ФИТОСВЕТОДИОДНЫЙ МОДУЛЬ

Полезная модель относится к области сельского хозяйства -растениеводству, а именно к осветительным устройствам для парников и теплиц, в частности к системам искусственного освещения c определенным спектром излучаемого света (фитосветильникам).
Полезная модель направлена на стимулирование роста растений, повышение урожайности садово-огородных культур, цветочных растений и может быть использована для выращивания различной растительной продукции в домашних или промышленных условиях, где необходимо досвечивать растения при недостатке естественного освещения.
Для выращивания растений при искусственном освещении используются, в основном, электрические источники света, разработанные специально для стимуляции роста растений за счет излучения волн электромагнитного спектра, благоприятных для фотосинтеза.
Науке давно известно, что из всего спектра световых волн, которым обладает солнечный свет, наиболее важными для растений являются световые волны с длиной волны 400-500 нм (синий свет) и 600-700 нм (красный свет). Синий свет способствует процессу фотосинтеза у растения и отвечает за развитие листьев и рост растения. Красный свет также способствует фотосинтезу и отвечает за развитие корневой системы, созревание плодов и цветение растения ( https://ru.wikipedia.org/).
i
син
зел
кр
В настоящее время, в соответствии с действующими в отрасли методиками, спектральный состав излучения характеризуется соотношением интенсивности излучения трех спектральных диапазонов k, % : синего k (400…500 нм), зеленого k (500…600 нм) и красного k (600…700 нм). (Прикупец, Л.Б. Оптимизация спектра излучения при выращивании овощей в условиях интенсивной светокультуры / Л.Б. Прикупец, А.А. Тихомиров // Светотехника. - 1992. - No 3. - С.5-7).
Известен способ и устройство светоимпульсного освещения растений, в котором используются лазерные облучатели с длиной волны 500-530 нм. (патент РФ № 2171028 на изобретение «Способ обработки черенков роз», МПК А01G 9/26, опубл. 27.07.2001 г). Недостаток известного светоимпульсного освещения заключается в том, что он имеет ограниченное применение, в частности, исключительно для выращивания определенного вида роз. Кроме того, для осуществления известного способа требуется специальная, сложная дорогостоящая аппаратура.
Известно устройство светоимпульсного освещения растений, в котором импульсы светового потока формируют в виде электрических разрядов с помощью искровых разрядников (патент РФ № 2262834 на изобретение "Способ светоимпульсной обработки растений" МПК А01G 7/04, опубл. 27.10.2005). Известное устройство содержит поверхность с растениями, источник питания, преобразователь напряжения, блок управления, корпус с источниками света и формирователь импульсов света. Недостатком известного устройства является то обстоятельство, что для его реализации необходим специальный разрядник. Для получения импульсов света к разряднику требуется прикладывать высокие импульсы напряжения, что небезопасно. Действие разрядника сопровождается большим уровнем шума. И, кроме того, срок службы таких световых приборов невелик и ограничен определенным числом вспышек.
Известна осветительная установка для освещения сельскохозяйственных культур в теплице, содержащая ряд источников освещения, таких как лампы, расположенные над сельскохозяйственными культурами, подлежащими освещению, и ряд устройств регулировки силы света для источников освещения, при этом устройства регулировки силы света снабжены средством управления для периодического, автоматического изменения интенсивности света источников освещения, взаимодействующим с устройствами регулировки силы света согласно предварительно заданной схеме. Источники освещения делятся на ряд групп, при этом осветительная установка выполнена таким образом, что, при использовании мощность каждой группы изменяется согласно предварительно заданной схеме, в то время как схемы различных групп сдвинуты по фазе друг относительно друга таким образом, что электроэнергия, потребляемая совместными группами, изменяется меньше, чем сумма изменений уровня мощности отдельных групп (патент  США № 8350490 на изобретение «Crop Lighting», МПК A01G9/14;  H05B37/02, опубл. 2010-02-11). Известное устройство характеризуется сложностью исполнения и высокой энергоемкостью.
С развитием науки и появлением новых технологий, в освещении стали использоваться светодиоды. Светодиод или светоизлучающий диод (СД, СИД, LED англ. Light-emitting diode) — полупроводниковый прибор с электронно-дырочным переходом, создающий оптическое излучение при пропускании через него электрического тока (http://ru.wikipedia.org/wiki/Светодиод). Светодиодные осветительные устройства получили широкое распространение в силу присущих им достоинств - высокой световой отдачи, малого энергопотребления, длительного срока службы, высокого уровня безопасности, компактности и малого веса, стойкости к механическим воздействиям, чистоты света, направленности излучения и др.
