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 дросселем 4, конденсатором 5 и позистором 6, шунтирующим конденсатор, 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, светодиодную матрицу 7, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, светодиодная матрица установлена на печатной плате узла печатного монтажа в общей электрической цепи конденсатора и позистора. 1 илл.
Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников света. 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 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 (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, что связано с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева электродов разрядной колбы. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Большое время разгорания (установления номинального светового потока) делает лампу неудобной в эксплуатации, особенно, если требуется быстрое 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, что связано с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева электродов разрядной колбы. Распределение яркости известной лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Большое время разгорания (установления номинального светового потока) делает лампу неудобной в эксплуатации, особенно, если требуется быстрое 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).
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 в продольном направлении, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, и сравнительно большого времени разгорания, что связано с установлением режима разряда и необходимостью предварительного нагрева электродов 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) делает лампу неудобной в эксплуатации, особенно, если требуется быстрое 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 дросселем, конденсатором и позистором, шунтирующим конденсатор, 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, светодиодную матрицу, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленную на печатной плате узла печатного монтажа в общей электрической цепи конденсатора и позистора.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является широкая область применения. У новой гибридной интегрированной компактной лампы улучшенная кривая силы света в продольном направлении, 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 и энергии, вырабатываемой светодиодами светодиодной матрицы. Светодиоды представляют собой эффективный источник направленного излучения, что позволяет скорректировать кривую силы света в продольном направлении. Так как светодиоды практически безинерционны, включение новой лампы происходит фактически одновременно с подачей напряжения питания. 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.
Расширение области применения за счет улучшения кривой силы света в продольном направлении и снижения времени разгорания 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 дросселем 4, конденсатором 5 и позистором 6, шунтирующим конденсатор, 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, светодиодную матрицу 7, включающую, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, светодиодная матрица установлена на печатной плате узла печатного монтажа в общей электрической цепи конденсатора и позистора.
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, а также для питания светодиодов светодиодной матрицы 7. Светодиоды соединяются встречно-параллельно, что позволяет эффективно электрически питать матрицу 7 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 7, 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. Дроссель 4 и конденсатор 5 образуют последовательную резонансную схему, которая обеспечивает зажигание разряда в разрядной колбе 2 за счет резонанса напряжений и стабилизацию (ограничение) токов через разрядную колбу 2 и светодиодную матрицу 7. Встречно-параллельное включение светодиодов светодиодной матрицы 7 обеспечивает максимальную загрузку их по мощности, что позволяет повысить светоотдачу и надежность работы устройства. Позистор 6 при запуске лампы имеет сравнительно малое сопротивление, и через него протекает ток предварительного разогрева электродов разрядной колбы 2. При этом светодиоды светодиодной матрицы 7 работают с максимальным световым потоком. После разогрева электродов разрядной колбы 2 и разогрева позистора 6 его сопротивление возрастает. Это приводит к зажиганию разряда в разрядной колбе 2. 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 от тока проводимости, протекающего через ее электроды. Электроны, испускаемые оксидным покрытием электродов, ускоряются электрическим полем и вызывают ионизацию атомов рабочего вещества разрядной колбы 2 и образование плазмы. Плазма представляет собой проводящую среду. Электрическая цепь устройства замыкается через электроды разрядной колбы 2, в результате чего через нее и протекает ток проводимости. 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 3 стабилизирует напряжение в электрической цепи конденсатора 5 и, соответственно, ток через светодиоды светодиодной матрицы 7. Светодиодная матрица 7 устанавливается на печатную плату узла печатного монтажа электронного пускорегулирующего аппарата 3. Светодиоды представляют собой энергоэффективные источники направленного излучения и позволяют оптимальным образом скорректировать кривую силы света гибридной интегрированной компактной лампы в заданном направлении. Светодиодная матрица 7 может быть установлена на корпусе лампы. Принцип действия лампы при этом не изменяется. Установление светодиодной матрицы 7 на корпусе лампы позволяет улучшить отвод тепла от светодиодов.
Электроды разрядной колбы 2, в общем случае, могут не иметь дополнительного специального оксидного покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. 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 7 лампа начинает излучать световую энергиию одновременно с подачей напряжения питания. Принцип работы гибридной интегрированной компактной лампы при этом 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 тока проводимости через разрядную колбу 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.
Дополнительно, по сравнению с прототипом, в новой гибридной интегрированной компактной лампе обеспечивается более высокая светоотдача. Светодиоды в новой лампе электрически питаются импульсным током 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 40÷50% выше, чем в известных интегрированных компактных лампах.
За счет уменьшения электрической нагрузки на электроды разрядной колбы (при включении в электрическую цепь конденсатора светодиодной матрицы) снижается их износ, что увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой гибридной интегрированной компактной лампы. Срок службы новой гибридной интегрированной компактной лампы может быть увеличен в 2÷3 раза. Время наработки на отказ лампы (оценка надежности работы), по сравнению с прототипом, согласно экспертным оценкам увеличивается на 70÷80%.
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 отсутствия необходимости применения электродов разрядной колбы с дополнительными оксидными покрытиями, 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 пуско-регулирующего 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 достаточно 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 дросселем, конденсатором и позистором, шунтирующим конденсатор, 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, светодиодную матрицу, включающую как минимум два светодиода, соединенных встречно-параллельно, установленную на печатной плате узла печатного монтажа в общей электрической цепи конденсатора и позистора.
