Гибридная интегрированная компактная лампа
Полезная модель направлена на расширение области применения интегрированной компактной лампы. Указанный технический результат достигается тем, что в гибридной интегрированной компактной лампе, содержащей корпус с цоколем 1 для подключения к питающей сети, разрядную колбу 2 с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат 3 в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором 4, установленный внутри корпуса, индуктор 5, размещенный в непосредственной близости от разрядной колбы или охватывающий часть разрядной колбы, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам индуктора разрядной колбы через конденсатор, образующий с индуктором резонансную схему, светодиоды 6 или светодиодную матрицу, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрической цепи индуктора. 1 илл.
Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных световых приборов. Полезная модель направлена на расширение области применения интегрированной компактной лампы.
Известна интегрированная компактная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором и дросселем, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель и конденсатор по резонансной схеме (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.3.11).
Недостатком интегрированной компактной лампы является узкая область применения из-за не оптимальности кривой силы света в продольном направлении, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, и сравнительно большого времени разгорания, связанного с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева внутреннего объема разрядной колбы и электродов. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Большое время разгорания (установления номинального светового потока), особенно при использовании амальгам в составе рабочего вещества, делает лампу неудобной в эксплуатации, например, в приложениях, где требуется оперативное включение освещения.
Известна интегрированная компактная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с дросселем и конденсатором, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель и конденсатор по резонансной схеме (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.74).
Недостатком интегрированной компактной лампы является узкая область применения из-за не оптимальности кривой силы света в продольном направлении, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, и сравнительно большого времени разгорания, связанного с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева объема разрядной колбы и электродов. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Большое время разгорания (установления номинального светового потока), особенно при использовании амальгам в составе рабочего вещества, делает лампу неудобной в эксплуатации, например, в приложениях, где требуется оперативное включение освещения.
Известна интегрированная компактная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с дросселем и конденсатором, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель и конденсатор по резонансной схеме (Энергосберегающие лампы. Каталог. - GENERAL, 2010. - С.4).
Недостатком интегрированной компактной лампы является узкая область применения из-за не оптимальности кривой силы света в продольном направлении, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, и сравнительно большого времени разгорания, связанного с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева внутреннего объема разрядной колбы и электродов. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Особенности конструкции носят принципиальный характер. Большое время разгорания (установления номинального светового потока), в первую очередь при использовании амальгам в составе рабочего вещества, делает лампу неудобной в эксплуатации, например, в приложениях, где требуется оперативное включение освещения.
Известна интегрированная компактная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором, установленный внутри корпуса, индуктор, охватывающий часть разрядной колбы, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам индуктора разрядной колбы через конденсатор, образующий с индуктором резонансную схему (Индукционная лампа. Каталог. - ЗАО «Фаворит-ЭК», 2010. - С.2).
Указанная интегрированная компактная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком интегрированной компактной лампы является узкая область применения из-за не оптимальности кривой силы света, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, и сравнительно большого времени разгорания, связанного с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева внутреннего объема разрядной колбы. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Особенности конструкции носят принципиальный характер. Большое время разгорания (установления номинального светового потока), в первую очередь при использовании амальгам в составе рабочего вещества, делает лампу неудобной в эксплуатации, например, в приложениях, где требуется оперативное включение освещения.
Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения интегрированной компактной лампы, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в гибридной интегрированной компактной лампе, содержащей корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором, установленный внутри корпуса, индуктор, размещенный в непосредственной близости от разрядной колбы или охватывающий часть разрядной колбы, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам индуктора разрядной колбы через конденсатор, образующий с индуктором резонансную схему, светодиоды или светодиодную матрицу, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрической цепи индуктора.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является широкая область применения. У новой гибридной интегрированной компактной лампы улучшенная кривая силы света, что достигается за счет принятого нового гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию. Световая энергия вырабатывается за счет газового разряда низкого давления в разрядной колбе, возбуждаемого индукционным способом, и энергии, вырабатываемой светодиодами светодиодной матрицы. Светодиоды представляют собой эффективный источник направленного излучения, что позволяет скорректировать кривую силы света. Так как светодиоды имеют малую инерционность, включение новой лампы происходит фактически одновременно с подачей напряжения питания, то есть, практически мгновенно. Оба вида преобразования электрической энергии в световую энергию оптимально дополняют друг друга и позволяют создать гибридную интегрированную компактную лампу с оптимальной (заданной) кривой силы света и быстрым установлением номинального светового потока. Одновременно повышается световая эффективность новой лампы за счет гибридного принципа преобразования электрической энергии в световую энергию, что позволяет использовать ее в энергосберегающих световых системах.
