УСТРОЙСТВО СВЕТОДИОДНОГО ИЗЛУЧАТЕЛЯ

Предполагаемая полезная моделей относится к области электронной техники, в частности к полупроводниковым устройствам, в частности, к светодиодным устройствам и может найти применение в осветительных, сигнальных и прочих устройствах, основанных на действии светодиодов.
Известна светодиодная лампа (РФ, п. №80225, MПK H01L 33/00, от 26.09.2008 г., опубл. 27.01.2009 г.).
Указанное устройство содержит модуль светодиодного излучателя, выполненный в виде установленных на печатной плате светодиодов, радиатор, полый цилиндрический корпус с электронным блоком управления, содержащим систему управления с управляющим элементом, преобразователем напряжения и элементами, стабилизирующими ток, контактную систему, связывающую через электронный блок источник внешнего напряжения с печатной платой со светодиодами. На печатной плате, между диодами установлен датчик температуры, связанный с управляющим элементом системы управления. На радиаторе установлен прозрачный рассеиватель, закрывающий сверху печатную плату со светодиодами.
Недостатком указанного устройства является то, что за счет изменения тока питания светодиодов температура платы со светодиодами поддерживается в пределах 80°. Принудительное постоянное поддержание температуры на таком высоком для светодиодов уровне, сокращает срок их службы. А поддержание указанной температуры при низких температурах окружающей среды возможно только при увеличении тока питания светодиодов, что может привести к их перегоранию.
Таким образом, невозможно осуществить регулирование тока питания светодиодов излучателя для обеспечения плавного снижения температурной нагрузки и одновременного поддержания равномерности светоизлучения.
Кроме того, размещение температурного датчика непосредственно на плате ограничивает технологические возможности устройства при различных схемах соединения светодиодов, кроме того, световой поток и теплоотделение светодиодов
локализуется в рамках платы, что делает невозможным менять конфигурацию включения светодиодов без изменения конструкции платы.
Указанное устройство выбрано заявителем в качестве ближайшего аналога (прототипа).
Технической задачей предполагаемой полезной модели, решаемой авторами, является увеличение надежности устройства за счет ограничения тока питания светодиодов при превышении определенного уровня температуры их излучающей поверхности и поддержание тока на заданном уровне, если температура не превышает допустимую, а также за счет надежного отвода тепла.
Поставленные задачи достигаются тем, что в устройстве светодиодного излучателя, содержащем корпус, связанный с ним радиатор, на поверхности которого установлен модуль светодиодного излучения, состоящий из светодиодов, размещенных на печатной плате, при этом внутри корпуса установлен электронный блок, содержащий систему управления с регулирующим элементом, преобразователь напряжения, системы управления током питания и ограничения максимального напряжения, источник опорного напряжения, контактную систему, связывающую через электронный блок источник внешнего напряжения с модулем светодиодного излучения, термочувствительный элемент, связанный с системой управления током питания, согласно полезной модели, система управления током питания содержит формирователь опорного тока, связанный с источником опорного напряжения, термочувствительным элементом, элементом внешнего управления и сравнивающим устройством, связанным с датчиком тока светодиодного излучателя и регулятором, взаимодействующим с регулирующим элементом системы управления
Формирователь опорного тока содержит, например, формирователь заданного тока, связанный с источником опорного напряжения и элементом внешнего управления, формирователь сигнала температуры ограничения, связанный с источником опорного напряжения, устройство сравнения температурных сигналов, поступающих от термочувствительного элемента и формирователя сигнала температуры ограничения, формирователь закона уменьшения тока, связанный с формирователем заданного тока и устройством сравнения температурных сигналов, при этом формирователь закона уменьшения тока связан со сравнивающим устройством.
Корпус выполнен в виде, например, полого прямоугольного параллелепипеда.
Радиатор соответствует форме основания корпуса.
На радиаторе установлено несколько модулей светодиодного излучения.
Модули светодиодного излучения равномерно распределены по поверхности радиатора.
Один или несколько термочувствительных элементов установлены на радиаторе.
