Гибридная лампа

Полезная модель направлена на расширение области применения энергосберегающей лампы. Указанный технический результат достигается тем, что в гибридной 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 в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий предохранитель 3, последовательно соединенные выпрямитель 4, звено постоянного тока 5 и гибридный силовой контроллер 6 со схемой синхронизации 7, содержащей два встречно-параллельных диода, и конденсатор 8, подключенной между общим выводом и выводом синхронизации контроллера через конденсатор, а также дроссель 9, разделительный 10 и пусковой 11 конденсаторы и позистор 12, шунтирующий пусковой конденсатор, установленный внутри корпуса. Входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем через предохранитель, а общий и выходной выводы контроллера аппарата подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы по резонансной схеме и через схему синхронизации. Диоды схемы синхронизации выполнены в виде светодиодов или светодиодной матрицы, включающей, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, или группы четного числа светодиодных матриц, ветви которых соединены встречно-параллельно. 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 энергосберегающей лампы.

Известна энергосберегающая 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 последовательно соединенные 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 энергосберегающей 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 энергосберегающая 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 последовательно соединенные 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 энергосберегающей 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 резистор, последовательно соединенные выпрямитель, звено постоянного тока и гибридный силовой контроллер со схемой синхронизации, содержащей два встречно-параллельных диода, и конденсатор, подключенной между общим выводом и выводом синхронизации контроллера через конденсатор, а также дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем через резистор, а общий и выходной выводы контроллера аппарата подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы по резонансной схеме и через схему синхронизации (Электронные компоненты. Микросхемы управления балластами. Каталог.- ПЛАТАН, 2008. - С.15).

Указанная энергосберегающая лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.

Недостатком энергосберегающей 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 (установления номинального светового потока), 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 делает лампу неудобной в эксплуатации, особенно, если требуется быстрое включение освещения. Кроме того, лампа имеет сравнительно низкий электрический коэффициент полезного действия и недостаточную безопасность и надежность работы при использовании. Выход из строя элементов узла печатного монтажа может приводить к расплавлению проводников печатной платы, разбрызгиванию горячего металла и возгоранию частей устройства.

Полезная модель направлена на решение задачи расширения области применения энергосберегающей лампы, что является целью полезной модели.

Указанная цель достигается тем, что в гибридной 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 предохранитель, последовательно соединенные выпрямитель, звено постоянного тока и гибридный силовой контроллер со схемой синхронизации, содержащей два встречно-параллельных диода, и конденсатор, подключенной между общим выводом и выводом синхронизации контроллера через конденсатор, а также дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы и позистор, шунтирующий пусковой конденсатор, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем через предохранитель, а общий и выходной выводы контроллера аппарата подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы по резонансной схеме и через схему синхронизации, диоды схемы синхронизации выполнены в виде светодиодов или светодиодной матрицы, включающей, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, или группы четного числа светодиодных матриц, ветви которых соединены встречно-параллельно.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является широкая область применения. У новой гибридной 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. Повышается электрический коэффициент полезного действия лампы за счет уменьшения непроизводительных потерь энергии. Возрастает безопасность использования и надежность работы гибридной лампы. Узел печатного монтажа защищен предохранителем. Улучшены условия запуска лампы за счет применения позистора.

Расширение области применения за счет улучшения кривой силы света в продольном направлении и снижения времени разгорания гибридной лампы, улучшения энергетических параметров, повышения безопасности и надежности работы, 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 лампы являются существенными.

На рисунке приведен пример типовой конструкции с фрагментами схемы гибридной лампы.

Гибридная 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 в виде узла печатного монтажа на печатной плате, включающий предохранитель 3, последовательно соединенные выпрямитель 4, звено постоянного тока 5 и гибридный силовой контроллер 6 со схемой синхронизации 7, содержащей два встречно-параллельных диода, и конденсатор 8, подключенной между общим выводом и выводом синхронизации контроллера через конденсатор, а также дроссель 9, разделительный 10 и пусковой 11 конденсаторы и позистор 12, шунтирующий пусковой конденсатор, установленный внутри корпуса. Входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем через предохранитель, а общий и выходной выводы контроллера аппарата подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы по резонансной схеме и через схему синхронизации. Диоды схемы синхронизации выполнены в виде светодиодов или светодиодной матрицы, включающей, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, или группы четного числа светодиодных матриц, ветви которых соединены встречно-параллельно.

