Светодиодный светильник с автоматическим поддержанием уровня освещенности

Область техники
Предлагаемая полезная модель относится к области осветительной техники и может применяться для установки и автоматического поддержания требуемого уровня освещения.
Уровень техники
Из уровня техники известно средство управления освещенностью помещения (RU 80295 U1, 27.01.2009), позволяющее обеспечить удаленное управление уровнем освещенности по локальной вычислительной сети. Известное средство позволяет лишь произвести установку заранее выбранного уровня освещенности, однако не позволяет автоматически поддерживать уровень освещенности на заданном уровне при изменяющихся условиях.
Также известно средство (RU 2523067 C2, 20.07.2014) управления освещенностью, направленное на поддержание постоянной интенсивности осветительного прибора, учитывающее процессы деградации светоизлучающих элементов с течением времени. Указанное средство функционирует по заранее заложенной программе, теоретически предполагающей то, каким именно образом происходит деградация в зависимости от уровня тока и времени работы. Однако известное решение основано на теоретических предпосылках и не учитывает реальный уровень излучения, обеспечиваемый осветительным прибором, т.е. оно также не позволяет автоматически поддерживать освещенность на заданном уровне при изменяющихся условиях в помещении.
В качестве наиболее близкого аналога можно указать средство управления светоизлучающим элементом (RU 2016136722 A, 14.03.2018), содержащее драйвер, подсоединенный к внешней сети питания, светоизлучающий элемент, подключенный к драйверу, а также диммер, подключенный к драйверу и внешней сети питания, при этом драйвер выполнен с возможностью получения управляющего сигнала от диммера и с возможностью питания светоизлучающего элемента. Диммер в известном решении содержит преобразователь напряжения, блок компенсации пульсаций тока, блок управления, выполненный с возможностью передачи драйверу светоизлучающего элемента управляющего сигнала посредством широтно-импульсной модуляции и с возможностью предустановки ступенчатой зависимости управляющего сигнала от напряжения внешней сети питания.
Наиболее близкий аналог направлен на обеспечение возможности управления светодиодным светоизлучающим элементом посредством изменения входного напряжения, питающего светильник в заданном диапазоне. Однако известному решению также присущи недостатки уровня техники, поскольку оно не позволяет автоматически поддерживать освещенность на заданном уровне при изменяющихся условиях в помещении.
Таким образом, заявленная полезная модель направлена на устранение указанных недостатков уровня техники и позволяет обеспечить достижение технического результата, который можно сформулировать как обеспечение возможности более точного автоматического поддержания освещенности на заданном уровне независимо от типа помещения с сохранением функции управления по проводам питания светильника.
Раскрытие полезной модели
Для достижения указанного выше технического результата предлагается светодиодный светильник с автоматическим поддержанием уровня освещенности, содержащий корпус с размещенными в нем: драйвером, подсоединенным к внешней сети питания, по меньшей мере, одним светоизлучающим элементом, подключенным к драйверу, а также преобразователем напряжения, блоком компенсации пульсаций тока и блоком управления, выполненным с возможностью передачи драйверу управляющего сигнала, отличающийся тем, что дополнительно содержит фотоэлемент, соединенный с блоком управления, для измерения значения уровня отраженного света, размещенный в корпусе таким образом, чтобы исключить прямое засвечивание фотоэлемента светоизлучающим элементом светильника.
Нижеследующее описание содержит сведения для подтверждения возможности осуществления полезной модели известными из уровня техники средствами с достижением указанного выше технического результата.
Осуществление полезной модели
Для осуществления полезной модели возможно применение широко известных (в том числе, из прототипа) технических средств, соединенных между собой известными сборочными операциями. Существенными отличиями полезной модели является обеспечение такой функционально-конструктивной связи, которая позволяет применять светильники без внесения изменений в их конструкцию в любых условиях применения с обеспечением заданного пользователем уровня освещенности.
Предложенное устройство может быть выполнено в виде печатной платы, которая устанавливается в корпус светильника в непосредственной близости от драйвера светильника.
