Устройство подведения электрического тока к группе светодиодных модулей

Авторы патента:

Шторм Алексей Викторович (RU)

H01R13/02 - контактные элементы

G09F9/33 - полупроводниковых приборов, например диодов (G09F 9/302 имеет преимущество; полупроводниковые интегральные схемы, содержащие компоненты, предназначенные для излучения световых колебаний, как таковые H01L 27/15)

Владельцы патента RU 2646591:

Шторм Алексей Викторович (RU)

Изобретение относится к элементам конструкции устройств отображения информации, электродам и разъемам, и может быть использовано для создания светодиодных видеоэкранов больших размеров. Техническим результатом является передача тока, достигающего сотен ампер, с низким напряжением к светодиодным модулям на расстояние до 10 м, снижение токовой нагрузки на печатные платы, понижение температуры работы светодиодных модулей, упрощение монтажа светодиодных модулей. Устройство передачи тока состоит из светодиодных модулей и токопроводящих профилей. Светодиодные модули представляют собой печатные платы с напаянными спереди светодиодами, с задней части печатной платы расположены продольные контактные площадки, выполненные в виде контактных дорожек или контактных элементов, напаянных на поверхность печатной платы. Токопроводящие профили изготовлены из металлических сплавов с низким сопротивлением электрическому току. Светодиодные модули выстроены в прямые линии, а контактные площадки формируют прямые линии контактов. Токопроводящие профили устанавливают на группу светодиодных модулей таким образом, что контактные поверхности каждого из токопроводящих профилей непосредственно соприкасаются с линиями контактных площадок или контактных элементов светодиодных модулей. В результате соприкосновения возникает электрический контакт, который позволяет при приложении разности потенциалов к алюминиевым профилям электрическому току протекать между токопроводящими профилями через светодиодные модули. При протекании тока через светодиодные модули светодиоды излучают свет. 2 н.п. ф-лы, 15 ил.

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).

1. Устройство подведения электрического тока к группе светодиодных модулей, состоящее из одного или более светодиодного модуля и более одного токопроводящего профиля, отличающееся тем, что токопроводящие профили вложены один в другой, светодиодные модули представляют собой печатные платы с расположенными спереди светодиодами, сзади на печатных платах светодиодных модулей расположены контактные площадки, выстроенные в прямые линии, светодиодные модули размещены последовательно таким образом, что контактные площадки отдельных модулей образуют линии контактов, расположенные напротив токопроводящих профилей, контактные площадки соприкасаются с токопроводящими профилями, и в местах соприкосновения появляется электрический контакт, позволяющий электрическому току протекать от одного профиля к другому через светодиодные модули.

2. Устройство подведения электрического тока к группе светодиодных модулей, состоящее из одного или более светодиодного модуля и более одного токопроводящего профиля, отличающееся тем, что токопроводящие профили вложены один в другой, светодиодные модули представляют собой печатные платы с расположенными спереди светодиодами, сзади на печатных платах светодиодных модулей расположены контактные элементы, выстроенные в прямые линии, светодиодные модули размещены последовательно таким образом, что контактные элементы отдельных модулей образуют линии контактных элементов, расположенные напротив токопроводящих профилей, контактные элементы соприкасаются с токопроводящими профилями, и в местах соприкосновения появляется электрический контакт, позволяющий электрическому току протекать от одного профиля к другому через светодиодные модули.

Похожие патенты:

Электросоединитель // 2358363

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве наконечников проводов, присоединяемых к источникам питания, в частности к аккумуляторным батареям.

Приборный блок с контактным устройством для разъемного соединения с неподвижными токопроводящими шинами // 2282922

Изобретение относится к области электротехники. .

Электрический разъемный соединитель для передачи электрических токов // 2276438

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электроснабжения жилых, административных и производственных объектов напряжением 0,4 кВ, с преобладанием активной нагрузки в сети.

Блок соединительный // 2227351

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических многоконтактных соединителях для установки на печатные платы, подсоединения проводников с возможностью их отсоединения (разделения) и отключения.

Система контактных пар для гнезда и штекера электрического штекерного соединения, гнездо и штекер // 2217848

Изобретение относится к области электротехники, в частности к системе контактных пар для электрического штекерного соединения. .

Комбинированный коммутатор с размыкающимися контактами для коммутирования различных видов проводов в телефонных сетях // 2136119

Изобретение относится к электротехнике, в частности к коммутаторам для подсоединения электрических проводов различных видов в телефонных сетях. .

Устройство разъемного соединения деталей, модулей и блоков электронной аппаратуры ("молния" злачевского) // 2092985

Узел электрического соединения // 2089029

Изобретение относится к области электрорадиотехнике и предназначено в основном для макетирования. .

Электрический многоконтактный соединитель // 2076409

Способ изготовления контактного элемента электрического соединителя // 2047251

Устройство светодиодной ламели с беспроводной передачей данных // 2645654

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.

Сгибаемый светодиодный модуль, круговой светодиодный модуль и волнообразный светодиодный модуль // 2636297

Сгибаемый светодиодный модуль, который содержит: слой (20) эластичного компонента, на котором расположено множество светоизлучающих узлов; регулирующую часть (30), которая воздействует на заднюю часть слоя (20) эластичного компонента и сжимает или растягивает две стороны слоя (20) эластичного компонента, так что слой (20) эластичного компонента сгибается во внутреннюю дугу или внешнюю дугу.

