Ochranný obvod svietiacich diód (LED)

Číslo patentu: E 19773

Dátum: 25.01.2012

Autori: Yu Kuo-yi, Wei Tao-chin

Je ešte 8 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Tento vynález sa týka ochranného obvodu svietiacich diód (LED - light-emitting diode) a konkrétne prepäťovej ochrany (OVP - over voltage protection), nadprúdovej ochrany (OCP over current protection), ochrany proti prehriatiu (OTP - over temperature protection) a ochrany proti blesku, realizovanej pomocou poistných prvkov a prvkov ochrany proti výboju.Vzhľadom na stále rastúcu cenu ropy je dnes hojná zásoba energetických zdrojov a materiálov dôležitou otázkou, preto je hlavným cieľom priemyselných odvetví, ako šetriť spotrebu energie a materiály. Energia použitá osvetľovacími zariadeniami pritom zaberá celkom veľké percento celkovej spotreby energie, takže je teraz dôležitou položkou šetrenia energiou. V porovnaní s konvenčnými žiarovkami a žiarivkami má svietiaca dióda rôzne výhody, ako je kompaktná veľkosť (viac jednotiek, viac kombinácií), malá tvorba tepla (malé tepelné žiarenie), malá spotreba elektriny (nizke štartovacia napätie a prúd), dlhá životnosť(viac než 100 000 hodín), velká rýchlosť reakcie (môže sa prevádzkovať pri vysokej frekvencii), priaznivá pre životné prostredie (odolná proti otrasom, pri náraze sa hned nerozbije, regenerovateľná a bez znečistenia), takže sa môže zapuzdriť planárne a ľahko vyrobiť na produkty malej hmotnosti, kompaktnej veľkosti a tenkého profilu. Ako taká, s rastúcim jasom so zníženými nákladmi má LED teraz širší rozsah aplikácií, takže sa môže v širokej miery používať v rôznych osvetľovacích zariadeniach ako je osvetľovacie zariadenie s bielym svetlom, indikačné svetlá, signalizačné svetlá vozidiel, predné reflektory vozidiel,blikajúce svetlo, modul podsvietených kvapalných kryštálov (LCD - liquid crystal display),svetelný zdroj projektora a exteriérové zobrazovacie jednotky.V súčasnosti väčšinu energie, využívanú elektrickými spotrebičmi a elektronickými produktmi, dodáva miestna elektráreň, a táto sa prenáša prenosovými vedeniami vyrobenými z kovu, takže do nich veľmi pravdepodobne udrie blesk. Okrem tohto nadprúdu je vzniknuté vysoké napätie hlavným dôvodom spôsobenia porúch elektrických spotrebičov a elektronických výrobkov. V tomto ohľade sa produkt LED berie ako príklad vysvetlenia toho,že je napájaný striedavým napájacím zdrojom (miestna elektráreň), a počas ktorého okamžitý nadprúd pravdepodobne vytvorí okamžité vysoké napätie (špička), čím poškodl produkty LED a zníži ich životnosť.Preto je v súčasnosti problém ochrany produktov LED pred poškodením nadprúdom,prepätlm, nadmemou teplotou, špičkou a bleskom urgentná úloha, ktorá sa musí v tejto oblasti vyriešiť.FR 2 897 231 A 1, US 5,914,501 A a CN 201 383 880 Y opisujú príklady ochranných obvodov elektronických zariadení, napriklad modulov LED. Podľa tohto stavu techniky sa metal oxidové varistory, Zenerove diódy alebo odrušovače prechodového napätia používajú na ochranu pred rázmi. US 5,745,330 A opisuje konvenčný absorbér rázov, ale sa detailne nezaoberá jeho oblasťou použitia.vychádzajúc zo stavu techniky, cieľom tohto vynálezu je zlepšiť ochranné vlastnosti ochranného obvodu a zabezpečiť ochranný obvod, ktorý má zvýšenú dôveryhodnosť,s cielom zvýšit životnosť LED modulu.Vzhľadom na problémy a nedostatky doterajšieho stavu techniky tento vynález opisuje ochranný obvod LED , takže efektívne prekonáva problémy