СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании новых светодиодных осветительных приборов, применяемых в различных областях науки и техники.
Известно устройство включения световой трубки со светодиодами в сеть переменного тока (1), содержащее параллельно-последовательные цепочки светодиодов, размещенных на печатной плате и установленной внутри прозрачной термоосаживаемой световой трубки вдоль ее продольной оси. На противоположных концах этой печатной платы закреплены одноштырьковые разнополярные разъемы, которые с помощью наружных стандартных двухштырьковых разъемов подключены к общей питающей сети с электронным преобразователем в виде параметрического стабилизатора напряжения на базе выпрямителя, добавочного балластного терморезистора и стабилитрона, шунтирующего параллельно-последовательные цепочки светодиодов.
Недостатком известного устройства включения является недостаточная надежность работы, подключаемой к нему световой трубки со светодиодами, поскольку рабочий ток, протекающий через светодиоды поддерживается на заданном уровне параметрическим стабилизатором и ограничен балластным терморезистором и не учитывает возможное существенное влияющие других факторов на температурный режим светодиодов,
Также известен светодиодный источник света (2), содержащий корпус со встроенным полупроводниковым излучателем и нагруженный на этот полупроводниковый излучатель генератор тока в виде набора элементов с параллельно-последовательным включением относительно входных клемм. Причем плюсовая клемма источника света соединена с эмиттером первого p-n-p транзистора, параллельно эмиттер-коллекторному переходу которого включен резистор, при этом база первого транзистора через резистор соединена с коллектором второго n-р-n транзистора, коллектор первого транзистора через резистор соединен с базой второго n-p-n транзистора и коллектором третьего n-р-n транзистора, коллектор первого транзистора через резистор соединен с базой третьего транзистора и базой четвертого n-p-n транзистора. Полупроводниковый излучатель положительным выводом подключен к коллектору первого транзистора, а отрицательным выводом - к коллектору и эмиттеру четвертого транзистора и к выводу резистора обратной связи по току. Второй вывод резистора обратной связи соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов, и минусовой клеммой источника света, а между минусовой клеммой источника света и базой второго транзистора включен конденсатор.
Недостатком известного светодиодного источника света является недостаточная надежность его работы, поскольку он рассчитан на работу в узком диапазоне рабочих температур светодиодов, соответствующих заданной величине стабильного тока, протекающего через светодиоды, при условии, что влияние других факторов повышающих температуру светодиодов должно быть ничтожно мало.
Кроме этого также известна светодиодная лампа (3), содержащая печатную плату со светодиодами, прозрачный рассеиватель, радиатор, полый цилиндрический корпус, фланец корпуса, электронный блок, содержащий систему управления с управляющим элементом, преобразователь напряжения и элементы, стабилизирующие ток, контактную систему, связывающую через электронный блок источник внешнего напряжения с печатной платой со светодиодами. На печатной плате, рядом со светодиодами установлен датчик температуры, связанный с управляющим элементом системы управления.
Однако известная светодиодная лампа (3) также, как и вышеописанные аналоги, имеет недостаточную надежность работы, поскольку указанный технический результат от ее использования достижим в пределах узкого диапазона рабочих температур светодиодов, соответствующих заданной величине стабильного тока, протекающего через светодиоды, при этом в значительной степени не учитывается возможное влияние других факторов способствующих повышению температуру светодиодов независимо от того, протекает рабочий ток через светодиоды или нет.
Прототипом заявленной полезной модели является известная светодиодная лампа (4), имеющая в своем составе основание в виде печатной платы с токопроводящими площадками, вторичный источник питания в виде защитного устройства и двухполупериодного выпрямителя, с подключенным к его выходу накопительным конденсатором. Кроме этого, она содержит температурный ограничитель рабочего тока светодиодов, имеющего первый и второй n-р-n транзисторы, а также первый и второй резисторы и единичные светодиоды, подключенные своими контактами к токопроводящим площадкам основания в цепь. Цепь из единичных светодиодов подключена с учетом ее полярности одним полюсом к положительному выводу источника питания, а другим - через последовательно соединенные переход коллектор-эмиттер второго транзистора и второй резистор температурного ограничителя рабочего тока, к отрицательному выводу источника питания. База второго транзистора подключена к коллектору первого транзистора и через первый резистор - к положительному выводу источника питания. Эмиттер первого транзистора подключен к отрицательному выводу источника питания, а его база - к эмиттеру второго n-р-n транзистора, причем корпуса первого транзистора и единичных светодиодов связаны между собой единым теплоотводом, взаимодействующим с окружающей средой, при этом величина второго резистора выбирается из выражения:
;
2
где: R - величина сопротивления второго резистора,
б-э
UVT1 - напряжение перехода база-эмиттер первого транзистора,
раб
I - величина рабочего тока, протекающего через единичные светодиоды, подключенные своими контактами к токопроводящим площадкам основания в цепь.
