ЛИНЕЙНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ ИСТОЧНИК СВЕТА

Полезная модель относится к источнику света нового типа, предназначенному для замены люминесцентных и флуоресцентных ламп и выполненному на основе светодиодов с возможностью вставки в имеющуюся арматуру для люминесцентных ламп или для автономного применения в собственной арматуре. Светильники с такими лампами могут применяться в школах, больницах, административных зданиях, имеют высокий срок службы, сверхвысокую экономичность потребления и полную экологическую безопасность, не требуют специальной утилизации.
В настоящее время на смену неоновым и люминесцентным лампам пришли светодиодные трубки и светодиодные линейки. Это позволило существенно расширить спектр и характеристики светодиодного оборудования для домашнего освещения, архитектурной декоративной подсветки, рекламных конструкций и подсветки для торговых и служебных помещений. Светодиодная трубка - источник света, то есть лампа, выполненная в виде и по размерам стандартной флуоресцентной трубки (так называемой лампы дневного света), содержащая внутри блок питания и светодиодную плату. Конструктивно светодиодная трубка представляет собой трубку из поликарбоната, диаметром до 3 см и длиной до 2-х метров. В каждой трубке установлены источники света - несколько десятков, а то и сотен SMD светодиодов средней и малой мощности. На концах трубки есть выводы для подключения к питающей сети переменного тока 220 В или источнику питания постоянного тока с фиксированным выходным напряжением.
Светодиодные трубки обладают массой преимуществ: большой срок службы светодиодов - до десяти лет, большая яркость свечения, низкое энергопотребление, отсутствие вредных компонентов, электробезопасность, свет без ультрафиолетовой и инфракрасной составляющей, отсутствие мерцания и задержки при включении, работают без стартеров, балластов и ЭПРА.
Особенно следует остановиться на надежности и безопасности светодиодных трубок: некоторые из них обладают нужным классом защиты для работы в уличных условиях, а для питания им не нужно больших сетевых напряжений - 220 В, достаточно 12 В. К тому же, они обладают большой механической и ударной прочностью.
Из RU 104277 известна светодиодная лампа для люминесцентных светильников (RU 104277), содержащая электрическую плату, снабженную расположенными на ней светоизлучающими диодами, подключаемую в рабочем положении к источнику питания.
Для удержания светодиодной лампы в рабочем положении имеются средства для ее фиксации и удержания. По габаритным размерам люминесцентного светильника устанавливают светодиодные платы, соединенные между собой в последовательную электрическую цепь. Количество светодиодных плат определено из условия обеспечения светодиодной лампой уровня освещенности, достигаемого от использования заменяемого комплекта люминесцентных ламп. Светодиодная лампа включает варистор и стабилитрон, и дополнительно содержит электронные устройства для управления светом - данные элементы усложняют конструкцию лампы.
Так же известны светодиодные энергосберегающие лампы-трубки, предназначенные для освещения общественных учреждений и жилых помещений (Светодиодные лампы и светильники: http://www.capita.ru187).Такие трубки подходят для любых стандартных люминесцентных светильников (ЛВО, ЛПО).
Известная трубка содержит радиатор, на котором размещен светодиодный модуль в виде платы со светодиодом, который встраивается в трубки и питается от сети переменного тока напряжением 220 В. Плата имеет штыревые контакты для включения в электрическую схему светильника.
Однако, в данном варианте, чтобы заменить люминесцентный источник света в светильнике на светодиодный источник света, необходимо произвести необходимые конструктивные изменения в проводке светильника. Внешне подключение люминесцентной лампы ничем не отличается от подключения светодиодных ламп. Точнее даже не подключение, а сам процесс установки -люминесцентную лампу вынули, светодиодную лампу вставили. Проблема в том, что для работы светодиодные трубки не требуют ПРА (пуско-регулирующую аппаратуру), или, проще говоря, она должна напрямую подключаться к электросети 220 В, как обычная лампочка, в то время как питание люминесцентных
ламп в момент запуска требует наличие стартера и дросселя (ПРА, ЭПРА).Поэтому в самом светильнике, в котором будут установлены светодиодные лампы, схема включения люминесцентной лампы подлежит изменению, т.е. необходимо перемонтировать провода от электросети напрямую к патронам, в которые вставляется цоколь, минуя ПРА (стартер и дроссель).Для установки светодиодной трубки вместо люминесцентной лампы необходимо выполнить следующие работы.
- отключить провода от стартера;
- отключить провода от дросселя;
- подключить провода от электросети к патрону, т.е. подать напряжение 220 В на лампу напрямую.