doterajšieho stavu techniky.Hlavným cielom tohto vynálezu je poskytnúť ochranný obvod LED, ktorý je schopný chrániť elektronické výrobky využívajúce LED pred poškodením, prepätím, nadprúdom, nadmemou teplotou, špičkou alebo bleskom, čim sa zvýši spoľahlivosť a životnosť elektronických výrobkov.2 Vyššie uvedené ciele rieši ochranný obvod LED podľa nároku 1. Výhodné Vylepšenia vynálezu opisujú závislé nároky.Na dosiahnutie vyššie spomenutého cieľa tento vynález poskytuje ochranný obvod LED,ktorý obsahuje modul LED dva poistné prvky pripojené jednotlivo na modul LED a ktoré sú v stave prerušeného obvodu, ked pretekajúci prúd prekročí ochrannú hodnotu prúdu, aby vypol nadprúd tečúci do modulu LED a ochranný prvok proti elektrostatickému výboju pripojený na modul LED a dva poistné prvky, aby sa poskytla obtoková cesta prúdu pre modul LED.Súvisiace výkresy v spojení s detailným popisom tohto vynálezu, ktorý sa má uskutočniť neskôr, sú stručne popísané nasledovne, na ktorýchObrázok 1 je ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja podľa prvého uskutočnenia tohto vynálezuObrázok 2 je ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja podľa druhého uskutočnenia tohto vynálezuObrázok 3 je ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja podľa tretieho uskutočnenia tohto vynálezuObrázok 4 je ochranný obvod LED ovládaný striedavým napájacím zdrojom podľa štvrtého uskutočnenia tohto vynálezuObrázok 5 sú vlnotvary osciloskopu namerané po nadprúdovej ochraneObrázok 6 sú vlnotvary osciloskopu namerané po prejdení cez prepäťovú ochranuObrázok 7 je ochranný obvod LED ovládaný pomocou striedavého napájacieho zdroja podľa piateho uskutočnenia tohto vynálezu aObrázok 8 je ochranný obvod LED ovládaný pomocou striedavého napájaciehozdroja podľa šiesteho uskutočnenia tohto vynálezu.DETAILNÝ OPIS VÝHODNÉHO USKUTOČNENIA VYNÁLEZUÚčel, konštrukcia, charakteristiky, funkcie a výhody tohto vynálezu sa môžu dôkladnejšie oceniť a pochopiť pomocou nasledujúcich detailných opisov s odkazom na pripojenéV tomto vynáleze ochranný obvod LED sa ovláda použitím striedavého napájacieho zdroja alebo jednosmerného napájacieho zdroja a je schopný zabrániť poškodeniu z dôvodu nadprúdu, prepätia, nadmemej teploty, špičky alebo blesku, vzniknutých pri používaní týchto napájacich zdrojov. V tomto uskutočnení vynálezu sa ochranný obvod LED, ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja, berie ako priklad na vysvetlenie. Pozrite obrázok 1 pre ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja podľa prvého uskutočnenia tohto vynálezu, ktorý možno použiť pre LED osvetľovanie alebo podsvietený displej elektronického zariadenia. Ako je zobrazené na obrázku 1, ochranný obvod LED obsahuje LED modul 10 dva poistné prvky tvorené z prvého poistného prvku 12 a druhého poistného prvku 14 a prvok 16 ochrany proti elektrostatickým výbojom.Vo vyššie uvedenom opise LED modul 10 zahŕňa množstvo svietiacich diód zapojených do série, aby vytvorili LED svietiaci reťazec alebo množstvo LED svietiacich reťazcov zapojených paralelne. Dva konce prvého poistného prvku 12 sú pripojené na kladný koniec jednosmerného napájacieho zdroja a kladný koniec LED modulu 10 kým dva konce druhého poistného prvku 14 sú pripojené jednotlivo na záporný koniec jednosmerného napájacieho zdroja a záporný koniec LED modulu 10 pričom prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14 sú výhodne resetovateľné elektronické poistky, taktiež