УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОДИОДНЫМ СВЕТИЛЬНИКОМ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована в устройствах, спроектированных на базе светодиодных источников света, для управления мощностью светового потока и уровнем освещенности.
Известен «Светильник светодиодный» (патент РФ №2511564, МПК F21V 29/00, опубл. 10.04.2014, БИ №10), содержащий световой модуль в котором установлен светодиодный источник света, теплоотводящее основание, радиатор отвода тепла, выполненный из набора пластин, контактирующих одна с другой.
Недостатком известного устройства является значительная разница температур между светодиодным источником света и поверхностью теплообмена радиатора отвода тепла, что приводит к перегреву светодиодного светильника.
Известен «Светильник светодиодный» (патент РФ №95068, F21V 29/00, опубл. 10.06.2010, БИ №16), содержащий световой модуль, в котором установлен светодиодный источник света, вентилятор и радиатор отвода тепла от светодиодного источника света.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции из-за необходимости применения вентилятора для обдува радиатора отвода тепла, а в варианте выполнения конструкции без вентилятора - излишняя материалоемкость, так как без принудительного обдува частое расположение ребер радиатора неэффективны ввиду вязкости воздуха. !
Наиболее близким из числа известных технических решений является «Система управления искусственным освещением с использованием элемента Пельтье» (Control of LED Lighting Equipment with Robustness Elements Acta Polytechnica Hungarica, Budapest Vol. 13, No. 5, 2016, p 96-97).
Устройство включает в себя световой модуль, содержащий по меньшей мере один светодиодный источник света, который закреплен на алюминиевой пластине вместе с датчиком температуры. К алюминиевой пластине, на термоклей, прикреплен крупногабаритный радиатор отвода тепла с принудительным охлаждением (вентилятором) и элемент Пельтье, к которому прикреплен радиатор отвода тепла. Датчик внутренней освещенности установлен напротив светодиодного источника света. Датчик наружной освещенности, блок питания светового модуля и блок управления световым модулем, блок питания элемента Пельтье и блок управления элементом Пельтье установлены вне корпуса.
Недостатком известного устройства-прототипа являются большие массогабаритные показатели за счет применения крупногабаритного радиатора отвода тепла с принудительным охлаждением и отдельного блока питания и блока управления элемента Пельтье, из-за чего возникает необходимость каждый электронный приемный блок светового модуля подключать через канал связи к блоку управления световым модулем, что приводит к задержке прохождения электрического сигнала, увеличению количества проводных и разъемных соединений и уменьшению времени работы светодиодного источника света.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое устройство, является создание устройства, позволяющего повысить показатели эксплуатационной надежности и нормализовать тепловой режим светового модуля.
Техническим результатом является увеличение времени работы светодиодного источника света и повышение автономности светового модуля.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройство управления светодиодным светильником, содержащим световой модуль, элемент Пельтье, к которому прикреплен радиатор отвода тепла, датчик температуры, датчик внутренней освещенности, датчик наружной освещенности, дополнительно введены, диммируемый драйвер, микроконтроллер и силовой ключ, выход которого соединен с входом элемента Пельтье, а вход - соединен с третьим управляющим выходом микроконтроллера, выход элемента Пельтье соединен с первым выходом диммируемоего драйвера и первым входом светового модуля, второй вход которого соединен со вторым выходом диммируемого драйвера, первый и второй управляемые входы диммируемого драйвера соединены с первым и вторым управляющими выходами микроконтроллера, при этом первый, второй и третий аналоговые входы микроконтроллера соединены соответственно с выходами датчика температуры, датчика наружной освещенности, датчика внутренней освещенности, а радиатор отвода тепла соединен с световым модулем, причем радиатор отвода тепла выполнен из алюминиевых цилиндров, установленных с обратной стороны светового модуля.
Технический результат достигается за счет введения новых блоков и связей между ними, что позволяет за счет применения диммируемого драйвера обеспечить стабилизацию тока при изменении яркости свечения светодиодного источника света, за счет применения силового ключа уменьшить количество проводных и разъемных соединений и регулировать электрическую мощность элемента Пельтье, управляя тепловыми режимами светодиодного источника света, а конструкция радиатора отвода тепла позволяет обеспечить более эффективный отвод тепла от наиболее сильно подверженных нагреву элементов устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена структурная электрическая схема; на фиг. 2 изображен общий вид устройства, на фиг. 3 изображена конструкция радиатора отвода тепла.
Устройство управления светодиодным светильником содержит:
1 - световой модуль,
2 - диммируемый драйвер,
3 - радиатор отвода тепла,
4 - элемент Пельтье,
5 - силовой ключ,
6 - микроконтроллер,
7 - датчик температуры,
8 - датчик наружной освещенности,
9 - датчик внутренней освещенности,
10 - корпус.