Устройства и способы оптической передачи данных в светодиодном экране // 2628230

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала, а также к области устройств или схем для управления индикаторными устройствами и может быть использовано для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.

Светодиодный экран с малым шагом пикселя // 2621776

Изобретение относится к области устройств для отображения изображения. Светодиодный экран с малым шагом пикселя содержит нижний каркас, узловую плату, установленную на одной стороне нижнего каркаса, и малый модуль, установленный на другой стороне и электрически соединенный с узловой платой.

Ламельный светодиодный экран // 2618733

Группа изобретений относится к устройствам представления меняющегося информационного материала и может быть использована для создания устройств демонстрации наружной видеорекламы.

Устройство отображения, использующее полупроводниковое светоизлучающее устройство // 2617917

Настоящее раскрытие относится к устройствам отображения, использующим полупроводниковые светоизлучающие устройства. Устройство отображения, использующее полупроводниковое светоизлучающее устройство, согласно изобретению может включать в себя первую подложку, содержащую электродную часть, проводящий адгезионный слой, расположенный на первой подложке, и множество полупроводниковых светоизлучающих устройств, по меньшей мере часть из которых утоплены в верхней области проводящего адгезионного слоя, чтобы составить отдельные пиксели с электрическим соединением с электродной частью, причем проводящий адгезионный слой содержит непрозрачную смолу, чтобы блокировать свет между полупроводниковыми светоизлучающими устройствами.

Прозрачное электронное дисплейное табло, способное производить равномерный оптический выход // 2616561

Изобретение относится к прозрачному электронному дисплейному табло, способному производить равномерный оптический выход. Прозрачное электронное дисплейное табло, способное производить равномерный оптический выход содержит один или несколько светоизлучающих элементов, зафиксированных на, по меньшей мере, одной поверхности пары прозрачных пластин, соединенных друг с другом так, что прозрачные пластины разнесены друг от друга прозрачной смолой; прозрачные электроды, сформированные нанесением проводящего материала на соответствующую прозрачную пластину и выполненные с возможностью подавать питание одному или нескольким светоизлучающим элементам; и структуры подключения, протравленные от каждого прозрачного электрода и подключенные к соответствующим электродам светоизлучающих элементов на разных длинах так, что электрические сигналы передаются к светоизлучающим элементам, в которых ширины структур подключения увеличиваются по мере того, как увеличиваются длины структур подключения, подключенные к светоизлучающим элементам, при этом ширины структур подключения рассчитываются с помощью уравнений.

Маска led-дисплея и led-дисплей // 2615214

Маска LED-дисплея содержит по меньшей мере две первые полосы матрицы и по меньшей мере две вторые полосы матрицы. Указанные первые полосы и вторые полосы матрицы перпендикулярны друг другу и образуют часть прямоугольной сетки.

Устройство светодиодной ламели // 2606994

Устройство и способ создания защитной оболочки светодиодной ламели // 2601922

Низкопрофильный светодиодный модуль с беспроводной передачей данных и способы его плотной упаковки // 2651254

Изобретение относится к области устройств для представления меняющегося информационного материала и может быть использовано для создания видеоэкранов. Низкопрофильный светодиодный модуль состоит из печатной платы и светодиодов, припаянных с передней стороны печатной платы. На задней стороне печатной платы расположены контакты питания, реализованные в виде дорожек печатной платы, или в виде плоских токопроводящих компонентов поверхностного монтажа. На задней стороне печатной платы размещаются беспроводные низкопрофильные приемники данных, посредством которых в светодиодный модуль поступают данные для видеотрансляции. На задней стороне печатной платы размещаются беспроводные передатчики данных, которые обеспечивают обратную связь и передают служебную информацию центральному видеоконтроллеру. Приемники и передатчики данных могут работать в оптическом или микроволновом диапазоне электромагнитных волн. Для обеспечения высокой плотности упаковки в несколько сотен квадратных метров на кубометр упаковки электронные компоненты размещаются на поверхности печатных плат светодиодных модулей таким образом, чтобы при упаковке попадать между электронными компонентами соседнего модуля. Первый способ плотной упаковки низкопрофильных светодиодных модулей: светодиодные модули укладываются один за другим последовательно, при этом светодиодные поверхности светодиодных модулей направлены в одну сторону, а электронные компоненты светодиодных модулей размещаются между светодиодами соседних светодиодных модулей. Второй способ плотной упаковки низкопрофильных светодиодных модулей: светодиодные модули укладываются с чередованием направления светодиодной поверхности таким образом, что светодиодные поверхности соседних светодиодных модулей направлены навстречу друг другу, а светодиоды светодиодных модулей размещаются между светодиодами соседних светодиодных модулей. Задачами, на решение которых направлено данное изобретение, являются: обеспечение высокой плотности упаковки в несколько сотен квадратных метров видеоповерхности на один кубический метр упаковки; упрощение упаковки; обеспечение производства светодиодных модулей на обычных линиях поверхностного монтажа без использования специализированного оборудования; отказ от ручного труда при сборке светодиодных модулей; уменьшение количества контактов внутри светодиодного экрана для повышения надежности; повышение надежности передачи данных светодиодным модулям; снижение токовой нагрузки на печатные платы светодиодных модулей и понижение температуры работы светодиодных модулей; снижение веса светодиодных модулей на квадратный метр видеоповерхности. 4 н. и 23 з.п. ф-лы, 10 ил.