ИСТОЧНИК СВЕТА

Полезная модель относится к светотехнике, а именно к полупроводниковым источникам света на основе полупроводниковых излучателей. Источник света предназначен для осветительных и светосигнальных устройств различного назначения.
Известно применение ламп накаливания в составе светосигнальных приборов [1]. К недостаткам данного типа источников света относится наличие хрупкой стеклянной оболочки, низкий коэффициент преобразования электрической энергии в световую и сравнительно небольшой (500-1000) часов срок службы, особенно в прерывистом режиме. Последнее связано с тем, что из-за частых перегрузок в момент включения ускоряется процесс разрушения нити накала по сравнению со статическим режимом.
Применение светодиодов в источниках света [2-4] устраняет вышеизложенные недостатки. Известные источники света выполнены в виде модуля, состоящего из набора светодиодов, расположенных на плате, которая обычно укреплена в типовом ламповом цоколе. Поскольку источник собран из отдельных светодиодов, то диаграмма направленности света неоднородна в пространстве.
Известен также источник света для навигационного светосигнального прибора, содержащий корпус со встроенным полупроводниковым излучателем [5], выбранный в качестве прототипа. В этом источнике излучатели (излучающие кристаллы) закреплены на теплопроводящем держателе, а диаграмма направленности излучения формируется встроенным отражателем.
Наряду с достоинствами известных полупроводниковых источников света по сравнению с ламповыми, они имеют и существенный недостаток. Этот недостаток связан с присущим полупроводниковым излучателям резким изменением тока при небольшом изменении напряжения питания. Особенно опасно для них повышение напряжения, так как оно ведет к резкому возрастанию тока через излучатель и, как следствие, к деградации параметров или даже к катастрофическому отказу излучателя.
Из указанного недостатка полупроводниковых излучателей следует и постановка технической задачи, или цель полезной модели: устранение возможности резких изменений тока через излучатель, особенно при увеличении выходного напряжения источника питания, а также достижение температурной стабилизации режима и малого проходного наряжения схемы питания.
Положительный результат достигается тем, что в источник света, содержащий корпус со встроенным полупроводниковым излучателем, введен генератор тока, который
содержит набор элементов с оригинальным параллельно-последовательным включением их относительно входных клемм, обеспечивающим токовую и температурную стабилизацию и малое проходное напряжение. Особенность схемы генератора заключается в том, что 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-p-n транзистора, коллектор первого транзистора через резистор соединен с базой второго n-p-n транзистора и коллектором третьего n-p-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 этого резистора соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов, и минусовой клеммой источника света, между минусовой клеммой источника света и базой второго транзистора включен конденсатор.
На Фиг. приведен один из возможных вариантов схемного исполнения источника света.
Вариант электрической принципиальной схемы (Фиг.) источника света содержит 11 элементов: полупроводниковый излучатель (светодиод, матрица светодиодов или интегральная сборка излучающих чипов), 4 транзистора, 5 резисторов и 1 конденсатор.
Элементы схемы выполняют следующие функции.
1
2
3
4
5
Резистор R обеспечивает надежный самозапуск генератора тока. Полупроводниковый излучатель М из за особенностей его вольтамперной характеристики является также параметрическим стабилизатором напряжения для цепей управления генератора тока. Резистор R оптимизирует пусковой режим генератора тока. Резистор R задает рабочую точку входной характеристики транзистора VT2, управляющего базовым током регулирующего транзистора VT1 через связь по обратному току. Резистор R задает рабочую точку входной характеристики транзистора VT3 обратной связи по напряжению с излучателем. Низкоомный резистор R обратной связи по току обеспечивает малое проходное напряжение.
5
Транзистор VT4 в диодном включении, соединенный последовательно с токовым резистором R относительно базы транзистора VT3 обратной связи по току, обеспечивает согласование со входной характеристикой этого транзистора и обеспечивает термокомпенсацию в широком диапазоне температур окружающей среды. Конденсатор С1 обеспечивает устойчивость работы генератора тока. Транзисторы VT2, VT3, VT4 выполнены
на одной транзисторной микросборке, что уменьшает градиент температуры между транзисторами и способствует более стабильной работе генератора тока. Особенностью схемы является то, что полярные элементы схемы VT1, VT2, VT3, VT4, М и полярность входных клемм обладают инверсией подсоединения, то есть, одновременная смена полярности транзисторов, полупроводникового излучателя и входных клемм не нарушит работы источника света.
Для улучшения теплового режима работы источника света целесообразно его корпус заполнить теплопроводящим диэлектриком.
Предложенная схема предотвращает аварийную реакцию полупроводникового излучателя на увеличение выходного напряжения источника питания и позволяет в широком температурном диапазоне безопасно использовать источники питания с выходным напряжением, заметно превышающим рабочее напряжение излучателя. Разработана простая и эффективная схема термокомпенсированного генератора со стабилизацией тока и с малым проходным напряжением, включающая небольшое количество элементов, монтаж которых размещается на небольшой плате, располагаемой внутри корпуса источника света. (Проходное напряжение - это суммарное падение напряжения на элементах схемы, соединенных последовательно с полуповодниковым излучателем, относительно источника питания).
Пример практического использования предлагаемого изобретения.
2
Для практической реализации технического решения использован источник света - прототип [5], рабочий ток которого составляет 120-150 мА. Был доработан корпус для размещения в нем печатной платы стабилизатора тока. Монтаж был выполнен навесными элементами на печатной плате 11×20 мм. При исполнении схемы в интегральном варианте размеры платы могут быть значительно меньше.
Была изготовлена опытная партия источников света со встроенным стабилизатором тока по предложенной схеме. По техническим условиям источник света (прототип) питается от автономного источника с напряжением до 2,5 В (батарея «Бакен»). Предлагаемый источник света испытывался при напряжениях питания от 2,0 до 10 В. Испытания показали, что во всем интервале напряжения питания погрешность поддержания тока была не более 1% от заданной величины. Проходное напряжение схемы при минимально возможном напряжении питания (без снижения тока излучателя) составило 100±20 мВ. Ток потребления схемы составил не более 1,0% от величины общего потребления тока. Нестабильность токового режима излучателя в диапазоне температур от минус 10 до плюс 85 градусов Цельсия составила не более 1%.
Источники информации, использованные при составлении описания.
1. И.Е.Шмерлинг. Навигационное оборудование внутренних водных путей. М. изд. «Транспорт», 1988, с.30-32.
2. Б.Ф.Тринчук. Светосигнальная аппаратура на светодиодах./ Светотехника. 1997, №5, с.6-11.
3. Г.И.Абрамов и др. Навигационный светосигнальный прибор для речных условий (варианты). Патент РФ №2095273.
4. Л.М.Коган, И.Е.Шмерлинг. Полупроводниковые светодиодные излучатели для светосигнальных приборов навигационных знаков водных путей./ Светотехника. 1998, №2. с.19-22.
5. В.В.Антонов, Н.Н.Бакин, Л.П.Гусев, B.C.Лукаш. Источник света. Патент РФ №2220478, М Кл. H01L 33/00.