Поскольку светодиод является полупроводниковым устройством, ключевой характеристикой, определяющей яркость их свечения, является не напряжение, а ток. Драйверы светодиодного светильника по существу представляют собой источники тока, которые могут обеспечивать питание светодиодов стабилизированным током заданной величины как от сети 220В, так и от источников низковольтного постоянного напряжения.
В заявленном устройстве предусмотрен блок преобразования напряжения в постоянный ток с дальнейшей компенсацией пульсацией тока, подаваемого драйвером на светодиодные модули.
Блок управления предназначен для переключения номинального выходного тока драйвера светильника в зависимости от установленных и/или измеренных параметров. В частном случае блок управления может осуществлять указанное переключение посредством блока коммутации драйвера, входящего в состав блока управления.
В предпочтительном варианте осуществления блок управления (который может быть также обозначен как блок обработки данных и управления) имеет три входных канала данных: канал приема данных от фотоэлемента об измеренном уровне; канал установки значения требуемого уровня отраженного света, заданного потребителем; канал значения тока, протекающего через светодиоды.
Выход блока управления имеет выход с широтно-импульсным сигналом, посредством которого производится регулировка значения выходного тока преобразователя напряжения в постоянных ток, на выходе которого для снижения пульсации тока установлен блок компенсации пульсации тока.
Указанные функции блока управления могут быть реализованы посредством входящего в состав блока управления контроллера широтно-импульсной модуляции, связанного с аналого-цифровым преобразователем и выполненного с возможностью передачи драйверу светоизлучающего элемента управляющего сигнала. Дополнительно входящий в состав блока управления программный (программируемый) блок (например, выполненный на базе микроконтроллера) позволяет установить пользователю требуемое значение освещенности.
Светильник, оборудованный предложенным блоком управления, позволяет произвести изменение уровня яркости по проводам питания светильника 220В путем кратковременного (от 200мс до 2 секунд) отключения питания.
В частности, при включении светильник находится на номинальной яркости. После кратковременного (от 200 мс до 2 секунд) отключения питания блок управления реагирует на это и корректирует уровень яркости светильника, снижая его. Повторное кратковременное (от 200 мс до 2 секунд) отключение питания повлияет на блок управления, заставив его скорректировать уровень яркости на номинальное значение. Пропадание напряжения питания более чем на 30 секунд приведет к установке номинального уровня яркости светильника независимо от предыдущего уровня яркости.
Таким образом, функционирование блока управления находится в зависимости от установленного пользователем уровня освещенности и фактически измеренного уровня освещенности, а управление осуществляется по линии подачи электропитания.
Применение фотоэлемента в заявленной полезной модели обусловлено следующими обстоятельствами.
Общеизвестно, что несамосветящиеся тела становятся видимыми вследствие отражения света от их поверхностей. Вследствие различных физических явлений (например, поглощение, диффузное рассеяние) фактический уровень яркости в помещении в большой степени зависит от параметров самого помещения, поэтому применение светильников с одинаковой номинальной яркостью в различных помещениях не обеспечивает уровень освещенности, комфортный для пользователя.
Применение в полезной модели измерение фотоэлементом уровня отраженного света с исключением влияния на фотоэлемент прямого освещения от светоизлучающего элемента позволяет обеспечить автоматическое поддержание заранее заданного пользователем уровня освещенности, при этом предложенное схемотехническое решение одновременно позволяет сохранить функции управления по проводам питания светильника.
Обеспечение защиты фотоэлемента от прямого засвечивания светоизлучающим элементом может быть выполнено любым известным из уровня техники способом, например, выводом фотоэлемента через отверстие в корпусе светильника с направлением его в сторону измерения уровня отраженного света.
Поскольку отражение света также находится в зависимости от длины падающей волны, для усиления достигаемого технического результата блок управления может быть выполнен с возможностью изменения длины волны излучаемого светильником света (например, путем изменения цветовой температуры одного или нескольких светоизлучающих модулей, либо подключением/отключением модулей, излучающих с определенной длиной волны) на основании измеренного значения освещенности и заданного пользователем уровня освещенности.