Интегрированная светодиодная лампа
Изобретение направлено на снижение пульсаций светового потока устройства. Указанный технический результат достигается тем, что в интегрированной светодиодной лампе, содержащей корпус 1 с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя 2, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов 3, 4, второй цепью из последовательно соединенных конденсатора фильтра 5, диода 6, второго конденсатора фильтра 7 и второго диода 8, а также третьего диода 9, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и диода, а анод соединен с анодом второго диода, четвертого диода 10, анод которого подключен к общей точке соединения диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с положительным выходным выводом выпрямителя, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора 11, дросселя 12 и третьего конденсатора фильтра 13, шунтирующего выходные выводы драйвера, подключенной между положительным выходным выводом выпрямителя и общей точкой соединения второго конденсатора фильтра и второго диода, пятого диода 14, анод которого подключен к аноду второго диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, третьего конденсатора 15, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и анодом второго диода, устройства управления 16 и выходного каскада 17, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход соединен с управляющим электродом транзистора, цоколь 18, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу 19, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе. 1 илл.
Полезная модель относится к приборостроению, светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных полупроводниковых источников света. Полезная модель направлена на снижение пульсаций светового потока устройства.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Bulb Series. Products Brochure IMIGY / Imagey Lighting Co., Ltd., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий уровень пульсаций светового потока, что обусловлено пульсациями выходного напряжения выпрямителя драйвера питания.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (Светодиодные лампы Bright Crystal BC48-3Q48E27-230C5. Каталог ООО «Световод» / ООО «Световод», 2010).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий уровень пульсаций светового потока, что обусловлено пульсациями выходного напряжения выпрямителя драйвера питания.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Lamp GLS AC 100-240 V. Products Brochure MEEK / Extra Lighting Manufacturing Limited., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий уровень пульсаций светового потока, что обусловлено пульсациями выходного напряжения выпрямителя драйвера питания.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Panel Light. Bulb Lamp LGI 100-240 V. Products Brochure LIGHT GREEN / Light Green International Co., Ltd., 2010).
Указанная интегрированная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий уровень пульсаций светового потока, что обусловлено пульсациями выходного напряжения выпрямителя драйвера питания.
Полезная модель направлена на решение задачи снижения уровня пульсаций светового потока интегрированной (с электронным драйвером питания) светодиодной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в интегрированной светодиодной лампе, содержащей корпус с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов, второй цепью из последовательно соединенных конденсатора фильтра, диода, второго конденсатора фильтра и второго диода, а также третьего диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и диода, а анод соединен с анодом второго диода, четвертого диода, анод которого подключен к общей точке соединения диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с положительным выходным выводом выпрямителя, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора, дросселя и третьего конденсатора фильтра, шунтирующего выходные выводы драйвера, подключенной между положительным выходным выводом выпрямителя и общей точкой соединения второго конденсатора фильтра и второго диода, пятого диода, анод которого подключен к аноду второго диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, третьего конденсатора, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и анодом второго диода, устройства управления и выходного каскада, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход соединен с управляющим электродом транзистора, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является снижение пульсаций светового потока интегрированной светодиодной лампы, что обусловлено принятым новым схемотехническим решением для драйвера питания, снижающим пульсации выходного напряжения выпрямителя при заданном значении коэффициента мощности сети. Устройство снабжено пассивным корректором коэффициента мощности нового типа, который обеспечивает (при достаточно высоком коэффициенте мощности) низкие пульсации выходного напряжения выпрямителя и, следовательно, низкие пульсации светового потока, соответствующие нормативным требованиям. Известные устройства соответствующей сложности не позволяют обеспечить требуемое качество излучения по уровню пульсаций светового потока.
Снижение пульсаций светового потока интегрированной светодиодной лампы является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами преобразования энергии и пассивной коррекции коэффициента мощности драйвером питания, особенностями новой конструкции светодиодной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели.
Таким образом, отличительные признаки заявляемой интегрированной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой интегрированной светодиодной лампы.
Интегрированная светодиодная лампа содержит корпус 1 с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя 2, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов 3, 4, второй цепью из последовательно соединенных конденсатора фильтра 5, диода 6, второго конденсатора фильтра 7 и второго диода 8, а также третьего диода 9, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и диода, а анод соединен с анодом второго диода, четвертого диода 10, анод которого подключен к общей точке соединения диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с положительным выходным выводом выпрямителя, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора 11, дросселя 12 и третьего конденсатора фильтра 13, шунтирующего выходные выводы драйвера, подключенной между положительным выходным выводом выпрямителя и общей точкой соединения второго конденсатора фильтра и второго диода, пятого диода 14, анод которого подключен к аноду второго диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, третьего конденсатора 15, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и анодом второго диода, устройства управления 16 и выходного каскада 17, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход соединен с управляющим электродом транзистора, цоколь 18, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу 19, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе.
