СВЕТОВОЙ ПРИБОР
LIGHTING DEVICE

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при проектировании новых энергоэффективных световых приборов с полупроводниковыми (светодиодными) источниками света, в том числе универсальных линейных светодиодных ламп, предназначенных для прямой замены в светильниках линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления. Изобретение направлено на расширение области применения светового прибора, в частности за счет обеспечения возможности его питания непосредственно от промышленной сети или от специализированного источника вторичного электропитания, а также через пускорегулирующие аппараты различного типа, используемые для комплектования линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления.
Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (Полупроводниковая светотехника. Каталог производственного альянса «Контракт-Электроника» / ПА «Контракт-Электроника», 2010, с.24).
Недостатком светового прибора является узкая область применения, что обусловлено принятым способом электропитания светодиодной матрицы, конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофором, работой кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с повышенной температурой, приводящих к уменьшению светового выхода устройства, неравномерной яркостью светящейся поверхности, слепящим действием светодиодов матрицы, низкой световой и энергетической эффективностью, неуниверсальностью устройства, невозможностью эффективной работы в комбинации с люминесцентными газоразрядными лампами низкого давления, в том числе от электромагнитных и электронных пускорегулирующих аппаратов.
Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (LED Down Light/MEEK, 2010, с.32).
Недостатком светового прибора является узкая область применения, что обусловлено принятым способом электропитания светодиодной матрицы, конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофором, работой кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с повышенной температурой, приводящих к уменьшению светового выхода устройства, неравномерной яркостью светящейся поверхности, слепящим действием светодиодов матрицы, низкой световой и энергетической эффективностью, неуниверсальностью устройства, невозможностью эффективной работы в комбинации с люминесцентными газоразрядными лампами низкого давления, в том числе от электромагнитных и электронных пускорегулирующих аппаратов.
Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (Освещение вагонов поездов. Каталог Лихославльского завода светотехнических изделий «Светотехника»/Galad, 2010, с.12).
Указанный световой прибор является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.
Недостатком светового прибора является узкая область применения, что обусловлено принятым способом электропитания светодиодной матрицы, нетехнологичной и неэффективной конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофором, работой кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с повышенной температурой, приводящих к уменьшению светового выхода устройства, неравномерной яркостью светящейся поверхности, слепящим действием светодиодов матрицы, низкой световой и энергетической эффективностью, неуниверсальностью устройства, невозможностью эффективной работы в комбинации с люминесцентными газоразрядными лампами низкого давления, в том числе от электромагнитных и электронных пускорегулирующих аппаратов.
Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения светового прибора, что является необходимым техническим результатом и целью изобретения.
Указанная цель достигается тем, что в световом приборе, содержащем, как минимум, два светодиода или светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, или группу отдельных светодиодных матриц, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент, светодиоды, или ветви светодиодной матрицы, или отдельные светодиодные матрицы соединены встречно-параллельно и подключены к выходу источника вторичного электропитания через последовательный конденсатор, источник вторичного электропитания выполнен в виде регулируемого источника переменного тока, а светорассеивающий элемент выполнен с дополнительным люминофорным покрытием.
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения светового прибора, что достигается новыми принципами устройства и электропитания источника света в приборе и новыми элементами конструкции, работой кристаллов светодиодов и люминофорного покрытия в режимах с более низкой предельной температурой, обеспечивающих более высокий световой выход комплекта светодиодный источник излучения - светорассеивающий элемент с дополнительным люминофорным покрытием. Уменьшено слепящее действие светового прибора. Устройство имеет наивысшие энергетические показатели при питании от различных источников, в том числе непосредственно от промышленной сети переменного тока, пускорегулирующих аппаратов электромагнитного и электронного типов. Новый прибор обладает высокой световой эффективностью, возможностью регулирования или стабилизации светового потока в широких пределах за счет регулируемого источника вторичного электропитания. Источник вторичного электропитания, выполненный в виде источника переменного тока, имеет максимально возможный коэффициент полезного действия. При выполнении на заявляемом принципе аналогов линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления новый световой прибор может без ограничений заменять указанные лампы в одноламповых и мультиламповых светильниках в различных сочетаниях как полностью, так и частично. Все сказанное выше гарантирует широкую область применения нового светового прибора.
Расширение области применения светового прибора является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и электропитания источника света в приборе, особенностями новой конструкции и новыми элементами устройства, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого светового прибора являются существенными.
На рисунке приведена типовая схема с элементами конструкции светового прибора нового типа.
Световой прибор содержит, как минимум, два светодиода 1 или светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, или группу отдельных светодиодных матриц, источник вторичного электропитания 2 и светорассеивающий элемент 3, светодиоды, или ветви светодиодной матрицы, или отдельные светодиодные матрицы соединены встречно-параллельно и подключены к выходу источника вторичного электропитания через последовательный конденсатор 4, источник вторичного электропитания выполнен в виде регулируемого источника переменного тока, а светорассеивающий элемент выполнен с дополнительным люминофорным покрытием 5.