При этом демонтировать существующую арматуру, оставив только корпус и вывод на 220 В.Если не произвести вышеуказанные работы, светодиодная лампа будет работать на повышенной мощности и быстро выйдет из строя, что снижает надежность работы светодиодного светильника.
Известен линейный светодиодный источник света, содержащий прозрачную трубку с установленным вдоль трубки радиатором, на котором закреплена плата со светодиодной цепочкой, имеющая штыревые контакты в виде двух токопроводящих вилок для включения в электрическую схему светильника, при этом плата снабжена электрической схемой, содержащей на входе выпрямительный диодный мост, соединенный параллельно со стабилизирующим конденсатором, который последовательно подключен к светодиодной цепочке и выравнивающему пульсацию тока резистору (RU 113329, F21K 2/00, Н05В 37/02 опубл. 10.02.2012). Это решение принято в качестве прототипа для заявленных объектов.
В известной светодиодной лампе для люминесцентных светильников плата имеет штыревые контакты в виде двух токопроводящих вилок для включения в электрическую схему светильника и снабжена электрической схемой, содержащей на входе разъем и выпрямительный диодный мост, соединенный параллельно со стабилизирующим конденсатором С1, который последовательно подключен к светодиодной цепочке и выравнивающему резистору R1. Co встроенного в арматуре корпуса дросселя через разъем на вход диодного моста поступает ток 0,4 А, который выпрямляется, проходя через диодный мост и стабилизируется
конденсатором С2. Стабилизированный ток, для уменьшения его пульсации пропускается через резистор R1, в конечном итоге, к светодиодам поступает постоянный ток, обеспечивающий качественную и надежную работу светодиодов, что позволяет получить максимальную светоотдачу, надежность и долговечность светодиодных ламп.
Недостаток данного решения заключается в том, что неизолированный блок питания с элементами управления встроен в прозрачную трубку. При таком исполнении на металлическом корпусе трубки может присутствовать потенциал питающей сети, что является опасным в эксплуатации. При использовании изолированного блока питания БП (изолированный БП - блок питания, в котором вторичные цепи электрически изолированы от первичных цепей либо емкостной, либо индуктивной связью, предпочтительна индуктивная развязка в виде трансформатора) требуется трансформатора, который не вместится в отсек, отведенный блоку питания. К тому же, даже если бы блок питания был изолированным, он бы требовал отдельного заземления корпуса трубки, а это никто никогда делать не будет.
Трубчатый светодиодный источник света представляет собой изделие диаметром примерно 26 мм и с достаточно большой длиной. Поэтому размещение БП внутри трубки требует миниатюризации (удорожания) компонентов БП, не позволяет использовать схему изолированного блока питания. Изолированный БП требует заземления корпуса трубки, неизолированный - представляет опасность поражения электрическим током. Размещение БП внутри трубки ограничивает мощность трубки. БП, размещенный внутри трубки, дополнительно нагревает светодиоды, на участке платы СД, который расположен над БП или рядом с БП. Кроме того, плата светодиодов закрепляется в корпусе трубки либо клеем, либо не закрепляется вовсе. Отсюда нестабильность пятна контакта платы светодиодов и корпуса трубки (которая служит теплоотводом), отсюда плохая теплопередача от светодиодов к радиатору (корпусу), отсюда уменьшенный ресурс светодиодов. Объем корпуса трубки занят блоком питания. Невозможно увеличить площадь поверхности корпуса, так как в этом случае ребра охлаждения выйдут за габариты стандартной флуоресцентной трубки, и светодиодная трубка перестанет быть универсальной заменой флуоресцентной трубке. Светодиод имеет слишком
широкую диаграмму направленности, как правило - 150°. В корпусах стандартных светильников много света (до 25%) будет теряться из-за того, что свет будет идти наружу через отражатель, а не напрямую. А в некоторых случаях, в светильниках с плоским стеклом, эта часть света будет просто теряться. Из-за наличия внутри корпуса трубки отсека для БП нет места для сколь-нибудь эффективной оптической системы. Большое количество светильников в мире сделано под более современные трубки с улучшенными параметрами, так называемые трубки Т4 и Т5, 12 и 16 миллиметров в диаметре, соответственно. В такие габариты стандартную светодиодную трубку с блоком питания внутри никак не «вписать».
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении срока службы за счет исключения дополнительного нагрева светодиодной платы, при увеличении световой мощности за счет обеспечения одинаковых для всех светодиодов условий работы по температуре окружающей их среды.