Известная светодиодная лампа (4) по сравнению с вышеуказанными известными аналогами с одной стороны обладает более высокой надежностью работы, поскольку температура корпуса светодиодов в ней существенно зависит, как от величины протекающего через них рабочего тока, так и от результатов воздействия на них тепловой энергии, поступающей на светодиоды из окружающей среды, включая и случаи, когда тепловое воздействие окружающей среды на температуру светодиодов имеет преимущественное значение. С другой стороны, на дальнейшее повышение ее надежности также отрицательно влияют параметры тока заряда накопительного конденсатора (длительность импульса, крутизна фронтов, амплитудное значение импульса), а схемное решение светодиодной лампы (4) не позволяет выбирать эти параметры в зависимости от возможных изменений напряжения промышленной сети оптимальными. Кроме этого, от длительности и амплитудных значений импульсов тока заряда накопительного конденсатора также зависит уровень, как электромагнитных помех, так и cos φ.
Техническим результатом заявленной светодиодной лампы является - устранение недостатков прототипа. А именно, повышение надежности работы светодиодной лампы за счет существенного снижения степени отрицательного влияния различных факторов на стабильность протекающего через светодиоды рабочего тока, а также выбора более оптимальных параметров импульсов зарядного тока накопительного конденсатора с учетом возможных колебаний напряжения промышленной сети, позволяющих снизить уровень электромагнитных помех и соответственно повысить cos φ.
Для достижения указанного технического результата, предлагается новая электрическая схема светодиодной лампы, содержащая двухполупериодный выпрямитель, к выходу которого подключены цепь в виде, последовательно соединенных между собой, ряда единичных светодиодов и накопительный конденсатор, включенный параллельно этой цепи. Последовательно с вышеуказанной цепью и, включенным параллельно ей накопительным конденсатором, включен управляемый источник тока. В свою очередь, управляемый источник тока содержит элемент управления током, резистор, фильтр низких частот, двухвходовую схему сравнения, инверсный усилитель и источник опорного напряжения. Элемент управления током и резистор включены последовательно с единичными светодиодами и накопительным конденсатором, фильтр низких частот включен между общей точкой элемента управления током и резистора и первым входом схемы сравнения, выход двухвходовой схемы сравнения - к входу инверсного усилителя, выход инверсного усилителя - к управляющему входу элемента управления током, а второй вход двухвходовой схемы сравнения - к выходу источника опорного напряжения.
С целью дальнейшего снижения пульсаций тока в нагрузке, цепь, содержащую последовательно соединенные между собой единичные светодиоды и, включенный параллельно этой цепи, накопительный конденсатор, а также элемент управления током и резистор, включенные последовательно с единичными светодиодами и накопительным конденсатором, подключены к выходу двухполупериодного выпрямителя через стабилизатор напряжения.
Дополнительное уменьшение пульсаций тока протекающего через светодиоды может быть достигнуто, если последовательно с единичными светодиодами включить фильтр низких частот.
На фигурах 1, 2 и 3 представлены варианты электрической схемы предлагаемой светодиодной лампы, где показаны:
Р
- П - плавкий предохранитель или термопредохранитель,
- TVS-диод или защитный диод или варистор, включенный параллельно входу двухполупериодного выпрямителя, напряжение открывания у которых не превышает предельно допустимое значение напряжения промышленной сети,
- VD - двухполупериодный выпрямитель с клеммами или цоколем на входе для подключения к промышленной сети,
- С - накопительный конденсатор,
- LED1, LED2…LEDn - цепь в виде, последовательно соединенных, светодиодов,
- R - резистор,
- 1 - фильтр низких частот,
- 2 - двухвходовое устройство сравнения,
- 3 - инверсный усилитель,
- 4 - источник опорного напряжения,
- 5 - элемент управления током
- 6 - дополнительный фильтр низких частот,
- 7 - стабилизатор напряжения,
- 8 - управляемый источник тока.
