ГИБРИДНАЯ ИНТЕГРИРОВАННАЯ КОМПАКТНАЯ ЛАМПА

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, конденсатором и позистором, 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, конденсатор зашунтирован позистором (Источники света. Каталог. - OSRAM, 2009. - С.3.11).
Недостатком интегрированной компактной лампы узкая область применения, что обусловлено нецелесообразностью ее использования в осветительных системах с частыми включениями. Из-за задержки зажигания газового разряда в колбе интегрированная компактная лампа включается и начинает излучать световую энергию недостаточно быстро, как этого требуют некоторые применения.
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, конденсатором и позистором, 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, конденсатор зашунтирован позистором (Каталог ламп 2009/2010 гг. - GE LIGHTING, 2009. - С.74).
Недостатком интегрированной компактной лампы узкая область применения, что обусловлено нецелесообразностью ее использования в осветительных системах с частыми включениями. Из-за задержки зажигания газового разряда в колбе интегрированная компактная лампа включается и начинает излучать световую энергию недостаточно быстро, как этого требуют некоторые применения.
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, конденсатором и позистором, 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, конденсатор зашунтирован позистором (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 известной интегрированной компактной лампы узкая область применения, что обусловлено нецелесообразностью ее использования в осветительных системах с частыми включениями. Из-за задержки зажигания газового разряда в колбе интегрированная компактная лампа включается и начинает излучать световую энергию недостаточно быстро, как этого требуют некоторые применения.
Полезная модель направлена на решение задачи оптимизации кривой силы света 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, 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, галогенную или малогабаритную лампочку накаливания, установленную на корпусе и включенную в электрическую цепь позистора, конденсатор зашунтирован цепью из позистора и лампочки.
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 на этапе включения вырабатывается за счет галогенной или малогабаритной лампочки накаливания. После установления режима газового разряда низкого давления в разрядной колбе световая энергия, в основном, вырабатывается за счет преобразования излучения разряда колбы в видимый свет люминофорным слоем. Частичный незначительный вклад вносит и галогенная или малогабаритная лампочка накаливания, которая при установлении режима газового разряда и увеличения сопротивления позистора работает с неполным накалом. Оба вида преобразования электрической энергии в световую энергию оптимально дополняют друг друга и позволяют создать гибридную интегрированную компактную лампу с практически мгновенной готовностью к работе.
Расширение области применения гибридной интегрированной компактной лампы, является полученным техническим результатом, обусловленным новым гибридным 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, 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, галогенную или малогабаритную лампочку 7 накаливания, установленную на корпусе и включенную в электрическую цепь позистора. Конденсатор зашунтирован цепью из позистора и лампочки.
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 галогенной или малогабаритной лампочки 7 накаливания через позистор 6 на интервале включения с максимальным накалом и на интервале основной работы, с неполным накалом. Галогенная или малогабаритная лампочка 7 накаливания включается через позистор 6, что позволяет эффективно электрически питать лампочку 7 от вторичного источника переменного напряжения (электронного пускорегулирующего аппарата) с минимальными энергозатратами. Срабатывание позистора 6 после его нагрева на интервале включения лампы приводит к значительному снижению тока через лампочку 7 в номинальном режиме работы лампы и уменьшению электрических потерь энергии. 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. 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. До зажигания газового разряда в колбе 2 световую энергию вырабатывает галогенная или малогабаритная лампочка 7 накаливания, которая на этом временном интервале работает с максимальным накалом. Электроды разрядной колбы 2 разогреваются током, протекающим через цепь из позистора 6 и лампочки 7. Нагрев позистора 6 приводит к снижению тока через лампочку 7, уменьшению подогрева электродов разрядной колбы 2 и накала лампочки 7 и зажиганию газового разряда. 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 цепь из позистора 6 и лампочки 7. Позистор 6 остается в нагретом состоянии, а галогенная или малогабаритная лампочка 7 накаливания в режиме сниженного накала, что не ухудшает энергетические характеристики гибридного устройства.
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. Принцип работы гибридной интегрированной компактной лампы при этом не изменяется.
По сравнению с прототипом значительно расширяется область применения гибридной интегрированной компактной лампы. Электрическая энергия в новой лампе преобразуется в световую энергию по двум каналам: от тока проводимости через разрядную колбу в газовом разряде и от тока цепи из позистора и галогенной или малогабаритной лампочки накаливания. Таким образом, новая лампа является гибридным световым прибором. За счет того, что галогенные или малогабаритные лампочки накаливания относятся к световым приборам с практически мгновенным зажиганием, уменьшается, по сравнению с прототипом, общее время зажигания и готовности новой лампы к работе. Галогенная или малогабаритная лампочка накаливания обеспечивает сверхбыстрое включение нового светового прибора и мгновенную готовность его к работе, что требуется в некоторых применениях, например, при частых включениях осветительных систем с гибридными интегрированными компактными лампами.
Дополнительно, по сравнению с прототипом, в новой гибридной интегрированной компактной лампе может достигаться более высокая светоотдача (при выполнении лампы на заданный световой поток). Энергетические характеристики электронного пускорегулирующего аппарата при предлагаемом принципе питания галогенной или малогабаритной лампочки накаливания практически не ухудшаются. В результате, по сравнению с прототипом, светоотдача (световая эффективность) нового прибора может возрасти на 3÷4%.
За счет уменьшения электрической нагрузки на электроды разрядной колбы (при включении в электрическую цепь позистора галогенной или малогабаритной лампочки накаливания) 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 1,1÷1,3 раза. Время наработки на отказ лампы (оценка надежности работы), по сравнению с прототипом, согласно экспертным оценкам увеличивается на 10÷20%.
По сравнению с прототипом может быть существенно оптимизирована конструкция и снижена на 2÷3% цена заявляемой гибридной интегрированной компактной лампы (с заданным световым потоком). Это достигается за счет отсутствия необходимости применения электродов разрядной колбы с дополнительными качественными 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 2%) за счет оптимизации конструкции и гибридного принципа устройства.
Применение нового гибридного принципа позволяет также улучшить, по сравнению с прототипом, спектральный состав излучения гибридной интегрированной компактной лампы за счет наложения спектров люминесценции и излучения галогенной или малогабаритной лампочки накаливания.
Способность эффективно работать в осветительных системах с частыми включениями, а также уменьшение весогабаритных показателей и улучшенный спектральный состав излучения существенно расширяют, по сравнению с прототипом, область применения новой гибридной интегрированной компактной лампы.