ЛАМПА СО СВЕТОДИОДНЫМ МОДУЛЕМ
LAMP WITH LIGHT DIODE MODULE

Изобретение относится к светотехнике, а именно к светодиодным источникам света, заменяющим лампы накаливания.
Известны светодиодные лампы, предназначенные для использования вместо ламп накаливания, которые в качестве источника света содержат светодиодные модули, включающие единичные светодиоды или сборки светоизлучающих кристаллов, а в качестве средства токоподвода содержат стандартный резьбовой цоколь, устанавливаемый в патрон, соединенный с сетью электропитания.
При конструировании рассматриваемых светодиодных ламп одной из главных проблем является необходимость адаптации характеристик электропитания светодиодного модуля к параметрам электрической сети, что требует применения специализированных блоков питания или преобразователей напряжения. Как правило, основной функцией рассматриваемых блоков питания и преобразователей напряжения является преобразование стандартных значений напряжения сети до безопасных для работы светодиодов или светоизлучающих кристаллов значений напряжения. Кроме того, указанные конструктивные элементы выполняют функции выпрямления и стабилизации сетевого тока.
Известен светодиодный светильник [RU 2399833], содержащий соединенный со стандартным цоколем корпус, выполненный в виде четырехгранного стакана, помещенный в оптически прозрачный колпак, выполненный с обеспечением входа и выхода из него воздуха. Гранями корпуса являются светодиодные секции, содержащие единичные светодиоды, к каждому из которых параллельно подключен стабилитрон. Внутри корпуса помещен сетевой дроссель и блок питания, состоящий из преобразователя и трансформатора. В нижней и верхней частях корпуса выполнены отверстия, обеспечивающие эффективное охлаждение светодиодов и других элементов устройства благодаря воздушной тяге в стакане.
Недостатком рассматриваемого устройства является сложность конструкции, обусловленная сложностью схемы адаптации характеристик электропитания светодиодов к параметрам электрической сети, в том числе сложностью блока питания, в состав которого входит понижающий трансформатор.
Известна лампа со светодиодным модулем [RU 97566], выбранная авторами в качестве ближайшего аналога.
Рассматриваемая лампа содержит светодиодный модуль, выполненный в виде стержневого теплоотводящего основания, на боковой поверхности которого установлена группа светоизлучающих кристаллов, соединенных в параллельную электрическую цепь. Лампа содержит радиатор, снабженный внутренней полостью, имеющей цилиндрическую внешнюю боковую поверхность с поперечными ребрами. На верхней торцевой поверхности радиатора размещено основание светодиодного модуля. Нижняя концевая часть радиатора сопряжена со средством токоподвода, выполненным в виде цоколя. Лампа также содержит преобразователь напряжения, расположенный внутри радиатора, электрически соединенный соответственно со светодиодным модулем и с цоколем. Светодиодный модуль закрыт световыводящей линзой.
Поскольку в рассматриваемом устройстве светоизлучающие кристаллы соединены параллельно, светодиодный модуль имеет низкое питающее напряжение. В этой связи основной функцией преобразователя напряжения является понижение стандартного напряжения электрической сети до величины, безопасной для работы светоизлучающих кристаллов, что обуславливает сложность электрической схемы указанного преобразователя и, соответственно, сложность конструкции рассматриваемого устройства.
Задачей заявляемого изобретения является упрощение конструкции светодиодной лампы при обеспечении рациональной компоновки конструкции лампы и эффективного отвода тепла от ее узлов.