Р
Предлагаемая светодиодная лампа (см. фиг.1) содержит двухполупериодный выпрямитель VD, вход которого подключен к промышленной сети через плавкий предохранитель или термопредохранитель П с использованием цоколя или клемм. Кроме этого, параллельно входу двухполупериодного выпрямителя VD включен TVS-диод или защитный диод, или варистор, напряжение открывания у которых не превышает предельно допустимое значение напряжения промышленной сети. К выходу двухполупериодного выпрямителя VD подключены, последовательно соединенные между собой, управляемый источник тока 8 и цепь в виде последовательно соединенных между собой ряда единичных светодиодов LED1, LED2 …LEDn с накопительным конденсатором С, включенным параллельно этой цепи из единичных светодиодов LED1, LED2 …LEDn. В свою очередь, управляемый источник тока 8 содержит последовательно соединенные между собой элемент управления током 5 и резистор R, подключенные свободным концом резистора R к выходной клемме двухполупериодного выпрямителя VD, а входом элемента управления током 5 - к соответствующей общей точке накопительного конденсатора С и цепи из, последовательно соединенных, светодиодов LED1, LED2 …LEDn. Другой общей точкой, параллельно соединенные, накопительный конденсатор С и цепь из, последовательно соединенных, единичных светодиодов LED1, LED2 …LEDn подключены к другой выходной клемме двухполупериодного выпрямителя VD. В управляемом источнике тока 8 общая точка между резистором R и элементом управления током 5 через фильтр низких частот 1 подключена к одному из входов двухвходового устройства сравнения 2, а другой вход устройства сравнения 2 подключен к выходу источника опорного напряжения 4. Выход устройства сравнения 2 через инверсный усилитель 3 подключен к управляющему входу элемента управления током 5.
Для дополнительного снижения уровня пульсаций рабочего тока, протекающего по цепи из последовательно соединенных светодиодов LED1, LED2 …LEDn, эта цепь может быть подключена к входу элемента управления током 5 и к соответствующему выводу накопительного конденсатора С через дополнительный фильтр низких частот 6 (см. фиг.2).
Если необходимо обеспечить дальнейшее снижение уровня пульсаций рабочего тока, протекающего по цепи из последовательно соединенных светодиодов LED1, LED2 …LEDn общая точка между, параллельно соединенными, накопительным конденсатор С и цепью из, последовательно соединенных, единичных светодиодов LED1, LED2 …LEDn может быть подключена к другой выходной клемме двухполупериодного выпрямителя VD через стабилизатор напряжения 7 (см. фиг.3).
1
2
n
1
2
n
На величину тока протекающего через светодиоды LED, LED…LED существенное влияние оказывает возможная нестабильность напряжения промышленной сети, которая существенным образом влияет, как на параметры импульсов зарядного тока накопительного конденсатора С, так и на возможные колебания рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED…LED.
1
2
n
1
2
n
При наличии нестабильности напряжения промышленной сети ток заряда накопительного конденсатора С и рабочий ток, протекающий через светодиоды LED, LED…LED будут изменять свои значения в полном соответствии с изменениями напряжения промышленной сети. Изменения тока заряда накопительного конденсатора С и рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED …LED вызовут соответствующее изменение падения напряжения на резисторе R, которое в виде сигнала управления поступит через фильтр низких частот 1 на один из входов двухвходового устройства сравнения 2. На другой вход устройства сравнения 2 подается опорное напряжение с источника этого напряжения 4. По результатам их сравнения с выхода устройства сравнения 2 управляющий сигнал подается через инверсный усилитель 3 на управляющий вход элемента управления током 5. В результате рост падения напряжения на резисторе R будет автоматически уменьшать на соответствующую величину ток, протекающий через элемент управления током 5.
1
2
n
Наличие в электрической схеме светодиодной лампы стабилизатора напряжения 7 и дополнительного фильтра низких частот 6 (см. фиг.3) позволяет уменьшить амплитуду возможных пульсаций рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED …LED до минимально возможных значений.
1
2
n
1
2
n
В результате чего, в предлагаемой электрической схеме светодиодной лампы с одной стороны устранена возможность влияния существенной нестабильности напряжения промышленной сети на амплитуду возможных пульсаций рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED …LED, а с другой - обеспечено формирование импульсов тока заряда накопительного конденсатора С с оптимальной длительностью и уменьшенным значением их максимальной амплитуды. Это позволяет повысить надежность работы светодиодной лампы, существенно уменьшить уровень пульсаций рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED …LED, и уровень электромагнитного излучения, а также увеличить cos φ.
Иточники информации:
1. Патент RU №84661, кл. Н05В 37/00, опубликован 10.07.2009.
2. Патент RU №68184, кл. H01L 33/00, опубликован 10.11.2007.
3. Патент RU №80285, кл. H01L 33/00, опубликован 27.01.2009.
4. Патент RU №101867, кл. H01L 33/00, опубликован 27.01.2011.