Устройство управления светодиодным светильником содержит световой модуль 1 на который установлен диммируемый драйвер 2, первый и второй входы светового модуля 1 подключены соответственно к первому и второму выходам диммируемого драйвера 2. На подложку светового модуля 1 на термоклей установлен радиатор отвода тепла 3, в качестве которого использованы алюминиевые цилиндры. К радиатору отвода тепла 3 на термоклей установлен элемент Пельтье 4, вход которого соединен с выходом силового ключа 5, вход которого соединен с третьим управляющим выходом микроконтроллера 6, выход элемента Пельтье 4 соединен первым выходом диммируемого драйвера 2, первый и второй управляемые входы которого соединены с первым и вторым управляющими выходами микроконтроллера 6, к первому аналоговому входу которого подключен датчик температуры 7, который на термоклей прикреплен между радиатором отвода тепла 3 и элементом Пельтье 4, ко второму аналоговому входу микроконтроллера 6 подключен датчик наружной освещенности 8, к третьему аналоговому входу - датчик внутренней освещенности 9, который расположен внутри корпуса 10 с возможностью попадания на него светового потока от светового модуля 1. Все элементы устройства, кроме микроконтроллера 6 и датчика наружной освещенности 8, жестко закреплены в корпусе 10.
В качестве микроконтроллера 6 может быть использован, например, Raspberry Pi Model А+, [1] или Pixel 2511-02-0, в качестве диммируемого драйвера 2 - XS0812-12W LD22 [2], в качестве силового ключа 5 -микросхемы на основе IRLR8113/IRL8726 [3], или HHG1-1/032F, которой можно выполнить гальваническую развязку для защиты микроконтроллера 6 от пробоя. В качестве элемента Пельтье 4 - ТЕС 1-12705 [4], В качестве радиатора отвода тепла 3 - алюминиевые цилиндры, жестко скрепленные между собой, и установленные в зоне самых подверженных нагреву элементов устройства с обратной стороны подложки светового модуля на термоклей.
Устройство работает следующим образом:
В нормальном режиме работы электрический сигнал с датчика наружной освещенности 8 и датчика внутренней освещенности 9 поступает соответственно на второй и третий аналоговые входы микроконтроллера 6. После обработки сигналов микроконтроллером 6, сигнал с первого и второго управляющих выходов микроконтроллера 6 поступает на первый и второй управляемые входы диммируемого драйвера 2, в зависимости от полученного сигнала увеличивается или уменьшается ток возбуждения светодиодных источников света светового модуля 1. При значительном увеличении тока возбуждения светового модуля 1 происходит нагрев элементов устройства, который фиксируется датчиком температуры 7, сигнал с которого передается на первый аналоговый вход микроконтроллера 6. При критическом увеличении температуры элементов устройства, сигнал с датчика температуры 7 поступает на микроконтроллер 6, после чего с третьего управляющего выхода микроконтроллера 6 поступает электрический сигнал на вход силового ключа 5, с напряжением, достаточным (в зависимости от типа силового ключа) для отпирания силового ключа 5 и возбуждения элемента Пельтье 4, который при возбуждении обеспечивает дополнительный отвод тепла от светового модуля 1 через радиатор отвода тепла 3.
На основании вышеизложенного видно, что устройство является работоспособным и позволяет увеличить время работы светодиодного источника света и повысить его автономность. Помимо основного технического результата устройство позволяет улучшить характеристики светоотдачи в широком диапазоне температур полупроводникового перехода светодиодного источника света, обеспечить устойчивую работу при значительном изменении внешней температуры, или при необходимости увеличения тока возбуждения светодиодов для компенсации уменьшения яркости свечения, вызванного старением внутренних компонентов и материалов светодиодного источника света.
Список использованных источников
1. Электронный журнал «ic-led.ru» [Электронный ресурс]: http://digitrode.ru/computing-devices/minipc/1655-obzor-raspberry-pi-3-model-a-kompaktnost-i-moschnost-i-nichego-lishnego.html (дата обращения: 02.12.2019).
2. Официальный сайт «ic-led.ru» [Электронный ресурс]: https://ic-led.ru/catalog/bloki_pitaniya_i_drayvery/drayvery_dlya_moshchnykh_svetodiodov/ac_dc_300_450ma/svetodiodnyy-drayver-slim-zf-ac-ld22-220v-12w-300ma.html (дата обращения: 02.12.2019).
3. Официальный сайт «ic-led.ru» [Электронный ресурс]: https://www.chipdip.ru/product/troyka-mosfet-v3 (дата обращения: 02.12.2019).
4. Официальный сайт «ic-led.ru» [Электронный ресурс]: http://roboshop.spb.ru/TECl-12705 (дата обращения: 02.12.2019).