Расширение области применения за счет улучшения кривой силы света, снижения времени разгорания и повышения световой эффективности гибридной интегрированной компактной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым принципом преобразования электрической энергии в световую энергию, особенностями новой конструкции лампы, новыми элементами и электрическими связями, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой гибридной интегрированной компактной лампы являются существенными.
На рисунке приведен пример типовой конструкции с фрагментами схемы гибридной интегрированной компактной лампы.
Гибридная интегрированная компактная лампа, содержит корпус с цоколем 1 для подключения к питающей сети, разрядную колбу 2 с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат 3 в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором 4, установленный внутри корпуса, индуктор 5, размещенный в непосредственной близости от разрядной колбы или охватывающий часть разрядной колбы, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам индуктора разрядной колбы через конденсатор, образующий с индуктором резонансную схему, светодиоды 6 или светодиодную матрицу, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрической цепи индуктора.
Гибридная интегрированная компактная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколь 1 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы гибридной интегрированной компактной лампы. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется, в том числе, корпусом. Электронный пускорегулирующий аппарат 3 преобразует переменное напряжение питающей сети низкой частоты в переменное напряжение повышенной частоты, необходимое для питания разрядной колбы 2 и поддержания в ней электрического разряда за счет электромагнитной индукции (способ трансформатора), а также для питания светодиодов светодиодной матрицы 6. Светодиоды соединяются встречно-параллельно, что позволяет эффективно электрически питать матрицу 6 от источника переменного напряжения. При работе устройства электронный пускорегулирующий аппарат 3 обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения (низкие пульсации выходного напряжения и тока разрядной колбы 2 и светодиодной матрицы 6, стабилизированный выходной ток, высокий коэффициент мощности и коэффициент полезного действия). Выпрямитель электронного пускорегулирующего аппарата 3 выпрямляет переменное напряжение питающей сети, то есть, преобразует его в знакопостоянное (выпрямленное) напряжение, а инвертор инвертирует выпрямленное напряжение в переменное напряжение заданной частоты. Конденсатор 4 и индуктор 5 образуют последовательную резонансную схему, которая обеспечивает зажигание разряда в разрядной колбе 2 за счет резонанса напряжений и стабилизацию (ограничение) токов через элементы резонансной схем, разрядную колбу 2 и светодиодную матрицу 6. Встречно-параллельное включение светодиодов светодиодной матрицы 6 обеспечивает максимальную загрузку их по мощности, что позволяет повысить светоотдачу и надежность работы всего устройства. При пуске лампы светодиоды светодиодной матрицы 6 работают с максимальным световым потоком. После разогрева внутреннего объема разрядной колбы 2 и установления разряда в разрядной колбе 2 световой поток светодиодной матрицы несколько снижается. Электрический разряд в разрядной колбе 2 излучает свет определенных длин волн (ультрафиолетовый диапазон), который преобразуется люминофором люминофорного покрытия, нанесенным на ее внутреннюю поверхность, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения «белого света». Энергия поступает в объем разрядной колбы 2 за счет электромагнитной индукции от тока индуктора 5. Электроны, ускоренные электромагнитным полем индуктора вызывают ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 2 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду. В плазме разрядной колбы 2 возникают вихревые токи, в результате чего происходит передача энергии по принципу трансформатора, первичной обмоткой которого является индуктор 5. Ускоренные электроны плазмы также возбуждают атомы рабочего вещества разрядной колбы 2. Переход атомов рабочего вещества из возбужденного в нормальное состояние и вызывает излучение световых волн в ультрафиолетовом диапазоне. Разряд в разрядной колбе 2 стабилизирует напряжение в электрической цепи конденсатора 4 и индуктора 5 и, соответственно, ток через светодиоды светодиодной матрицы 6. Светодиодная матрица 6 устанавливается на печатную плату узла печатного монтажа электронного пускорегулирующего аппарата 3, либо на корпусе в электрической цепи индуктора. Принцип действия лампы при этом не изменяется. Светодиоды 6 представляют собой энергоэффективные источники направленного излучения и позволяют оптимальным образом скорректировать кривую силы света гибридной интегрированной компактной лампы в заданном направлении. Установление светодиодной матрицы 6 на корпусе лампы позволяет улучшить отвод тепла от светодиодов.