Количество термочувствительных элементов соответствует и/или не соответствует количеству модулей светодиодного излучения.
Наличие в системе управления током питания формирователя опорного тока, связанного с источником опорного напряжения, термочувствительным элементом, элементом внешнего управления, позволяет изменять его выходной сигнал под действием внешнего управления и сигнала с термочувствительного элемента, а наличие сравнивающего устройства позволяет выходной сигнал формирователя опорного тока сравнить с сигналом датчика тока и сформированный сигнал рассогласования подать на регулятор для изменения режима работы регулирующего элемента, при этом опорный ток формируется из опорного напряжения или сигнала внешнего управления только в диапазоне до граничной температуры, контролируемой сигналом с датчика температуры, после чего значение опорного тока снижается при росте температуры до минимально безопасного уровня. Таким образом, при увеличении температуры, наличие формирователя опорного тока позволяет плавно снизить сформированный опорный ток и, следовательно, ограничить температуру светодиодного излучателя и осуществлять ее постоянный контроль, а также поддерживать ток на заданном уровне, если температура не превышает допустимую, что обеспечивает стабильность светоизлучения и исключает преждевременное разрушение излучателя.
Выполнение формирователя опорного тока в виде одного из вариантов структурной схемы, которая содержит, например, формирователь заданного тока, связанный с источником опорного напряжения и элементом внешнего управления, формирователь сигнала температуры ограничения, связанный с источником опорного напряжения, устройство сравнения температурных сигналов, поступающих от
термочувствительного элемента и формирователя сигнала температуры ограничения, формирователь закона уменьшения тока, связанный с формирователем заданного тока и устройством сравнения температурных сигналов, при этом выход формирователя закона уменьшения тока связан со сравнивающим устройством, позволяет ограничить ток питания при превышении температуры излучающей поверхности светодиодов и поддерживать ток на заданном уровне, если температура не превышает допустимую.
Выполнение корпуса устройства в виде, например, полого прямоугольного параллелепипеда, а также соответствие его форме связанного с ним радиатора, расширяет технологические и эксплуатационные возможности устройства за счет увеличения количества модулей излучения, устанавливаемых на радиаторе, что увеличивает поверхность излучения и одновременно обеспечивает надежный и равномерный отвод тепла от них, что, в свою очередь, обеспечивает стабильность работы и увеличивает срок службы.
Установка на радиаторе нескольких модулей светодиодного излучения увеличивает интенсивность светового излучения устройства в целом.
Установка модулей излучения равномерно по поверхности радиатора обеспечивает равномерную, стабильную интенсивность светового излучения и теплоотвода.
Установка одного или нескольких термочувствительных элементов на радиаторе расширяет номенклатуру применяемых в устройстве светодиодов при различных схемах их соединения, что технологично. Кроме того, обеспечивается равномерное распределение тепловыделения и светоизлучения по поверхности радиатора что, с одной стороны, облегчает теплоотвод, а с другой - позволяет сформировать равномерный световой поток.
Наличие термочувствительных элементов, количество которых соответствует и/или не соответствует количеству модулей светодиодного излучения, позволяет осуществлять контроль температуры каждого модуля светодиодного излучения независимо от места расположения на радиаторе.
В результате проведенных патентных исследований не выявлено известных из уровня техники аналогичных технических решений, характеризуемых заявляемой совокупностью признаков, что позволяет сделать вывод о соответствии предполагаемой
полезной модели условию патентоспособности «новизна», устройство может найти применение при производстве светодиодных излучателей, т.е. «промышленно применимо».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид устройства светодиодного излучателя, вид сверху на фиг.2 - вид сбоку на фиг.1, на фиг.3 - структурная схема системы управления током питания светодиодного излучателя; на фиг.4 - структурная схема формирователя тока.
Устройство светодиодного излучателя содержит корпус 1, связанный с ним радиатор 2, с оребренной наружной поверхностью, модули светодиодного излучения 3, выполненные в виде установленных на печатной плате 4 светодиодов 5, электронный блок управления 6, регулирующий элемент 7, преобразователь напряжения 8, датчик напряжения 9, датчик тока 10, термочувствительный элемент 11, формирователь опорного тока 12, сравнивающие устройства 13 и 14, источник опорного напряжения 15, регулятор системы управления 16, источник внешнего управления (на фиг. не показано).