Сущность заявляемого изобретения заключается в том, что в лампе, содержащей светодиодный модуль, включающий группу полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, установленных на теплоотводящее основание, радиатор, поверх которого размещено основание светодиодного модуля, преобразователь напряжения, электрически соединенный со светодиодным модулем, а также выполненное в виде цоколя средство токоподвода, электрически соединенное с преобразователем напряжения, при этом радиатор выполнен в виде протяженного полого тела, снабженного ребрами, расположенными на его внешней боковой поверхности, преобразователь напряжения помещен в радиаторе, цоколь скреплен с радиатором, согласно изобретению основание светодиодного модуля выполнено в виде пластины, на верхней поверхности которой установлены светоизлучающие кристаллы, по меньшей мере, часть светоизлучающих кристаллов включена в последовательную электрическую цепь, при этом количество последовательно включенных светоизлучающих кристаллов выбрано таким, чтобы суммарное напряжение питания светодиодного модуля превышало величину 100 В, радиатор имеет продольные ребра, внешняя боковая поверхность радиатора покрыта кожухом, имеющим в нижней части отверстия, основание светодиодного модуля размещено на радиаторе таким образом, что оно не перекрывает каналов, образованных ребрами радиатора и поверхностью кожуха.
В частном случае выполнения изобретения электрическая цепь содержит включенные параллельно части светоизлучающих кристаллов участки шунтирования, имеющие в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление, расположенные на основании с возможностью свободного доступа к зонам их замыкания.
В частном случае выполнения изобретения лампа содержит рассеиватель, имеющий форму части сферического тела.
В частном случае выполнения изобретения рассеиватель установлен с образованием зазора между поверхностью его нижней части и краевыми участками верхней поверхности радиатора.
Наличие в заявляемой лампе светодиодного модуля, содержащего группу полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, светодиодов, обеспечивает ее высокую силу излучения.
Выполнение основания светоизлучающего модуля из теплопроводного материала и наличие в лампе радиатора обеспечивают отвод тепла от светоизлучающих кристаллов, выделяющегося при их работе.
Принципиально важным в заявляемой лампе является использование в ней светодиодного модуля, напряжение питания которого составляет величину не менее 100 В. Такое высокое напряжение питания светодиодного модуля обусловлено тем, что он представляет собой установленную на общем теплоотводящем пластинчатом основании группу полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, по меньшей мере, часть из которых включена в последовательную электрическую цепь, при этом количество последовательно включенных кристаллов выбрано таким, чтобы их суммарное напряжение питания составляло указанную выше величину.
В частности, количество последовательно включенных кристаллов составляет от 50 до 300 штук.
Конструкция заявляемой лампы обеспечивает возможность запитки ее высоким напряжением, в частности напряжением стандартных электрических сетей, лежащим в диапазоне от 100 до 1000 В.
При этом наличие цоколя обеспечивает возможность установки заявляемой лампы в патрон, соединенный с сетью электропитания.
Возможность запитки заявляемой лампы высоким напряжением питания позволяет упростить конструкцию используемого в ней преобразователя напряжения, обеспечивающего адаптацию параметров электропитания светоизлучающих кристаллов к параметрам источника питания, в частности, за счет исключения из его электрической схемы элементов, обеспечивающих понижение стандартного напряжения электрической сети до безопасной величины и задание рабочих токов светоизлучающих кристаллов. Упрощение конструкции преобразователя ведет к упрощению конструкции лампы в целом.
За счет того, что радиатор выполнен в виде протяженного полого тела, снабженного ребрами, расположенными на его внешней боковой поверхности, преобразователь напряжения помещен в полости радиатора, цоколь скреплен с радиатором, обеспечивается рациональная компоновка конструктивных элементов лампы.
За счет того, что внешняя боковая поверхность радиатора покрыта кожухом, имеющим в нижней части отверстия, основание светодиодного модуля установлено на радиаторе таким образом, что оно не перекрывает каналов, образованных ребрами радиатора и поверхностью кожуха, обеспечивается эффективное охлаждение светодиодного модуля и прочих элементов лампы. Это достигается благодаря воздушной тяге в пространстве между кожухом и радиатором, возникающей из-за наличия отверстий в нижней части кожуха, а также открытых сверху каналов, образованных ребрами радиатора и поверхностью кожуха.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является упрощение конструкции светодиодной лампы при обеспечении рациональной компоновки конструкции лампы и эффективного отвода тепла от ее узлов.