Разрядная колба 2 может быть выполнена без люминофорного покрытия, например, в лампах ультрафиолетового излучения. Рабочее вещество разрядной колбы 2 может содержать инертный газ и ртуть в свободном или связанном состоянии, например, в виде амальгамы, либо новая лампа может относиться к приборам, не содержащим ртути. При использовании амальгамы время установления параметров разряда увеличивается, однако за счет работы светодиодов матрицы 6 лампа начинает излучать световую энергию одновременно с подачей напряжения питания, то есть, практически мгновенно. Принцип работы гибридной интегрированной компактной лампы при этом также не изменяется.
По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения новой лампы. Улучшается кривая силы света гибридной интегрированной компактной лампы в продольном направлении. Электрическая энергия преобразуется в световую энергию по двум каналам: от вихревых токов, возбуждаемых за счет электромагнитной индукции в разрядной колбе (в газовом разряде) и от токов через светодиоды. Таким образом, новая лампа является гибридным световым прибором. Светодиоды представляют собой направленный источник излучения, в результате чего, кривая силы света может быть эффективно скорректирована в любом заданном направлении, в том числе, в продольном. За счет работы светодиодов время установления заданного светового потока лампы сокращается. Одновременно повышается световая эффективность гибридного устройства. Светодиоды в новой лампе электрически питаются импульсами тока квазисинусоидальной формы. Светодиодная матрица, таким образом, работает от источника переменного напряжения. Энергетические характеристики электронного пускорегулирующего аппарата при таком питании светодиодной матрицы не ухудшаются. Сами светодиоды обеспечивают высокую светоотдачу. В результате, по сравнению с прототипом, светоотдача (световая эффективность) нового прибора может возрасти до 100÷110 лм/Вт, что на 30÷40% выше, чем в известных интегрированных компактных лампах.
По сравнению с прототипом может быть существенно оптимизирована конструкция и снижена на 5÷7% цена заявляемой гибридной интегрированной компактной лампы (с заданным световым потоком). Это достигается за счет уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов на меньшую установленную мощность и с более низкой ценой.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой лампы на заданный световой поток (до 5%) за счет оптимизации конструкции и гибридного принципа устройства. Уменьшение весогабаритных показателей связано со снижением мощности электронного пускорегулирующего аппарата при выполнении лампы на заданный световой поток.
За счет того, что светодиоды относятся к световым приборам с практически мгновенным зажиганием, уменьшается, по сравнению с прототипом, общее время разгорания (зажигания) и готовности новой лампы к работе, что имеет значение для световых систем с частыми включениями.
Уменьшение весогабаритных показателей и способность эффективно работать в осветительных системах с частыми включениями также существенно расширяет, по сравнению с прототипом, область применения гибридной интегрированной компактной лампы.
Применение нового гибридного принципа позволяет, по сравнению с прототипом, улучшить спектральный состав излучения гибридной интегрированной компактной лампы за счет наложения спектров люминесценции разрядной колбы и излучения светодиодной матрицы. Индекс цветопередачи новой лампы может быть более высоким.
Гибридная интегрированная компактная лампа, содержащая корпус с цоколем для подключения к питающей сети, разрядную колбу с люминофорным покрытием, заполненную рабочим веществом и закрепленную на корпусе, электронный пускорегулирующий аппарат в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий выпрямитель и инвертор с конденсатором, установленный внутри корпуса, индуктор, размещенный в непосредственной близости от разрядной колбы или охватывающий часть разрядной колбы, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем, а выходные выводы инвертора подключены к выводам индуктора разрядной колбы через конденсатор, образующий с индуктором резонансную схему, светодиоды или светодиодную матрицу, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрической цепи индуктора.