Известен фитосветильник, в котором в качестве источника излучения используются синие и красные светодиоды. Устройство включает также радиатор для рассеивания тепла и переключатели для управления красными и синими светодиодами, чтобы обеспечить контролируемую экспозицию различных источников света (заявка № US2007058368 (США) на изобретение “Efficient high brightness led system that generates radiometric light energy capable of controlling growth of plants from seed to full maturity”, МПК F21V 9/00, опубл. 15.03.2007). Известное устройство характеризуется сложностью исполнения.
Известно устройство для освещения растений, содержащее корпус,  светодиодный модуль  с группой светодиодов с различным спектром излучения, преобразователем напряжения, блоком управления, формирователями импульсов, регулятором параметров импульсов, в состав которого включены задатчики периодичности, амплитуды и продолжительности, причем регулятор параметров импульсов выполнен общим для всех групп светодиодов, а формирователь импульсов выполнен в виде выключателя, установленного в цепи питания светодиодов между общим минусовым выходом и блоком управления  (Патент РФ №2326525 на изобретение «Светоимпульсный осветитель (варианты) и способ светоимпульсного освещения растений», МПК A01G 9/26 , опубл. 20.06.2008]. Недостатком известного устройства является сложность конструкции.
Известен наиболее близкий по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели, выбранный в качестве прототипа фитосветодиодный модуль, содержащий группу светодиодов со спектром излучения в диапазоне от 400 до 700 нм, и блок питания, в состав которого входят: преобразователь напряжения, блок управления, формирователи импульсов, регуляторы параметров импульсов, датчик продуктивности облучаемых растений, вычислитель. В состав регуляторов параметров импульсов включены задатчики периодичности, амплитуды и продолжительности. Формирователи импульсов и регуляторы параметров импульсов, в составе которых дополнительно содержатся задатчики фазового угла, включены в каждую группу светодиодов, выход датчика продуктивности облучаемых растений соединен с входом вычислителя, выходы вычислителя соединены с входами регуляторов параметров импульсов, выходы которых через блок управления соединены с формирователями импульсов (патент РФ № 2554982 на изобретение «Способ энергосберегающего импульсного облучения растений и устройство для его осуществления», МПК A01G 7/04, A01G 9/26 , опубл. 10.07.2015). Недостатком известного фитосветодиодного модуля является сложность конструкции и недостаточно высокая надежность.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является создание простого в изготовлении и высокоэффективного фитосветодиодного модуля.
Технический результат, достигаемый в результате решения поставленной задачи, заключается в повышении надежности фитосветодиодного модуля.
Указанный технический результат достигается тем, что фитосветодиодный модуль содержит группу светодиодов для растений с диапазоном излучения от 400 до 700 нм, блок питания, варистор и самовосстанавливающийся предохранитель. Блок питания включает в себя: диодный мост, конденсатор, микросхему стабилизатора тока, токозадающий резистор. Фитосветодиодный модуль выполнен в виде печатной платы с алюминиевым основанием, на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены светодиоды, варистор, самовосстанавливающийся предохранитель и все элементы блока питания.
Предпочтительно, чтобы блок питания  имел принципиальную схему, представленную на фиг.1.
Предпочтительно также, чтобы в качестве микросхемы стабилизатора была использована микросхема стабилизатора типа CYT1000B производства компании  CYT (Китай).
В отдельных случаях, в качестве микросхемы стабилизатора может быть использована микросхема стабилизатора типа NSI50150ADT4G производства компании ON Semiconductor (США).
Предпочтительно, чтобы в качестве светодиодов были использованы  фитосветодиоды типа FM-P3528WBRS-BS с номинальным рабочим током 60-75мА производства компании NationStar (Китай).
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с прототипом показал, что во всех случаях исполнения, она отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением фитосветодиодного модуля, содержащим варистор и самовосстанавливающийся предохранитель;
- выполнением блока питания, содержащим диодный мост, конденсатор, микросхему стабилизатора тока, токозадающий резистор;
-  выполнением фитосветодиодного модуля в виде печатной платы с алюминиевым основанием, на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены светодиоды, варистор, самовосстанавливающийся предохранитель и все элементы блока питания.
