ЕДИНИЧНАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании светодиодных осветительных приборов, применяемых в различных областях науки и техники.
Известна конструкция светодиодной лампы (Патент США №4,727,289; НКИ: 315-71; 23.02.1988 г.), содержащая стеклянный баллон, внутри которого имеется печатная плата, цепь из последовательно соединенных единичных светодиодов, используемых в качестве источников света, и балластного резистора. Количество последовательно соединенных светодиодов в цепи зависит от требуемой освещенности объекта. Подключается светодиодная лампа к внешнему источнику постоянного напряжения через разъемное соединение в виде цоколя. Недостатком известной светодиодной лампы является то, что ее яркость и надежность работы по объективным причинам существенно зависит от возможных колебаний тока, протекающего через светодиоды. Превышение этого тока выше допустимого с одной стороны увеличивает яркость свечения светодиодов, а с другой - нарушает их температурный баланс и, в конечном счете, существенно снижает надежность и долговременность работы из-за возможного их перегрева. Поэтому в качестве источника питания светодиодн6ой лампы, как правило, применяют химические источники тока или специализированные вторичные источники питания, при этом параметры, как светодиодной лампы, так и ее источника питания строго согласуют между собой. Без такого источника питания возможность использования известной светодиодной лампы практически крайне ограничена и создает большие дополнительные проблемы в случае ее применения вместо ламп накаливания для различных осветительных приборов, в особенности подключаемых непосредственно к промышленной сети.
Также известна светодиодная лампа (см. патент JP 11163420 А, 18.06.1999 г.) содержащая цоколь, включающий в себя металлическую и диэлектрическую части, электрод, монтажную плату, отверстие в монтажной плате, светодиод с выводами, резистор балластный, электрические выводы балластного резистора, диод полупроводниковый, выводы полупроводникового диода и линзу. Под линзой, расположенной над цоколем, размещена монтажная плата с встроенным в ее отверстие светодиодом, имеющим электрические выводы. Один из выводов светодиода соединен с выводом балластного резистора, а другой вывод последнего проходит через центральное отверстие диэлектрической части цоколя и формирует торцевой электрод светодиодной лампы. Полупроводниковый диод
соединен одним выводом с выводом светодиода, а другим - с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Другой вывод светодиода соединен с выводом выпрямительного полупроводникового диода, а другой вывод последнего соединен с металлической частью цоколя, образуя при этом другой электрод светодиодной лампы. Для известной светодиодной лампы также требуется отдельный источник питания в виде химического источника тока или специализированного вторичного источника питания, параметры которого должны обеспечивать с одной стороны необходимую яркость свечения лампы, а с другой - исключить возможность температурного перегрева полупроводникового кристалла светодиода, существенно влияющего на надежность и долговечность ее работы. Без наличия специализированного источника питания применение известной светодиодной лампы практически крайне ограничено.
Наиболее близким техническим решением к заявленной светодиодной лампе является светодиодный источник света (см. полезную модель RU 52523 от 2006.03.27; H01L 33/00). Известный светодиодный источник света содержит основание с контактными токопроводящими площадками, единичные светодиоды с выводами, подключенными к контактным площадкам основания и выводы, запрессованные в основание и подключенные к его контактным площадкам. Запрессованные в основание выводы необходимы для подключения к разъему источника питания. Однако известному светодиодному источнику света также как и вышеуказанным аналогам требуется внешний источник питания, в качестве которого могут быть использованы как химический источник тока, так и вторичный специализированный, которые обеспечивали бы протекание постоянного тока через светодиоды не выше предельно допустимого для них. Эти требования к источникам питания существенно ограничивают область применения светодиодных ламп, и делают их невыгодными по сравнению с лампами накаливания, как по условиям эксплуатации, так и по экономическим показателям. Особенно ощутимы эти недостатки в случае необходимости подключения светодиодной лампы к промышленной сети, используя специализированный вторичный источник питания.
Техническим результатом заявленной полезной модели является устранение отмеченных недостатков, как у аналогов, так и у прототипа, т.е. существенное расширение области использования светодиодной лампы за счет улучшения условий ее эксплуатации и технико-экономических показателей.