Указанный технический результат достигается тем, что в линейном светодиодном источнике света, содержащем трубчатый корпус, выполненный на участке поверхности напротив твердотельных светодиодных элементов излучения прозрачным или транспарантным, вдоль трубки размещен металлический радиатор, на котором закреплена плата с цепочкой твердотельных светодиодных элементов излучения, при этом корпус выполнен с электрическими контактами, трубчатый корпус выполнен из двух соединяемых по длине корпуса между собой частей, одна из которых расположена над указанной платой напротив твердотельных светодиодных элементов излучения и выполнена прозрачной или транспарантной, а другая расположена с обратной стороны указанной платы и выполнена металлической для реализации функции отвода тепла из полости корпуса, плата с цепочкой светодиодных элементов излучения закреплена на поперечно расположенной площадке, которая является металлическим радиатором и которая выполнена заодно с частью корпуса, выполняющей функцию отвода тепла из полости корпуса, и которая выполнена заодно с элементами крепления платы на площадке для их механического изгиба или их обжатия для прижатия платы к поверхности площадки и обеспечения постоянного теплового контакта платы с нижней частью корпуса, а в корпусе устройства выполнены
направляющие для размещения в них линейных пластин, обладающих оптическими свойствами для перенаправления и/или перемешивания падающих от твердотельных источников света лучей при формировании заданной диаграммы направленности светового излучения.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретными примерами исполнения, которые, однако, не являются единственно возможным, но наглядно демонстрируют возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг. 1 изображен общий вид линейного светодиодного источника света;
фиг. 2 - схема соединения линейного светодиодного источника света с внешним изолированным блоком питания;
фиг. 3 изображен первый пример исполнения линейного светодиодного источника света, элементы крепления для прижима платы к поверхности площадки находятся в исходном положении;
фиг. 4 - то же, что на фиг. 1, элементы крепления механически обжаты для прижима платы к поверхности площадки;
фиг. 5 - изображен второй пример исполнения линейного светодиодного источника света
фиг. 6 - изображен третий пример исполнения линейного светодиодного источника света;
фиг. 7 - изображен четвертый пример исполнения линейного светодиодного источника света;
фиг. 8 - изображен пятый пример исполнения линейного светодиодного источника света.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция нового трубчатого светодиодного источника света (фиг. 1). Этот источник света содержит трубчатый (трубчатой формы) корпус, выполненный на участке 1 поверхности напротив твердотельных светодиодных элементов 2 излучения прозрачным или транспарантным. Корпус выполнен с электрическими контактами, выполненными с возможностью соединения с внешне располагаемым изолированным блоком
питания 3 (БП) цепочки светодиодных элементов излучения (фиг. 2). Изолированный БП - блок питания, в котором вторичные цепи электрически изолированы от первичных либо емкостной, либо индуктивной связью. Предпочтительна индуктивная развязка в виде трансформатора. Электрические контакты могут быть выполнены в виде отдельного узла, который может поворачиваться относительно металлической части корпуса.
В общем случае рассматривается трубчатый светодиодный источник света, который содержит трубчатый корпус, выполненный на участке поверхности напротив твердотельных светодиодных элементов излучения прозрачным или транспарантным и внутри которого вдоль трубки размещен металлический радиатор 4, на котором закреплена плата 5 с цепочкой твердотельных светодиодных элементов 2 излучения. Корпус выполнен с электрическими контактами для соединения с внешне располагаемым изолированным блоком питания цепочки светодиодных элементов излучения. Трубчатый корпус выполняется из двух соединяемых по длине корпуса между собой частей 5 и 6, одна из которых расположена над указанной платой напротив твердотельных светодиодных элементов излучения и выполняется прозрачной или транспарантной, а другая располагается с обратной стороны указанной платы и выполняется металлической для реализации функции отвода тепла из полости корпуса.
При этом металлическая часть корпуса выполнена с внутри расположенной площадкой, которая является радиатором 4 для указанной платы 5 и которая имеет расположенные вдоль этой платы элементы крепления 7 (зажимы или прижимы) для прижима платы к поверхности площадки. А выполненная прозрачной или транспарантной часть корпуса выполняется из пластика или минерального стекла.