В отдельных случаях исполнения полезная модель отличается от известного, наиболее близкого технического решения:
- выполнением блока питания, имеющим принципиальную схему, представленную на фиг.1;
- использованием в качестве микросхемы стабилизатора микросхемы типа CYT1000B производства компании CYT (Китай);
- использованием в качестве стабилизатора микросхемы типа NSI50150ADT4G производства компании Semiconductor (США);
- использованием в качестве светодиодов фитосветодиодов типа FM-P3528WBRS-BS с номинальным рабочим током 60-75мА производства компании NationStar (Китай).
Наличие самовосстанавливающегося предохранителя и варистора, а также выполнение блока питания, содержащим диодный мост, конденсатор, стабилизатор, токозадающий резистор, обеспечивают защиту светильника от коротких замыканий в схеме и импульсов перенапряжения по входу. Выполнение фитосветодиодного модуля в виде печатной платы с алюминиевым основанием, на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены светодиоды, самовосстанавливающийся предохранитель, варистор и все элементы блока питания, позволяет эффективно отводить тепло от установленных на ней элементов. Все это повышает надежность модуля.
Использование в качестве стабилизаторов микросхем регуляторов постоянного тока типа CYT1000B (производитель компания «CYT», Китай) или NSI50150ADT4G (производитель ON Semiconductor, США) позволяет стабилизировать ток в широком диапазоне напряжений: 30-70 мА (CYT1000B) или 150-350 мА (NSI50150ADT4G). Для защиты светодиодов и всего устройства от перегрева, стабилизаторы имеют отрицательный температурный коэффициент – при возрастании температуры ток стабилизации падает. Это обеспечивает эффективную защиту светодиодов от экстремальных режимов работы. Указанные стабилизаторы имеют идентичные корпуса, что не требует изменения топологии платы при их установке .
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется графическими материалами,  представленными на фигурах 1-5.
На фиг. 1. представлена принципиальная электрическая схема фитосветодиодного модуля
На фиг. 2 представлена фотография фитосветодиодного модуля в сборе.
На фиг. 3 представлена фотография устройства для освещения растений на базе фитосветодиодного модуля.
На фиг. 4 представлен график спектра излучения применяемых в модуле светодиодов FM-P3525-WBRS-BS.
На фиг. 5 представлен график зависимости значения стабилизированного выходного тока от сопротивления регулирующего резистора стабилизатора CYT1000B в диапазоне выходного напряжения до 250В.
В предпочтительном варианте исполнения фитосветодиодный модуль содержит группу светодиодов (1) (со спектром излучения в диапазоне от 400 до 700 нм) и блок питания (2). Блок питания (2) включает диодный мост (3), конденсатор (4), стабилизатор (5), токозадающий резистор (6). Фитосветодиодный модуль также содержит варистор (7) и самовосстанавливающийся предохранитель (8). Фитосветодиодный модуль выполнен в виде печатной платы (9) с алюминиевым основанием, на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены светодиоды (1), варистор (7), самовосстанавливающийся предохранитель (8) и все элементы блока питания (2). Блок питания имеет принципиальную схему, представленную на фиг.1. В качестве микросхемы стабилизатора (5) могут быть использованы: регулируемая микросхема стабилизатора постоянного тока типа CYT1000B производства   компании CYT(Китай), либо микросхема линейного стабилизатора типа NSI50150ADT4G производства компании ON Semiconductor (США).  В качестве светодиодов могут быть использованы фитосветодиоды FM-P3528WBRS-BS с номинальным рабочим током 60-75мА производства компании NationStar (Китай). Основание печатной платы (9) изготовлено из алюминия.
Полезная модель работает следующим образом.
На одной печатной плате (9) методом автоматического поверхностного монтажа размещают источники света - светодиоды (1) (так называемые "полноспектральные" светодиоды для растений с диапазоном излучения от 400 до 700 нм (с выраженным максимумом излучения на 440 и 660 нм), самовосстанавливающийся предохранитель (8),   варистор (7), диодный мост (3), конденсатор (4), стабилизатор (5), токозадающий резистор (6). Алюминиевое основание печатной платы (9) позволяет эффективно отводить тепло от установленных на ней элементов. Изменение характеристик фитосветодиодного модуля достигается путем изменения номинала токозадающего резистора (6) и/или микросхемы стабилизатора (5). Изменение характеристик всего фитосветильника достигается путем изменения количества фитосветодиодных модулей. Предлагаемый фитосветодиодный модуль может использоваться как с элементами вторичной оптики, так и без них. Минимальное количество применяемых компонентов, надежность конструкции, простота сборки, гибкость ассортиментного ряда обеспечивают широкие  возможности  использования предлагаемой полезной модели для искусственного освещения выращиваемых растений.