Гибридная интегрированная компактная лампа

Авторы патента:

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, выполненный на управляемых вентилях 4, 5 и встречных диодах 6, 7, с дросселем 8, конденсатором 9 и позистором 10, 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, светодиодные матрицы 11, 12, включающие один или несколько светодиодов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрических цепях управляемых вентилей, встречные диоды шунтируют цепи управляемых вентилей и светодиодных матриц. 1 илл.

Полезная модель относится к светотехнике и приборостроению и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных световых систем. 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, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, неоптимальностью кривой силы света в продольном направлении, длительным временем установления светового потока, низкой световой эффективностью. Распределение яркости лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Лампу затруднительно использовать в световых системах с частыми включениями.

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).

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, что обусловлено конструкцией разрядной колбы, неоптимальностью кривой силы света в продольном направлении, длительным временем установления светового потока, низкой световой эффективностью. Распределение яркости лампы такое, что яркость является наибольшей в направлении перпендикулярном оси разрядной колбы. Особенности конструкции носят принципиальный характер. Лампу затруднительно использовать в световых системах с частыми включениями.

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, выполненный на управляемых вентилях и встречных диодах, 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, светодиодные матрицы, включающие один или несколько светодиодов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрических цепях управляемых вентилей, встречные диоды шунтируют цепи управляемых вентилей и светодиодных матриц.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является расширение области применения гибридной интегрированной компактной лампы, 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. Светодиод начинает излучать световую энергию практически одновременно с подачей напряжения питания, что позволяет использовать гибридную интегрированную компактную лампу в системах с частыми включениями. Кроме того, имеет место синергетический эффект от соединения видов преобразования электрической энергии в световую энергию, обеспечивающий более высокую световую эффективность нового гибридного источника. 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, быстрым установлением светового потока и высокой световой эффективностью.

Расширение области применения 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, выполненный на управляемых вентилях 4, 5 и встречных диодах 6, 7, с дросселем 8, конденсатором 9 и позистором 10, 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, светодиодные матрицы 11, 12, включающие один или несколько светодиодов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрических цепях управляемых вентилей, встречные диоды шунтируют цепи управляемых вентилей и светодиодных матриц.

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 светодиодных матриц 11, 12. Светодиоды соединяются последовательно, параллельно или последовательно-параллельно и включаются в электрические цепи управляемых вентилей 4, 5, что позволяет эффективно питать матрицы 11, 12 знакопостоянным током 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 светодиодных матрицы 11, 12, 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 8 и конденсатор 9 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 светодиоды светодиодных матриц 11, 12. Включение светодиодов светодиодных матриц 11, 12 в электрические цепи управляемых вентилей 4, 5 обеспечивает максимальную загрузку их по мощности, что позволяет повысить светоотдачу и надежность работы устройства в целом. 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 2 стабилизирует напряжение в электрической цепи конденсатора 9 и, соответственно, ток через дроссель 8 и светодиоды светодиодных матриц 11, 12. Светодиодные матрицы 11, 12 устанавливается на печатную плату узла печатного монтажа электронного пускорегулирующего аппарата 3 или на корпусе устройства. Светодиоды представляют собой энергоэффективные источники направленного излучения и позволяют оптимальным образом скорректировать кривую силы света гибридной интегрированной компактной лампы в заданном направлении. Позистор 10 обеспечивает режим предварительного нагрева электродов разрядной колбы 2 при включении лампы. Предварительный нагрев электродов повышает срок их службы, а также световую эффективность гибридной интегрированной компактной лампы. Встречные диоды 6, 7 служат для исключения режима работы устройства с приложением обратного напряжения к управляемым вентилям 4, 5 в переходных режимах и при диммировании.

Электроды разрядной колбы 2, в общем случае, могут не иметь дополнительного специального оксидного покрытия, повышающего их эмиссионные свойства. Разрядная колба 2 также 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. В гибридной интегрированной компактной лампе может использоваться разрядная колба 2 без электродов (индукционный способ) или колба (2), функционирующая на электродно-индукционном способе ввода энергии в разряд. Принцип работы гибридной интегрированной компактной лампы при этом не изменяется.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения гибридной интегрированной компактной лампы. Улучшается кривая силы света 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. Одновременно за счет работы светодиодов светодиодных матриц уменьшается время установления светового потока. Гибридная интегрированная компактная лампа может эффективно использоваться в световых системах с частыми включениями. За счет того что светодиоды относятся к световым приборам с практически мгновенным зажиганием, уменьшается, по сравнению с прототипом, общее время зажигания и готовности новой лампы к работе, что имеет важное значение для световых систем с частыми включениями. Дополнительно, по сравнению с прототипом, в новой гибридной интегрированной компактной лампе обеспечивается более высокая световая эффективность. Светодиоды в новой лампе питаются (электрически) импульсным знакопостоянным током квазисинусоидальной формы. А светодиодные матрицы, таким образом, работают от источника переменного напряжения с минимальным числом ступеней преобразования энергии. Энергетические характеристики электронного пускорегулирующего аппарата при таком питании светодиодных матриц не ухудшаются. За счет улучшения режима работы управляемых вентилей повышается надежность. Сами светодиоды обеспечивают высокую светоотдачу. В результате, по сравнению с прототипом, светоотдача (световая эффективность) нового прибора может возрасти до 80÷90 лм/Вт, что на 30÷40% выше, чем в известных интегрированных компактных лампах.

За счет уменьшения электрической нагрузки на электроды разрядной колбы (при включении светодиодных матриц в электрические цепи управляемых вентилей), обеспечения необходимого предварительного нагрева электродов 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, в частности, 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.

Применение нового гибридного принципа позволяет также, по сравнению с прототипом, улучшить спектральный состав излучения гибридной интегрированной компактной лампы за счет наложения спектров люминесценции и излучения светодиодных матриц.

Повышение надежности, уменьшение весогабаритных показателей, улучшение спектрального состава излучения, наряду со способностью эффективно работать в осветительных системах с частыми включениями и оптимальной кривой силы света существенно расширяют, по сравнению с прототипом, области применения заявляемой гибридной интегрированной компактной лампы.

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, выполненный на управляемых вентилях и встречных диодах, 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, светодиодные матрицы, включающие один или несколько светодиодов, соединенных последовательно, параллельно или последовательно-параллельно, установленные на печатной плате узла печатного монтажа или на корпусе в электрических цепях управляемых вентилей, встречные диоды шунтируют цепи управляемых вентилей и светодиодных матриц.