Интегрированная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколь 19 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус 1 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы интегрированной светодиодной лампы. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется корпусом 1. Драйвер питания преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное напряжение, необходимое для питания светодиодов матрицы 19. При работе устройства драйвер питания обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения (низкие пульсации выходного напряжения и тока светодиода, стабилизированный выходной ток). Светодиодная матрица 19 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется люминофором, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения белого света. Однофазный мостовой выпрямитель 2 преобразует переменное напряжение питающей сети в знакопостоянное напряжение. Выходное напряжение выпрямителя 2 имеет высокий уровень пульсации. Сглаживание пульсации осуществляется схемой восстанавливающего клампа на элементах 3-10. Одновременно кламп выполняет функцию пассивного корректора коэффициента мощности. За счет его действия коэффициент мощности может достигать 0,97 при уровне пульсации около 12%. Отсекающие диоды 6, 8-10 обеспечивают разряд конденсаторов фильтра 5, 7 только на части периода напряжения сети, что позволяет уменьшить величину их емкости при высоком качестве сглаживания напряжения на выходе выпрямителя 2 (эффект восстановления «провала» напряжения). Третий конденсатор 15 создает асимметрию в уровне напряжений на конденсаторах 3, 4 при работе драйвера питания. При включении транзистора 11 через нагрузочную цепь (13, 19) начинает протекать ток. Уровень тока ограничивается дросселем 12. Транзистор 11 работает по принципу широтно-импульсной модуляции. Величина выходного тока устройства определяется временем проводящего состояния транзистора 11 на периоде модуляции. При выключении транзистора 11 направление тока через нагрузочную цепь (13, 19) не изменяется. Ток протекает через диод 14 за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле дросселя 12. Третий конденсатор фильтра 13 служит для сглаживания регулируемого знакопостоянного напряжения, формируемого методом широтно-импульсной модуляции, которое питает светодиодную матрицу 19. Управляющий сигнал на транзистор 11 вырабатывается устройством управления 16. Выходные каскады 17 предназначен для гальванической развязки управляющих и силовых цепей драйвера питания лампы, а также для усиления и согласования по уровням управляющих сигналов, подаваемых на управляющий электрод транзистора 11.
Светодиоды светодиодной матрицы 19 имеют, например, голубой цвет свечения. Люминофор, наносимый на первичную оптику кристалла светодиода (19), при воздействии исходного (первичного) излучения светодиода (19) излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиода (19) и люминофора образуется белый (или близкий к нему) свет. Светодиод (19) представляет собой полупроводниковый прибор с р-n-переходом, работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение. Устройство управления интегрированной светодиодной лампы 16 выполняется по любой из известных схем, например, на основе широко распространенных схем программируемых (интегральных) таймеров. Выходной каскад 17, предполагается, также имеет типовую схемотехнику и выполняется на дискретных элементах или в интегральном виде.
По сравнению с прототипом существенно снижаются пульсации светового потока лампы. За счет действия конденсаторов фильтра снижаются пульсации выпрямленного и выходного напряжений. Стабилизация напряжений и выходного тока драйвера питания ограничивают пульсации светового потока на уровне 10÷12%. Пульсации светового потока прототипа могут достигать 20÷25%. Таким образом, для заявляемой интегрированной светодиодной лампы пульсации снижаются приблизительно в 2 раза.
По сравнению с прототипом, дополнительно, существенно улучшается гармонический состав тока, потребляемого заявляемой интегрированной светодиодной лампой от питающей сети, что обусловлено принятым новым схемотехническим решением для драйвера питания устройства. Устройство снабжено эффективным пассивным корректором коэффициента мощности нового типа, который обеспечивает (при достаточно высоком коэффициенте мощности 0,96) содержание гармонических составляющих в потребляемом от сети токе, соответствующее нормативным требованиям. Прототип с драйвером питания подобной сложности не обеспечивает при работе требуемое качество потребляемого от сети тока. Коэффициент гармоник потребляемого прототипом от сети тока более чем в 3 раза выше, чем заявляемой лампы. Одновременно содержание отдельных нормируемых гармоник потребляемого прототипом от сети тока превышает установленные уровни. Заявляемая интегрированная светодиодная лампа потребляет от сети ток нормируемого качества, как по предельному коэффициенту гармоник (23÷25%), так и по уровням отдельных составляющих спектра (нормируемые стандартами 2-40 гармоники тока сети).
Дополнительно, в новой интегрированной светодиодной лампе обеспечивается существенно более высокий коэффициент мощности сети. По сравнению с прототипом коэффициент мощности заявляемой лампы на 50÷60% выше.
В результате увеличения коэффициента мощности сети увеличиваются срок службы и надежность работы заявляемой интегрированной светодиодной лампы с новым электронным драйвером питания, за счет снижения общей электрической нагрузки драйвера. Лампа потребляет от питающей сети ток с более низкими значениями коэффициентов формы и амплитуды. Это положительно сказывается на загрузке элементов и, следовательно, на общем сроке службы и надежности работы лампы. Срок службы заявляемой интегрированной светодиодной лампы (согласно экспертным оценкам) может быть увеличен в 1,3÷1,5 раза. Время наработки на отказ (оценка надежности работы) увеличивается на 30÷35% по сравнению с прототипом.
По сравнению с прототипом, дополнительно, коэффициент полезного действия нового устройства повышается на 2÷3% за счет уменьшения электрических потерь энергии в элементах.
Может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена заявляемой интегрированной светодиодной лампы за счет уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов на меньшую установленную мощность.
По сравнению с прототипом, дополнительно, могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой интегрированной светодиодной лампы (до 5%), за счет оптимизации конструкции.
Уменьшение весогабаритных показателей заявляемой интегрированной светодиодной лампы существенно расширяет ее область применения по сравнению с прототипом.
Интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов, второй цепью из последовательно соединенных конденсатора фильтра, диода, второго конденсатора фильтра и второго диода, а также третьего диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и диода, а анод соединен с анодом второго диода, четвертого диода, анод которого подключен к общей точке соединения диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с положительным выходным выводом выпрямителя, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора, дросселя и третьего конденсатора фильтра, шунтирующего выходные выводы драйвера, подключенной между положительным выходным выводом выпрямителя и общей точкой соединения второго конденсатора фильтра и второго диода, пятого диода, анод которого подключен к аноду второго диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, третьего конденсатора, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и анодом второго диода, устройства управления и выходного каскада, вход которого соединен с выходом устройства управления, а выход соединен с управляющим электродом транзистора, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе.