Устройство работает следующим образом.
Питающее напряжение через регулирующий элемент 7 и преобразователь напряжения 8 поступает на модуль светодиодного излучения 3. Параметры электрического сигнала в нем контролируются датчиком напряжения 9 и датчиком тока 10. Сигнал с источника опорного напряжения 15 поступает в формирователь опорного тока 12 Формирователь опорного тока 12 изменяет свой выходной сигнал под действием внешнего управления и сигнала с термочувствительного элемента 11. Сигнал формирователя опорного тока 12 сравнивается сравнивающим устройством 13 с сигналом датчика тока 10, формируя сигнал рассогласования, который подается на регулятор 16 для изменения режима работы регулирующего элемента 7. Сигнал датчика напряжения 9 сравнивается с сигналом источника опорного напряжения 15 сравнивающим устройством 14, выходной сигнал с которого также подается в регулятор 16. Регулятор 16 выбирает из двух сигналов наиболее значимый и на основе этого формирует управление регулирующим элементом 7.
Одним из вариантов исполнения формирователя опорного тока, предлагаемым авторами, может быть его структурная схема, которая содержит, например, формирователь заданного тока 17, формирователь сигнала температуры ограничения
18, устройство сравнения температурных сигналов 19, формирователь закона уменьшения тока 20.
При заявляемом варианте исполнения структурной схемы формирователя опорного тока, он работает следующим образом.
Сигналы с источника опорного напряжения 15 и внешнего управления (на фиг. не показано) поступают на формирователь заданного тока 17, который формирует заданный ток на максимально допустимом уровне, определяемом источником опорного напряжения 15 при отсутствии внешнего управляющего сигнала. Если сигнал внешнего управления присутствует, то заданный ток формируется в соответствии с внешним управлением в пределах от минимального допустимого значения до максимального. Сигнал с источника опорного напряжения 15, поступая на формирователь сигнала температуры ограничения 18, формирует соответствующий сигнал, который совместно с сигналом термочувствительного элемента 11 поступает на вход устройства сравнения температурных сигналов 19, которое формирует нулевой выходной сигнал, если контролируемая термочувствительным элементом 11 температура меньше температуры ограничения, и вырабатывает выходной сигнал, увеличивающийся с ростом превышения температуры, контролируемой термочувствительным элементом 11, над температурой ограничения. Сигнал с формирователя заданного тока 17 и сигнал с выхода устройства сравнения температурных сигналов 19 поступают на формирователь закона уменьшения тока 20, который формирует опорный ток соответствующий заданному, если сигнал с выхода устройства сравнения температурных сигналов 19 отсутствует, или опорный ток уменьшается по сравнению с заданным, если имеется сигнал на выходе устройства сравнения температурных сигналов 19, причем величина уменьшения зависит от величины сигнала на выходе устройства сравнения температурных сигналов 19 и заканчивается при достижении сигналом опорного тока минимально допустимого уровня.
Таким образом, заявляемое устройство светодиодного излучателя надежно и долговечно за счет того, что наличие в системе управления током питания формирователя опорного тока позволяет ограничить ток питания светодиодов излучателя при превышении температуры их излучающей поверхности установленного значения и поддерживать его на заданном уровне, если температура не превышает допустимую, что обеспечивает поддержание эффективности светоизлучения и исключает преждевременное разрушение излучателя. Срок эксплуатации таких устройств
соответствует нормативным показателям для устройств, основанных на действии светодиодов, т.е. более 50000-100000 часов.
Кроме того, заявляемые конструктивные особенности светодиодного излучателя, в частности, форма корпуса и радиатора, размещение и количество модулей излучения, а также установка термочувствительного элемента заявляемым образом, т.е. на радиаторе, позволяют создать технологичное, многофункциональное, надежное устройство, которое может найти применение в осветительных, сигнальных и прочих устройствах, основанных на действии светодиодов.