Чувствительный элемент 24 подключен к цепи 26 безопасности и служит для электронного обнаружения дефекта корпуса 12. Цепь 26 безопасности электрически подсоединена через запускающие проводники 30a, 30b к разделительному устройству 28, чтобы запустить разделительное устройство, если обнаружен дефект корпуса 12. Разделительное устройство 28 предоставляется для механического отсоединения электрических проводников 16a, 16b при запуске.
Возможны различные варианты осуществления чувствительного элемента 24 и его расположение по отношению LED-элементу 22. Примеры показаны на Фигурах 7-9. В каждом из этих вариантов осуществления дорожка 36 электрического проводника предоставляется на способной разрушаться подложке, предпочтительно из стекла. Если силы и деформации действуют на корпус 12 лампы, стеклянная подложка ломается, и дорожка 36 электрического проводника разрывается, что электрически обнаруживается цепью 26 безопасности.
В вариантах осуществления, показанных на Фигурах 7-9, LED-элемент 22 в каждом случае предоставляется в виде множества светоизлучающих диодов, расположенных на печатной плате 32. Способная разрушаться подложка в варианте осуществления, показанном на Фигуре 7, представляет собой стеклянный стержень 34а, расположенный рядом с LED-элементом 24, так что он будет ломаться, если печатная плата 32 сломана или деформирована.
В варианте осуществления, показанном на Фигуре 8, способная разрушаться подложка представляет собой плоскую стеклянную накладную пластину 34b, предоставляемую над LED-элементом 24, так что она также ломается, если лампа деформируется. В варианте осуществления, показанном на Фигуре 9, способная разрушаться подложка представляет собой стеклянную трубку 34c, предоставляемую вокруг LED-элемента 24.
В каждом из приведенных выше вариантов осуществления, проводящие дорожки 36, предоставляемые на способной разрушаться подложке, будут разорваны, если подложка 34a, 34b, 34c ломается. В качестве еще одного варианта осуществления, LED-элемент 24 может быть установлен на способной разрушаться печатной плате, изготовленной, например, из стекла, также содержащий проводящую дорожку 36, которая разрывается в случае, если печатная плата ломается.
Вернемся к Фигуре 1, цепь 26 безопасности контролирует проводимость проводящей дорожки 36 чувствительного элемента 24. В случае если проводящая дорожка 36 разрывается, это сигнализирует о потенциальном дефекте корпуса 12. В таком случае, цепь 26 безопасности действует так, чтобы полностью блокировать дальнейшую работу лампы 10.
Это зависит от посылки электрического запускающего сигнала по запускающим цепям 30a, 30b на разделительные устройства 28. Как будет объяснено ниже, разделительное устройство 28 механически отсоединяет электрические проводники 16a, 16b, и таким образом полностью блокирует лампу 10.
На Фигуре 2 показана принципиальная схема второго варианта осуществления LED-лампы 110. Схема лампы 110 в соответствии со вторым вариантом осуществления во многом похожа на первый вариант осуществления. Одинаковые части обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Далее будут объяснены только различия между первым и вторым вариантами осуществления.
В то время как в первом варианте осуществления лампы 10 разделительное устройство 28 располагается на электрических проводниках 16a, 16b, расположенных между клеммами 14 питания и выпрямителем 18, разделительное устройство 28 располагается в другом месте той же цепи. Электрические проводники 40a, 40b предназначены для подключения выпрямителя 18 к схеме 20 возбуждения. Разделительное устройство 28 располагается на этих электрических проводниках 40a, 40b для их отключения при запуске.
В обоих первом и втором вариантах осуществления все (два) полюса источника электропитания разъединяются разделительным устройством 28.
Кроме того, в обоих вариантах осуществления цепь 26 безопасности питается электрической рабочей мощностью от входного напряжения выпрямителя. Запускающий сигнал от цепи 26 безопасности на разделительное устройство подается через запускающие проводники 30a, 30b, электрически изолированные от электрических проводников 16a, 16b; 40a, 40b на линии питания от клемм 14 к LED-элементу 22.
Далее будут описаны различные варианты осуществления разделительного устройства 28 со ссылкой на чертежи на Фигуре 3 - Фигуре 6с.
На Фигуре 3 показан схематический вид сбоку первого варианта осуществления разделительного устройства 28. Электрический проводник, который может быть электрическим проводником 16a в соответствии с первым вариантом осуществления электрическим проводником 40a в соответствии со вторым вариантом осуществления, получают в виде токопроводящей дорожки на печатной плате 42. Проводящая дорожка обрывается в зоне 44 разрыва, которая предусмотрена в месте, в котором электрический проводник 16а, 40а должен разрываться в случае дефекта корпуса. Внутри зоны 44 разрыва, электрический проводник предоставляется в виде проволочного соединения 46.
Ближайшая к проволочному соединению 46 катушка 48 снабжена поршнем 50. Поршень 50 состоит из ферромагнитного материала, и предпочтительно включает в себя постоянный магнит. По меньшей мере, кончик электрически изолирован, чтобы избежать проводимости поршнем 50. Запускающий сигнал, создаваемый цепью 26 безопасности, прилагается к катушке 48, которая генерирует магнитное поле, которое продвигает ферромагнитный поршень 50, таким образом, что его заостренный кончик прорезает проволочное соединение 46 и таким образом механически отсоединяет его. Вследствие этого электрический проводник 16а, 40а полностью разрывается.