В случае, когда последовательная электрическая цепь, в которую включены светоизлучающие кристаллы светодиодного модуля, содержит включенные параллельно некоторым светоизлучающим кристаллам участки шунтирования, имеющие в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление, расположенные на основании с возможностью свободного доступа к зонам их замыкания, обеспечивается возможность шунтирования упомянутых кристаллов. Благодаря этому можно изменять количество кристаллов, включенных в последовательную цепь, и, соответственно, изменять величину напряжения питания светодиодного модуля, добиваясь лучшей совместимости указанного напряжения с напряжением конкретного источника питания, предназначенного для подключения к нему лампы, в частности, с напряжением конкретной сети электропитания.
При этом, поскольку участки шунтирования расположены на основании светодиодного модуля с возможностью свободного доступа к зонам их замыкания, шунтирование кристаллов осуществляется уже в изготовленном светодиодном модуле с учетом конкретных условий питания использующей его лампы.
Количество шунтируемых кристаллов составляет, в частности, от 2 до 6 штук.
В случае, когда лампа содержит рассеиватель, имеющий форму части сферического тела, обеспечивается равномерность ее светового потока в широком угловом диапазоне, в частности в диапазоне более 180 градусов. В частном случае, лампа содержит матированный рассеиватель, что подавляет слепящий эффект.
В случае, когда рассеиватель установлен с образованием зазора между поверхностью его нижней части и краевыми участками верхней поверхности радиатора, обеспечивается более эффективное охлаждение светодиодного модуля и прочих элементов лампы.
На фиг.1 представлен общий вид лампы (вид спереди); на фиг.2 представлен общий вид светодиодного модуля (вид сверху).
Лампа (фиг.1) содержит светодиодный модуль 1, расположенный поверх радиатора 2 и зафиксированный на нем, в частности, с помощью винтов (на чертеже не показаны).
Радиатор 2 имеет форму тела вращения, в частности полого усеченного конуса, расширяющегося снизу вверх. Радиатор 2 имеет продольные ребра 3, расположенные на его внешней боковой поверхности.
В полости 4 радиатора 2 помещен преобразователь 5 напряжения, электрически соединенный соответственно со светодиодным модулем 1 и со средством 6 токоподвода, выполненным в виде стандартного резьбового цоколя. Преобразователь 5 напряжения обеспечивает выпрямление и стабилизацию тока, поступающего от источника питания, в качестве которого может быть использована, в частности, сеть электропитания, напряжение которой может составлять от 100 до 1000 В. В частности, в качестве источника питания использована стандартная сеть электропитания с напряжением 220 В.
Внешняя боковая поверхность радиатора 2 покрыта кожухом 7, имеющим в нижней части сквозные отверстия 8. Размеры светодиодного модуля 1 выбраны такими, что он не перекрывает каналов (на чертеже не показаны), образованных ребрами 3 радиатора 2 и поверхностью кожуха 7.
Поверх светодиодного модуля 1 на радиаторе 2 установлен рассеиватель 9, имеющий форму части сферического тела. В частности, рассеиватель 9 выполнен из матового стекла.
Цоколь 6 скреплен с нижней частью радиатора 2. В частности, скрепление цоколя 6 с радиатором 2 осуществляется с помощью переходного элемента 10, выполненного в виде кольцевого фиксатора, верхний концевой участок которого прикреплен, например приклеен, к нижней части радиатора 2, а нижний концевой участок обжат в цоколе 6.
Устройство также содержит изоляционную втулку 11, помещенную в полости 4 радиатора 2.
Светодиодный модуль 1 содержит выполненное из теплопроводного материала пластинчатое основание 12, на котором установлены полупроводниковые светоизлучающие кристаллы 13 (на фиг.1 кристаллы условно изображены сплошной линией), включенные в последовательную электрическую цепь.