Сам корпус выполнен трубчатой формы, на конце которого в виде цоколя монтируется узел, несущий электрические контакты. Этот узел может быть стационарным и жестко соединенным с корпусом. В этом случае источник света будет представлять собой удлиненной формы лампу. Такие цоколи могут быть смонтированы на каждом конце трубчатого корпуса. Если узел с электрическими контактами выполнен на каждом конце трубки, то лампа может быть выполнена похожей по размерам и по подключению в цепь на стандартную флуоресцентную
трубку (так называемую лампу дневного света). Если узел с электрическими контактами выполнен поворотным, то имеется возможность регулировки положения прозрачной части поверхности корпуса по отношению к направлению освещения.
Вдоль трубки размещен металлический радиатор 4, на котором закреплена плата 5 с цепочкой твердотельных светодиодных элементов 2 излучения. Радиатор расположен поперечно (в сечении) по длине корпуса и делит внутреннюю полость корпуса на две секции (фиг. 3). Таким образом, в заявленном источнике света трубчатой формы часть корпуса, расположенная напротив платы, выполнена для направления светового излучения в окружающую среду, а часть корпуса, расположенная под радиатором, то есть с обратной стороны платы, выполнена полой, так как изолированный БП выведен из корпуса наружу и связан с платой через электрические контакты узла проводами.
Выведение БП из полости корпуса и размещение его снаружи корпуса в качестве отдельного блока, несущего схему преобразования исходного напряжения 220 В сети централизованного электроснабжения в постоянный ток для питания ТСИ, позволяет исключить высокую стоимость БП (не требуется миниатюризация компонентов БП), повысить безопасность электро-системы лампы в целом за счет использования изолированного БП, увеличить мощность источника света до любого требуемого уровня, без потери качества БП, и с увеличением в 2-3 раза срока службы ТСИ и БП за счет исключения нагрева ТСИ от БП, и БП от ТСИ.
Как правило, в известных трубчатых источниках света светодиодного типа плата светодиодов закрепляется в корпусе трубки либо клеем, либо не закрепляется вовсе. Отсюда нестабильность пятна контакта платы светодиодов и корпуса трубки (которая служит теплоотводом), отсюда плохая теплопередача от светодиодов к радиатору (корпусу), отсюда уменьшенный ресурс светодиодов. Для устранения этого недостатка предлагается плату светодиодов надо закрепить на радиаторе механически. Это гарантирует контакт платы светодиодов и радиатора (корпуса). Предлагается радиатор выполнять с расположенные вдоль этой платы элементами крепления 6 для прижима платы к поверхности площадки (фиг. 3 и 4). На радиаторе выполнены зажимы, между которыми размещается плата с закрепленными на ней твердотельными источниками света. Закрепление платы
производится путем механического изгиба или обжатия зажимов (фиг.4), что позволяет обеспечить постоянный тепловой контакт платы твердотельных источников света и радиатора корпуса. Элементы крепления платы на площадке могут быть выполнены заодно с площадкой для их механического изгиба или их обжатия для прижатия платы к поверхности площадки и обеспечения постоянного теплового контакта платы с нижней частью корпуса.
Трубчатый корпус выполнен из двух соединяемых по длине корпуса между собой частей, одна из которых расположена над указанной платой напротив твердотельных светодиодных элементов излучения и выполнена прозрачной или транспарантной, а другая часть расположена с обратной стороны указанной платы и выполнена металлической. Выполнение второй части корпуса металлической позволяет реализовать функцию отвода тепла из полости корпуса. Для усиления отвода тепла часть корпуса, выполненная металлической для реализации функции отвода тепла из полости корпуса, может быть выполнена с наружно расположенным оребрением 8 (фиг. 3, 5 и 6).
В этом примере исполнения радиатор может быть выполнен в виде площадки, соединяющей концевые части нижней части корпуса, как это показано на фиг. 4 и 5. Плата с цепочкой светодиодных элементов излучения закреплена на поперечно расположенной площадке, которая является радиатором и которая выполнена заодно с частью корпуса, выполняющей функцию отвода тепла из полости корпуса. Таким образом, вся нижняя часть корпуса является радиатором для платы, что сильно повышает теплоотвод и, как следствие, увеличивает срок службы источника света как минимум в 2 раза. Так как к лампам типа флуоресцентной трубки (так называемой лампы дневного света) предъявляются требования по сохранению поперечных размеров, то оснащение стандартных светодиодных трубок оребрением привело бы к выходу за габариты стандартной флуоресцентной трубки, и светодиодная трубка перестанет быть универсальной заменой этой стандартной флуоресцентной трубки. Исключение размещения БП внутри трубки позволило изменить форму нижней части корпуса путем вдавливания ее внутрь, но при этом можно в высвободившемся пространстве разместить развитые ребра охлаждения, как это показано на фиг. 6. Для других случаев, показанных на фиг. 3 и 4, ребра могут быть выполнены на наружной поверхности нижней части корпуса путем
организации насечек 9, не выходящих за контур наружной стенки корпуса. Нижняя часть корпуса может не иметь оребрения, а быть выполненной развитой, как это показано на фиг. 5, в сторону увеличения площади наружной поверхности нижней части и ограничения по площади транспарантного или прозрачного участка верхней части корпуса.