На Фигурах 4a, 4b показан второй вариант осуществления разделительного устройства 28. Электрические проводники 16a, 16b (или: 40a, 40b) предоставляются на печатной плате 42 и каждый разрывается в двух последовательных зонах 44a, 44b разрыва, где предусмотрены проволочные соединения 46. Печатная плата 42 содержит вырезной элемент 52, который лишь нежестко соединен с остальной частью печатной платы 42. Химический заряд 54 снабжен контактным зажиганием, подключенным к запускающим проводникам 30a, 30b.
Химический заряд 54 может представлять собой любой горючий материал, который, в случае возгорания, способен быстро расширяться и таким образом производить движущую силу. Например, химический заряд 54 может быть текучей средой или твердым веществом, которое при воспламенении быстро превращается в газ. В частности, этот материал может быть заключен в полость, поршень или иным образом ограничен для того, чтобы произвести направленную силу. Примером горючего твердого вещества, которое является безопасным (т.е. защищенным от самовозгорания) может быть парафин, который, например, используется в домашних спичках.
В качестве зажигания для химического заряда 54 можно использовать различные электрические компоненты, такие как, например, нить накала или волосок накала, изготовленные, например, из вольфрама, золота, серебра, алюминия, углерода и т.д. В особенно предпочтительном варианте осуществления простой резистор, такой как SMT резистор, можно использовать в качестве источника воспламенения пиротехнического химического заряда 54, такого как парафин. При изготовлении лампы с химическим зарядом 54, может быть целесообразным вносить материал химического заряда 54 после стадии пайки во избежание воспламенения во время производственного процесса.
При нормальной работе электрическая рабочая мощность проводится через проводники 16а, 16b; 40a, 40b.
В случае обнаруженного дефекта корпуса, цепь 26 безопасности посылает запускающий сигнал через запускающие проводники 30а, 30b таким образом, что активируется запальный элемент заряда взрывчатого вещества 54. Это взрывает заряд 54, расположенный между вырезным элементом 52 и остальной частью печатной платы 42. Механическая сила, генерируемая при взрыве, отделяет вырез 52 от остальной части печатной платы 42, как показано на Фигуре 4b. Так как вырез 52 отделяется от остальной части печатной платы 42, проволочные соединения 46 разрываются в каждой из зон 44а, 44b разрыва. Таким образом, каждый из проводников 16а, 40а; 16b, 40b механически отсоединяется в двух следующих друг за другом положениях, что приводит к безопасной блокировке какой-либо дальнейшей проводимости.
На Фигурах 5a, 5b показан третий вариант осуществления разделительного устройства 28. Третий вариант осуществления очень похож вышеописанный второй вариант осуществления в соответствии с Фигурами 5a, 5b. Одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые части. Далее будут объяснены только различия. Как и во втором варианте осуществления, соответствующем Фигурам 4a, 4b, электрические проводники 16a, 40a; 16b, 40b предоставляются на печатной плате 42 с вырезом 52, и две зоны 44a, 44b разрыва расположены на границах выреза 52. Запускающие проводники 30a, 30b подсоединены к заряду 54.
В отличие от второго варианта осуществления, вырез 52 в третьем варианте осуществления в соответствии с Фигурами 5а, 5b установлен с возможностью поворота на остальной части печатной платы 42, и сжатая пружина 56 расположена под ним. Уплотнение 58 удерживает вырез 52 на месте, противодействуя силе пружины.
Если запускающий сигнал посылается через запускающие цепи 30а, 30b и химический заряд 54 взрывается, это устраняет уплотнение 58, высвобождая вырез 52. Под действием силы сжатой пружины 56 вырез 52 поворачивается, как показано на Фигуре 5b, тем самым отсоединяя проволочные соединения 46, расположенные в зонах 44a, 44b разрыва.
На Фигурах 6a-6c показан четвертый вариант осуществления разделительного устройства 28. Четвертый вариант осуществления очень похож на вышеописанный третий вариант осуществления в соответствии с Фигурами 5a, 5b. Одинаковые ссылочные позиции обозначают одинаковые части. Далее будут объяснены только различия.
В соответствии с четвертым вариантом осуществления, первый поворотный вырез 52a и второй поворотный вырез 52b предоставляются, нагруженными сжатой пружиной 56 снизу. Вырезы 52a, 52b удерживаются вместе посредством уплотнения 58, к которому прикреплен химический заряд 54 с запалом. Три последовательных зоны 44a, 44b разрыва, 44c формируются на каждом из электрических проводников 16a, 40a; 16b, 40b посредством проволочных соединений.
Так как заряд 54 воспламеняется, уплотнение 58 удаляется и вырезы 52a, 52b поворачиваются подобно открыванию дверей (Фигура 6b), тем самым отсоединяя проволочные соединения в каждой из зон 44а, 44b, 44c разрыва.
Изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и предшествующем описании. Такие иллюстрации и описание должны рассматриваться как иллюстративные или приведенные в качестве примера, а не ограничивающие; изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления.
Например, любая из описанных компоновок схемы, вариантов осуществления разделительных устройств и вариантов осуществления устройств обнаружения могут быть произвольно объединены. Хотя раскрытое отключение всех полюсов является предпочтительным, альтернативно также возможно отключение только одного полюса, чего было бы достаточно, чтобы препятствовать дальнейшей работе LED-элемента 22.
В формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов и формы единственного числа не исключают множественного числа. Сам факт того, что определенные меры перечислены во взаимно отличных зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что сочетание этих мер нельзя использовать с пользой. Любые ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться в качестве ограничения объема.