označované ako polymérne poistky s kladným teplotným súčiniteľom (PTC - positive temperature coefficient), tvorené z polyméru a vodivých častíc, takže vodivé častice po špeciálnom spracovaní vytvoria reťazovú vodivú dráhu v polyméri. Dva konce prvku 14 ochrany pred elektrostatickým-3 výbojom sú pripojené jednotlivo na kladný a záporný koniec jednosmerného napájacieho zdroja.Keď normálny prevádzkový prúd prechádza cez prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14, sú schopné udržiavať nízku impedanciu, aby LED modul 10 fungoval normálne. Ked nastane buď nadprúd, alebo prepätie, a prechádza cez prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14, vytvorí teplo podľa rovnice tepelný energia prúd x napätie (E IZR), a časť alebo všetko vytvorené teplo sa rozptýli do vzduchu. lnýnni slovami, keď nadprúd prechádza cez prvý poistný prvok 12 a prekročí ochrannú hodnotu prúdu, vytvorené teplo je väčšie než rozptýlené teplo, teda aktivuje ochranný mód, aby vznikol stav prerušeného obvodu. a odpojí nadprúd a zabráni mu prúdiť do LED modulu 10. Inými slovami, teplo vytvorené nadprúdom spôsobí, že polymér sa nafúkne a rýchlo expanduje, aby prerušil vodivú cestu vytvorenú vodivými časticami, takže resetovatelná elektronická poistka je v stave vysokej impedancie(stave prerušeného obvodu), aby sa zabránilo poškodeniu LED modulu 10. V tomto vynáleze výhody použitia resetovatelnej elektronickej poistky sú, že keď nadprúd prejde(stav hypervysokej teploty) a zmizne, polymér sa ochladí a jeho objem sa vráti do normálu,čím vodivé častice v ňom obsiahnuté sa vytvarujú znovu do vodivej cesty, aby vznikla počiatočná nízka impedancia, takže ju možno znovu použiť.Navyše, ked nastanú špičky alebo blesk, nadprúd vytvorený okamžitým vysokým napätím sa priamo preplazí do kladného konca jednosmerného napájacieho zdroja (v prípade, že nastane kladný úder blesku) alebo sa preplazí zo zeme do záporného konca jednosmerného napájacieho zdroja (v prípade, že nastane záporný úder blesku). Pretože dva konce ochranného prvku 16 proti elektrostatickému výboju sú pripojené jednotlivo na kladný koniec a záporný koniec jednosmerného napájacieho zdroja, takže ked ochranný prvok 16 proti elektrostatickému výboju nie je aktivovaný, je vo vysokoimpedančnom stave, a ked nastane prepätie, môže sa okamžite prepnúť do nízkoimpedančného stavu, aby sa mohol prepnúť do vybíjacej cesty pre nadprúd, aby zabezpečil LED modul 10 obtokovú prúdu, čím zabezpečí úplnú ochranu LED modulu 10. Ochranný prvok 16 proti elektrostatickému výboju je pritom výhodne absorbérom minirázov (BLSA), ktorý má výhody keramickej plynovej výbojky a polovodičového prepäťového chrániča vysokú izolačnú impedanciu, nízku kapacitanciu medzi elektródami, väčší vybíjací prúd (dosahujúci maximálne 3 kA), dvojsmerovú symetriu,mimoriadne rýchlu reakciu (neexistuje oneskorovacl jav rázového prierazu), stabilnú a spolahlivú charakteristiku, nižšie poprierazové napätie, vysoké jednosmerné prierazné napätie (maximálne 5 000 V), kompaktnú velkost a dlhú životnosť.Pozrite obrázok 2 pre ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmemého napájacieho zdroja podla druhého uskutočnenia tohto vynálezu. Podobnosti tohto uskutočnenia s obráztom 1 sa tu zdôvodu stručnosti nebudú opakovať, avšak ich rozdielom je spôsob pripojenia ochranné prvku 16 proti výboju, takže jeden koniec ochranného prvku 16 proti výboju je pripojený medzi pn/ý poistný prvok 12 a kladný koniec LED