Гибридная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 1 стандартного типа, например, резьбовой, лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус является несущей конструкцией. На нем устанавливаются все остальные элементы гибридной лампы. Электронный пускорегулирующий аппарат 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 7 соединяются встречно-параллельно, что соответствует стандартной схеме синхронизации гибридного силового контроллера 6. Такое соединение, одновременно, позволяет эффективно электрически питать светодиоды (матрицу) 7 от источника переменного напряжения повышенной частоты. При работе устройства электронный пускорегулирующий аппарат 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 4 электронного пускорегулирующего аппарата выпрямляет переменное напряжение питающей сети, то есть, преобразует его в знакопостоянное (выпрямленное) напряжение, а гибридный силовой контроллер инвертирует выпрямленное напряжение в переменное напряжение заданной частоты. Дроссель 9 и пусковой конденсатор 11 образуют последовательную резонансную схему, которая (совместно с позистором 12) 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 12 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 12 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 2 стабилизирует напряжение в электрической цепи конденсатора 12 и, соответственно, ток через светодиоды светодиодной матрицы 7. Светодиодная матрица 7 устанавливается на печатную плату узла печатного монтажа электронного пускорегулирующего аппарата. Светодиоды 7 представляют собой энергоэффективные источники направленного излучения и позволяют оптимальным образом скорректировать кривую силы света гибридной 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. Разделительный конденсатор 10 служит для разделения цепей постоянного и переменного тока. Конденсатор 8 отделяет цепь переменного тока от входа синхронизации гибридного силового контроллера 6. Предохранитель 3 защищает лампу от перегрузок и коротких замыканий, обеспечивая безопасность ее эксплуатации. Звено постоянного тока 5 служит для сглаживания выпрямленного напряжения выпрямителя 4. В простейшем варианте оно представляет собой фильтровой конденсатор, но может также содержать активный или пассивный корректор коэффициента мощности.

Приведенная на рисунке схема соответствует типовой схеме включения гибридного силового контроллера (6) серий IR51xxxx (IR51H224, IR51H320 IR51H420) или, с незначительными изменениями, IR51HDxxx и IR53xxxx компании Internatinal Rectifier.

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 лампы при этом не изменяется.

По сравнению с прототипом существенно расширяется область применения новой лампы. Улучшается кривая силы света гибридной 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 90÷100 лм/Вт, что на 30÷40% выше, чем в известных энергосберегающих лампах.

За счет уменьшения электрической нагрузки на электроды разрядной колбы (при включении в электрическую цепь пускового конденсатора позистора) снижается их износ, что увеличивает срок службы и надежность работы заявляемой гибридной лампы. Срок службы новой гибридной интегрированной компактной лампы может быть увеличен в 2÷3 раза.

Повышается безопасность использования новой лампы за счет исключения вероятности возгорания ее частей и окружающих предметов в результате эффективной защиты электронного пускорегулирующего аппарата сетевым предохранителем.

По сравнению с прототипом может быть оптимизирована конструкция и снижена на 5÷7% цена заявляемой гибридной лампы (с заданным световым потоком). Это достигается, в том числе, за счет отсутствия в 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 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 существенно расширяет, по сравнению с прототипом, область применения гибридной 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. Последнее также расширяет область применения заявляемой гибридной лампы.

Гибридная 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 предохранитель, последовательно соединенные выпрямитель, звено постоянного тока и гибридный силовой контроллер со схемой синхронизации, содержащей встречно-параллельные диоды и конденсатор, подключенной между общим выводом и выводом синхронизации контроллера через конденсатор, а также дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы и позистор, шунтирующий пусковой конденсатор, установленный внутри корпуса, входные выводы выпрямителя аппарата электрически соединены с цоколем через предохранитель, а общий и выходной выводы контроллера аппарата подключены к выводам электродов разрядной колбы через дроссель, разделительный и пусковой конденсаторы по резонансной схеме и через схему синхронизации, диоды схемы синхронизации выполнены в виде светодиодов или светодиодной матрицы, включающей, как минимум, два светодиода, соединенных встречно-параллельно, или группы четного числа светодиодных матриц, ветви которых соединены встречно-параллельно.