Количество последовательно включенных кристаллов 13 в светодиодном модуле 1 выбирают из условия обеспечения суммарного напряжения электрической цепи питания светодиодного модуля не менее 100 В. Суммарное напряжение питания светодиодного модуля 1 может составлять величину от 100 до 1000 В. Количество последовательно включенных кристаллов 13 может составлять от 50 до 300 штук.
В частности, светодиодный модуль 1 (фиг.2) выполнен в виде многокристальной светоизлучающей матрицы, на основании 12 которой сформированы распределенные по его площади дорожки 14, предназначенные для установки на них последовательно соединенных кристаллов 13 (на фиг.2 не показаны). Кристаллы 13 могут быть, в частности, напаяны или наклеены с помощью токопроводящего клея на дорожки 14. Матрица, в частности, содержит 100 кристаллов 13, при этом ее питающее напряжение составляет величину порядка 220В.
На основании 12 светоизлучающей матрицы 1 сформированы площадки 15, служащие для установки на них нескольких предназначенных для шунтирования кристаллов 13 (на чертеже не показаны). Количество предназначенных для шунтирования кристаллов 13, в частности, составляет от 2 до 6 штук. Электрическая цепь питания кристаллов 13 содержит участки 16 шунтирования кристаллов 13, установленных на площадках 15. Участки 16 шунтирования включены параллельно указанным кристаллам 13 и имеют в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление. Замыкание участков 16 шунтирования осуществляется в зонах 17 замыкания, в частности, с помощью переключателей (на чертеже не показаны) или путем пайки.
Светоизлучающая матрица 1 содержит расположенную поверх основания 12 пластину 18 из диэлектрического материала, в которой выполнено сквозное отверстие 19, имеющее, в частности, форму квадрата, площадь которого соответствуют площади основания 12, занимаемой кристаллами 13, расположенными на дорожках 14 и площадках 15.
Образованное отверстием 19 углубление, в котором помещены кристаллы 13, заполнено светопрозрачным компаундом, в частности, содержащим люминофор.
Зоны 17 замыкания участков 16 шунтирования расположены на основании 12 таким образом, что они выступают за пределы пластины 18, что обеспечивает свободный доступ к указанным зонам в изготовленной светоизлучающей матрице 1.
На основании 12 расположены присоединительные выводы 20, предназначенные для подключения светоизлучающей матрицы 1 к источнику питания (на чертеже не показан).
На основании 12 также выполнено сквозное отверстие 21, предназначенное для прохождения подключаемых к присоединительным выводам 20 электрических проводов от преобразователя напряжения 5, а также сквозные отверстия 22, предназначенные для крепежных винтов (на чертеже не показаны).
Устройство работает следующим образом.
В случае необходимости осуществляют шунтирование необходимого количества расположенных на площадках 15 кристаллов 13 с целью лучшей адаптации напряжения электропитания светоизлучающего модуля 1 к напряжению источника электропитания, в частности к напряжению сети электропитания. Шунтирование осуществляют путем замыкания в зонах 17 соответствующих участков 16 шунтирования.
Осуществляют подключение лампы к источнику электропитания. В частности, устанавливают цоколь 6 лампы в патрон, соединенный со стандартной сетью электропитания.
При подключении лампы к источнику электропитания, в частности к стандартной электрической сети, по ее электрической цепи, включающей последовательную цепочку светоизлучающих кристаллов 13 светодиодного модуля 1, протекает электрический ток. При протекании тока через светоизлучающие кристаллы 13 они излучают свет. Световое излучение выводится из светового модуля 1 через компаундное покрытие, сформированное в углублении, образованном отверстием 19, и далее через рассеиватель 9, который выполняет световыводящую и защитную функции, обеспечивая равномерность излучения в широком угловом диапазоне.
Благодаря наличию множества кристаллов 13 в светоизлучающей матрице 1 лампа обладает высокой мощностью. При этом за счет включения кристаллов 13 в последовательную цепь она имеет высокое напряжение питания не менее 100 В при относительно малой величине тока, протекающего через кристаллы 13.