Для достижения вышеуказанного технического результата предлагается новая
конструкция единичной светодиодной лампы, содержащая основание с токопроводящими площадками, входными клеммами или цоколем и единичные светодиоды, выводы которых закреплены на токопроводящих площадках основания и соединены между собой последовательно в цепь, подключенную к входным клеммам или цоколю основания через последовательно соединенные двухполупериодный выпрямитель и гасящий конденсатор, емкость которого определяют из выражения:
где:
г
С - емкость гасящего конденсатора,
нL
I - величина тока, протекающего через светодиоды, численное значение которого не должно превышать предельно допустимое значение тока светодиодов лампы,
f - частота промышленной сети,
пс
U - напряжение промышленной сети,
нL
U - падение напряжения на единичном светодиоде,
n - количество единичных светодиодов.
В случае необходимости ограничения тока, протекающего через диодный мост, в цепь, содержащую, последовательно соединенные, единичные светодиоды, двухполупериодный выпрямитель и гасящий конденсатор, включают последовательно с ними токоограничительный резистор, численное значение которого определяют из выражения:
где:
R - величина сопротивления токоограничительного резистора,
пс
U - напряжение промышленной сети,
vD
I - величина тока, протекающего через диодный мост, численное значение которого не должно превышать предельно допустимое значение тока для диодного моста.
С целью уменьшения пульсаций величины тока, протекающего через, последовательно соединенные, светодиоды лампы, за счет возможных колебаний напряжения промышленной сети, в ней параллельно цепи, содержащей светодиоды, включают накопительный конденсатор, емкость которого определяют из выражения:
где:
нак
С - емкость накопительного конденсатора,
f - частота промышленной сети,
R - сопротивление токоограничительного резистора.
Для повышения надежности и продолжительности работы светодиодной лампы, в ней параллельно, по меньшей мере, одному из единичных светодиодов соответственно включают стабилитрон, напряжение стабилизации которого, определяют из выражения:
нL
стаб
нL
U×n×1,3>U>U×n×1,1;
где:
нL
U - падение напряжения на единичном светодиоде,
стаб
U - напряжение стабилизации стабилитрона,
n - количество последовательно соединенных светодиодов, параллельно которым соответственно включен стабилитрон.
С целью существенного уменьшения пульсаций тока, протекающего через последовательно соединенные единичные светодиоды лампы, в ней последовательно со светодиодами соответственно включен стабилизатор тока.
На фиг.1 представлена схема базового варианта светодиодной лампы, соответствующая первому пункту формулы полезной модели.
На фиг.2 изображена схема светодиодной лампы с токоограничительным резистором.
На фиг.3 изображена схема светодиодной лампы с токоограничительным резистором и накопительным конденсатором.
На фиг.4 изображена схема светодиодной лампы с токоограничительным резистором, накопительным конденсатором и стабилитронами.
На фиг.5 изображена схема светодиодной лампы с токоограничительным резистором, накопительным конденсатором, стабилитронами и стабилизатором тока.
Где изображены:
п
U - стандартные клеммы или цоколь для подключения светодиодной лампы к промышленной сети,
г
С - конденсатор гасящий,
VD1 -двухполупериодный выпрямитель,
HL1, HL2...HLn - светодиоды лампы,
R - резистор токоограничительный,
нак
С - конденсатор накопительный,
DA1, DA2...DAn - стабилитроны,
Генератор тока.
п
п
г
г
Единичная светодиодная лампа (фиг.1, базовый вариант) содержит основание с токопроводящими площадками (на представленных фигурах не показаны), входными клеммами или цоколем U, последовательно соединенные и подключенные к токопроводящим площадкам основания, единичные светодиоды HLl, HL2...HLn. В свою очередь цепь из последовательно соединенных светодиодов HLl, HL2....HLn подключена к входным клеммам или цоколю U основания через последовательно соединенные со светодиодами HL1, HL2...HLn двухполупериодный выпрямитель VD1 и гасящий конденсатор С. Причем емкость гасящего конденсатора С определяют из выражения:
где:
г
С - емкость гасящего конденсатора,
нL
I - величина тока, протекающего через светодиоды, численное значение которого не превышает предельно допустимое значение тока светодиодов лампы,
f - частота промышленной сети,
пс
U - напряжение промышленной сети,
нL
U падение напряжения на единичном свето диоде,
n - количество единичных светодиодов.
Форма и размеры как основания с контактными площадками, входными клеммами или цоколем, так и количество единичных светодиодов лампы для сущности полезной модели существенного значения не имеют, поэтому их можно выбирать в каждом конкретном случае, руководствуясь иными принципами, не зависящими от предложенной в заявке принципиальной схемы светодиодной лампы.