Световой прибор в установившемся режиме работает следующим образом. Светодиодный источник 1 (светодиоды, матрица, группа отдельных светодиодных матриц) излучают свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорным покрытием 5, нанесенным на поверхность светорассеивающего элемента 3 и восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиодный источник излучения 1 имеет, например, голубой цвет свечения. Люминофорное покрытие 5, наносимое на оптически прозрачную часть устройства (светорассеивающий элемент 3), при воздействии исходного (первичного) излучения светодиодного источника 1 излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиодного источника света 1 и люминофора люминофорного покрытия 3 образуется «белый» (или близкий к нему) свет. Светодиодный источник излучения (светодиоды, матрица, группа отдельных светодиодных матриц) 1 представляет собой два или группу (матрицу) полупроводниковых приборов с p-n-переходом (диодов), работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение. Люминофорное покрытие 5, нанесенное на поверхность оптически прозрачного светорассеивающего элемента 3, повышает равномерность распределения яркости по длине светящейся поверхности светового прибора, частично рассеивает свет и устраняет слепящий эффект светодиодов, являющихся, фактически, точечным источником излучения. Для защиты люминофорного покрытия 5 от неблагоприятных воздействий (влага, излучение) внешней среды возможно нанесение дополнительного защитного покрытия. Одновременно такое защитное покрытие может служить дополнительным светорассеивающим слоем. Защитное покрытие светорассеивающего элемента 3 может быть выполнено, в том числе, путем простого ламинирования с использованием, например, пленки типа Aclar. Светодиоды светодиодного источника излучения 1, работающие с различными полярностями полуволн тока, с целью снижения пульсаций светового потока и слепящего эффекта, при значительном числе светодиодов, в частности в линейках линейных светодиодных ламп, целесообразно подключать в «шахматном» порядке (через один). Регулируемый источник переменного тока 2 следует выполнять в виде источника синусоидального или квазисинусоидального тока. Регулирование источника вторичного электропитания 2 позволяет изменять световой поток светодиодного источника излучения 1 в широких пределах. Последовательный конденсатор 4 служит для емкостной развязки электрических цепей устройства и ограничения тока через светодиоды источника излучения 1. Работа последовательного конденсатора 4 позволяет обеспечить универсальность способов электропитания светового прибора. При работе устройства часть энергии рассеивается в элементах, что приводит к их разогреву. Отвод рассеиваемого тепла от люминофорного покрытия 5 осуществляется, в первую очередь, светорассеивающим элементом 3. Светорассеивающий элемент 3 выполняется из стекла или оптически прозрачного пластика.
Источник вторичного электропитания 2 может быть выполнен по любой из известных схем на заданную мощность светодиодного источника излучения 1. В частности, за счет встречно-параллельного соединения светодиодов (1) источник вторичного электропитания 2 реализуется в виде источника переменного тока (преобразователя частоты). Регулирование источника вторичного электропитания осуществляется, например, известным способом регулирования напряжения в звене постоянного тока.
По сравнению с прототипом расширяется область применения нового светового прибора. Устройство становится универсальным и может работать от любого источника электропитания, а также, в любых сочетаниях, в составе светильников в комбинации с линейными люминесцентными газоразрядными лампами, либо при полной их замене. Это обеспечивается за счет работы кристаллов светодиодов и люминофора люминофорного покрытия в режимах с более низкими предельными температурами. За счет вынесения люминофорного покрытия за пределы конструкции светодиодного источника излучения (светодиодов, матриц) уменьшается нагрев как самого кристалла светодиодов за счет исключения теплопередачи от люминофорного покрытия и эффективного рассеивания отраженной люминофором энергии излучения, так и самого люминофорного покрытия за счет улучшения условий отвода тепла от люминофорного покрытия и отсутствия разогрева за счет теплопередачи от кристалла. Люминофорное покрытие в заявляемом устройстве работает при сравнительно низкой температуре и может быть надежно изолировано от неблагоприятных воздействий внешней среды защитным слоем. Световой выход устройства, выполненного на основе заявляемого принципа, и, следовательно, его коэффициент полезного действия являются максимально возможными. За счет встречно-параллельного соединения светодиодов улучшаются условия их работы и могут быть увеличены загрузка по току и надежность, а также срок службы светодиодов и устройства в целом. Заявляемый световой прибор может быть применен в системах, обеспечивающих наибольший срок службы. Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по площади светорассеивающего элемента и исключения слепящего эффекта существенно расширяется область применения нового светового прибора. В том числе, новое устройство может эффективно применяться в системах освещения с длительным пребыванием людей. За счет обеспечения регулирования светового потока в широких пределах заявляемый световой прибор целесообразно использовать, в частности, в новых перспективных энергосберегающих системах освещения.
За счет снижения рабочих температур кристаллов светодиодов светодиодного источника излучения и люминофорного покрытия светорассеивающего элемента повышается не только светоотдача прибора, но и снижается спад светового потока при длительной эксплуатации устройства, что является дополнительным преимуществом нового светового прибора по сравнению с прототипом. Устройство, таким образом, сохраняет более высокий коэффициент полезного действия и в процессе длительной эксплуатации, что также расширяет область его применения.
При этом, по сравнению с прототипом, срок службы светового прибора (согласно экспертным оценкам) может быть увеличен в 1,5-1,7 раза за счет ограничения деградации кристаллов светодиодов и люминофорного покрытия светорассеивающего элемента в процессе эксплуатации. Срок службы нового светового прибора практически ограничен сроком службы светодиодов без люминофора, то есть является максимально возможным. Это расширяет область применения на системы, в которых ограничена частая замена световых приборов.