modulu 10 zatial čo druhý koniec je pripojený na záporný koniec jednosmerného napájacieho zdroja. Zámerom tohto spôsobu pripojenia je to, že ked nastane kladný úder blesku, okamžité vysoké napätie bude pôsobiť naprieč LED modulom 10, vtedy ochranný prvok 16 proti výboju preskočí z vysokoimpedančného stavu do nízkoimpedančného stavu a vybije nadprúd vytvorený kladným úderom blesku priamo do zeme, aby efektívne odklonil (šuntoval) nadprúd. Okrem toho vysoké napätie vytvorené kladným úderom blesku bude aktivovať ochranný prvok 16 proti výboju, medzitým bude nadprúd tiecť cez prvý poistný prvok 12, a keď velkosť tohto prúdu je väčšia než ochranná hodnota prúdu, prvý poistný prvok 12 bude aktivovat ochranný mód. Aj zdôvodu náhlej reakcie hodnoty impedancie prvého poistného prvku 12 na teplotu vysoká teplota vytvorená nadprúdom preto spôsobí, že jeho impedancia okamžite preskočí do vysokoimpedančného stavu, čím priamo obmedzí prúdenie nadprúdu do LED modulu 10 a do ochranného prvku 16 proti výboju. pričom sa dosiahne cieľ chrániť oba z nich.Potom sa pozrite na obrázok 3 pre ochranný obvod LED ovládaný pomocou jednosmerného napájacieho zdroja podla tretieho uskutočnenia tohto vynálezu. Podobnosti tohto uskutočnenia vzhladom na obrázok 1 sa kvôli stručnosti nebudú opakovať, avšak ich rozdielom je spôsob pripojenia ochranného prvku 16 proti výboju, takže jeden koniec ochranného prvku 16 proti výboju je pripojený medzi prvý poistný prvok 12 a kladný koniec LED modulu 10 zatial čo druhý koniec je pripojený medzi druhý poistný prvok 14 a záporný koniec LED modulu 10. Preto bez ohľadu na to, či nastane kladný úder blesku, alebo zápomý úder blesku, nadprúd, vytvorený okamžitým vysokým napätím, sa odplazí priamo dokladného konca alebo záporného konca jednosmerného napájacieho zdroja. Vtedy ochranný prvok 16 proti výboju bude v skratovanom stave, aby vybil nadprúd, takže nadprúd bude teraz prúdiť cez LED modul. Medzitým prúd prúdiaci cez prvý poistný prvok 12 alebo druhý poistný prvok 14 je väčší než ochranná hodnota prúdu, takže ktorýkoľvek z nich bude aktivovať ochranný mód. Napríklad, ked nastane kladný úder blesku, okamžité vysoké napätie spôsobí, že ochranný prvok 16 proti výboju bude v skratovanom stave, aby vybil nadprúd, takže nadprúd bude teraz prúdiť do LED modulu 10, čím sa chráni pred poškodením. Medzitým nadprúd vytvorený okamžitým vysokým napätím bude prúdiť cez prvý poistný prvok 12, aby ho prepol do stavu s prerušeným obvodom, aby sa LED modul 10 chránil pred poškodením prepätím alebo nadprúdom. Aj vprlpade, ked nastane záporný úder blesku, ochranný prvok 16 proti výboju najprv vykoná ochranu proti výboju a vtedy sa druhý poistný prvok 14 prepne do stavu s prerušeným obvodom, aby sa chránil LED modul 10 pred poškodením, prepätím alebo nadprúdom.Vo vyššie spomenutom opise, v situáciách používania jednosmerného napájacieho zdroja,druhým poistným prvkom 14 môže byť riadna poistka, účelom čoho je, že ked sa použije resetovatelná elektronická poistka pri zápornej teplote, jej ochranná hodnota prúdu bude rásť s poklesom teploty, takto sa zníži jej účinnosť. Preto sa môže použiť riadna poistka na kompenzovanie nedostatkov resetovatelnej elektronickej poistky pracujúcej pri zápornej teplote.Následne sa pozrite na obrázok 4 pre ochranný obvod LED ovládaný pomocou striedavého napájacieho zdroja podľa štvrtého uskutočnenia tohto vynálezu, ktorý možno použiť pre LED osvetlenie alebo podsvietený displej