Светодиод имеет слишком широкую диаграмму направленности, как правило - 150°. В корпусах стандартных светильников много света (до 25%) будет теряться из-за того, что свет будет идти наружу через отражатель, а не напрямую. А в некоторых случаях, в светильниках с плоским стеклом, эта часть света будет просто теряться. Из-за наличия внутри корпуса трубки отсека для блока питания (БП) нет места для сколь-нибудь эффективной оптической системы. При исключении размещения БП в корпусе освобождается объем корпуса, что позволяет сделать оптическую систему для светодиодов, и сузить диаграмму направленности до требуемых 90° или другого требуемого значения, без увеличения габаритов трубки свыше допустимых.
Такой пример показан на фиг. 5 и 6. Увеличение развитости площади нижней металлической части корпуса позволило не только обеспечить эффективный теплоотвод, но и использовать стенки 10 этой части корпуса для установки в направляющих на этих стенках (внутри корпуса) линейных пластин 11, обладающих оптическими свойствами для перенаправления и/или перемешивания падающих от твердотельных источников света световых лучей.
Прозрачная или транспарантная часть корпуса в предлагаемом трубчатом источнике света выполняется из пластика (например, поликарбоната) или стекла.
Ниже приведены примеры исполнения стекла, которое может сильно повысить светоотдачу лампы.
Стекло может быть выполнено с системой микропризм на его внутренней обращенной в сторону платы поверхности для формирования диаграммы световой направленности или с системой микропризм на его внешней обращенной в сторону от платы поверхности для формирования диаграммы световой направленности. Стекло может быть выполнено с частичным перекрытием рассеивателем для получения равномерного светового потока и исключения видимости отдельных световых точек от твердотельных светодиодных элементов излучения. Или стекло
выполнено заполненным микрогранулами, обеспечивающими рассеивание в необходимой степени проходящего через стекло света для получения равномерного светового потока и исключения видимости отдельных световых точек от твердотельных светодиодных элементов излучения.
На фиг. 7 и 8 представлен вариант реализации трубчатого светодиодного источника света, который содержит трубчатый корпус из пластика или минерального стекла. Корпус может быть выполнен цельным или состоять из двух частей. Как и в предыдущих примерах, внутри корпуса вдоль трубки размещен металлический радиатор 4, на котором на лицевой его стороне закреплена плата 5 с цепочкой твердотельных светодиодных элементов 2 излучения, а напротив этой платы корпус или его часть выполнен прозрачным или транспарантным.
Особенностью этого примера исполнения является то, что на тыльной стороне металлического радиатора 4 размещена дополнительная плата 12 с цепочкой твердотельных светодиодных элементов 2 излучения, напротив которой поверхность трубчатого корпуса выполнена прозрачной или транспарантной.
Как вариант указанная плата с цепочкой твердотельных светодиодных элементов излучения может быть выполнена удлиненной: часть ее располагается на лицевой поверхности радиатора, а другая ее часть отогнута и размещена на тыльной стороне металлического радиатора, напротив которой поверхность трубчатого корпуса выполнена прозрачной или транспарантной.
Как и в ранее рассмотренных примерах плата крепится в зажимах. Сам радиатор может иметь развитые боковые стенки (см. фиг. 8), которые работают как ребра охлаждения. Эти развитые боковые стенки могут использоваться для размещения в направляющих или зажимах линейных пластин, обладающих оптическими свойствами для перенаправления и/или перемешивания падающих от твердотельных источников света лучей.
Настоящая полезная модель промышленно применима и может быть изготовлена с использованием технологий, применяемых при производстве светодиодных ламп. Полезная модель позволяет повысить срок службы трубчатого светодиодного источника света за счет исключения дополнительного нагрева светодиодной платы при увеличении световой мощности за счет обеспечения
одинаковых для всех светодиодов условий работы по температуре окружающей их среды внутри корпуса. При этом за счет введения в конструкцию лампы развитого по площади радиатора охлаждения появляется возможность организации оптической направленной системы для сведения светового пучка в установленный угол 90° или другой требуемый угол.