VD
п
г
Если протекающий через двухполупериодный выпрямитель VD1 ток I превышает предельно допустимое значение для его диодов одну из диагоналей выпрямителя подключают к входным клеммам или цоколю U основания через токоограничительный резистор R и гасящий конденсатор С (фиг.2). При этом величину токоограничительного резистора R определяют из выражения:
R - величина сопротивления токоограничительного резистора,
пс
U - напряжение промышленной сети,
vD
I - величина тока, протекающего через двухполупериодный выпрямитель, при этом его численное значение не превышает предельно допустимое значение тока для его диодов.
пс
нL
нак
В случае необходимости снижения влияния колебаний напряжения промышленной сети U на уровень пульсаций тока I, протекающего через светодиоды HL1, HL2... HLn (фиг.3) параллельно цепи из последовательно соединенных светодиодов HL1.HL2... HLn включают накопительный конденсатор С, емкость которого определяют из выражения:
где:
нак
С - емкость накопительного конденсатора,
f - частота промышленной сети,
R - сопротивление токоограничительного резистора. Для повышения надежности и продолжительности работы светодиодной лампы, в ней (фиг.4) параллельно, по меньшей мере, одному из единичных светодиодов HL1, HL2...HLn включен соответственно стабилитрон DAl, DA2...Dan с напряжением стабилизации, определяемом из выражения:
нL
стаб
нL
U×n×1,3>U>U×n×1,1;
где:
нL
U - падение напряжения на единичном светодиоде,
стаб
U - напряжение стабилизации стабилитрона,
n - количество последовательно соединенных светодиодов, параллельно которым соответственно включен стабилитрон.
Соответствующее подключение стабилитронов DAl, DA2...DAn параллельно светодиодам HLl, HL2...HLn допустимо как для каждого в отдельности единичного светодиода HLl, HL2...HLn, так и для группы, содержащей два, три и более светодиода HLl, HL2...HLn. На фиг.4 представлена схема, в которой зашунтирован каждый в отдельности единичный светодиод HLl, HL2...HLn. При таком варианте выполнения схемы (фиг.4) в случае перегорания, как одного светодиода, так и нескольких светодиодов HLl, HL2...HLn не происходит полный отказ светодиодной лампы.
нL
Если требуется, чтобы пульсация тока I в светодиодной лампе при подключении ее к промышленной сети отсутствовала практически полностью, цепь из последовательно
соединенных светодиодов HLl, HL2...HLn соответственно подключают к одной из диагоналей двухполупериодного выпрямителя VD1 через стабилизатор тока (фиг.5).
Конструктивно схема предлагаемой единичной светодиодной лампы содержит все необходимое, чтобы ее можно было устанавливать в светотехническое устройство, подключаемое к промышленной сети и имеющее стандартный цоколь или соответствующие стандартные клеммы. При этом конструкция и схема единичной светодиодной лампы позволяют использовать ее в качестве самостоятельной светодиодной лампы. В случае необходимости ее основание может быть выполнено с возможностью его разделения на несколько частей, на каждой из которых будет размещена схема единичной светодиодной лампы, т.е. светодиодная лампа может быть выполнена в виде набора автономных единичных модулей. Если наращивать или уменьшать количество модулей, расположенных на основании, соответственно будет увеличиваться или уменьшаться количество единичных светодиодных ламп и соответственно их суммарная мощность. С учетом вышеизложенного, изменение мощности светодиодной лампы может быть достигнуто как за счет соответствующего изменения количества единичных светодиодов в единичной светодиодной лампе, так и за счет соответствующего изменения количества единичных светодиодных ламп (модулей), размещенных на основании. При этом предложенная схема единичной светодиодной лампы позволяет производить ее промышленным способом. Для этого достаточно разработать в соответствии с вышеуказанной формулой полезной модели схему единичной светодиодной лампы (единичного модуля), а затем тиражировать ее в промышленных условиях. Причем мощность светодиодной лампы в необходимых случаях можно увеличить кратно путем наращивания количества единичных светодиодных ламп, выполненных в виде модулей и размещенных на одном основании. По своим эксплуатационным и технико-экономическим показателям предлагаемая единичная светодиодная лампа превосходит все известные как светодиодные лампы, так и лампы накаливания, в частности, по надежности и долговечности работы, коэффициенту полезного действия, преимущественно в осветительных приборов повышенной мощности, поскольку нет необходимости для их работы использовать химические источники тока или специализированные вторичные источники питания.