elektronického zariadenia. Ako je zobrazené na obrázku 4, ochranný obvod LED zahŕňa LED modul 10 dva poistné prvky tvorené z prvého poistného prvku 12 a druhého poistného prvku 14 a ochranný prvok 16 proti elektronickému výboju. LED modul 10 zahŕňa paralelné zapojenie množstva svietiacich diód 18 s prvou polaritou zapojené do série a množstvo svietiacich diód 20 s druhou polaritou zapojených do série, s polaritou svietiacej diódy 18 s prvou polaritou oproti polarite svietiacej diódy 20 s druhou polaritou. Dva konce prvého poistného prvku 12 sú pripojené jednotlivo na kladný koniec striedavého napájacieho zdroja a LED modul 10, dva konce druhého poistného prvku 14 sú pripojené jednotlivo na záporný koniec striedavého napájacieho zdroja a LED modulu 10, a dva konce ochranného prvku 16 proti výboju sú pripojené jednotlivo na kladný koniec a záporný koniec striedavého napájacieho zdroja.Teraz sa najprv opíše spôsob fungovania obvodu v normálnom stave. Ked referenčný bod kladného napätia vstupu striedavého prúdu je v kladnom smere a prúd je normálny prevádzkový prúd, tak prúd prúdi v postupnosti cez prvý poistný prvok 12, svietiace diódy 18 s prvou polaritou v LED module 10 a druhý poistný prvok 14 vtedy sú prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14 udržiavané na hodnote s veľmi nízkou impedanciou, takže svietiace diódy 18 s prvou polaritou môžu fungovať normálne (normálne zapalovanie svetiel). Ked referenčný bod kladného napätia vstupu striedavého prúdu je v zápornom smere a prúd je normálny prevádzkový prúd, tak prúd prúdi v postupnosti cez druhý poistný prvok 14,svietiace diódy 20 s druhou polaritou v LED module 10 a prvý poistný prvok 12 vtedy prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14 sú udržiavané na hodnote s velmi nízkou impedanciou, takže svietiace diódy 20 s druhou polaritou môžu fungovať normálne.Inými slovami, ked nastane bud nadprúd, alebo prepätie, alebo oboje, pretože striedavý napájací zdroj striedavo budí svietiace diódy 18 s prvou polaritou a svietiace diódy 20 s druhou polaritou, takže ked nadprúd prechádza cez prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14 a je väčší než ochranná hodnota prúdu, ním vygenerované teplo bude väčšie než teplo rozptýlené do vzduchu, takže bude aktivovať príslušné ochranné módy, aby boli v stave prerušeného obvodu, aby odpojili nadprúd a zabránili mu prúdiť do LED modulu 10. Potom pozrite na obrázok 5 vlnotvary osciloskopu namerané po prechode cez nadprúdovú ochranu, realizovanie účinkov zabránenia poškodenia LED modulov 10. Ked prúd prestane prúdiť, prvý poistný prvok 12 a druhý poistný prvok 14 sa znovu vrátia do počiatočného nízkoimpedančného stavu, aby ponúkli nepretržitú ochranu proti nadprúdu a prepätiu.Okrem toho ked nastanú špičky alebo blesk, nadprúd vytvorený okamžitým vysokým napätím, sa odplazí priamo do kladného konca striedavého napájacieho zdroja (v prípade že nastane kladný úder blesku), alebo sa odplazí zo zeme do záporného konca striedavého napájacieho zdroja (v prípade že nastane záporný úder blesku). Pretože dva konce ochranného prvku 16 proti výboju sú pripojené na kladný koniec a záporný koniec

MPK / Značky

MPK: H05B 33/08

Značky: ochranný, diód, obvod, led, svietiacich

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/16-e19773-ochranny-obvod-svietiacich-diod-led.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Ochranný obvod svietiacich diód (LED)</a>

Podobne patenty