ПАТРОН ДЛЯ СВЕТОДИОДНОЙ ЛАМПЫ
CARTRIDGE FOR LIGHT DIODE LAMP

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к электроустановочным изделиям светотехнического приборостроения - патронам для подключения к электрической сети питания и технического крепления в светотехнической арматуре светодиодных ламп.
В настоящее время светодиодные лампы прямой замены ламп накаливания и других типов источников света, содержащие последовательно или параллельно-последовательно подключенные между собой группы светодиодов, образующие светодиодные излучатели, собранные преимущественно на радиаторам охлаждения, подключают к сети переменного тока через электронный преобразователь этой сети в постоянный пульсирующий ток, с возможностью стабилизации величины тока или напряжения.
Электронные преобразователи питающей сети как правило встраивают внутри общего радиатора для светодиодного излучателя и преобразователя в конструкции лампы /1/. Эти лампы выполнены преимущественно с резьбовыми, стержневыми или штифтовыми цоколями для подключения к питающей сети с применением традиционных патронов, например, типа E14, Е27, G12, G-5,3, PG12-2 и др. /2/.
Подобное исполнение ламп существенно ухудшает тепловые характеристики, делает их громоздкими из-за необходимости применения увеличенных радиаторов охлаждения не только светодиодов излучателя, но и электронных компонентов преобразователя, имеющего реальный КПД ~0,75-0,8 /1/.
Кроме того, светодиодные излучатели ламп и используемые в их конструкциях электронные преобразователи питающей сети обладают существенно различающимися сроками службы при эксплуатации /в 2-2,5 раза меньшими для преобразователя/, а стоимость светодиодного излучателя мощностью 8-10 Вт, например, на светодиодах фирмы GREE белого свечения примерно в 4-5 раз выше стоимости АС/DС преобразователя для лампы, например, фирмы PEAK electronics.
Известны патроны для резьбовых цоколей E14, Е27, стержневых цоколей Су6,35, Cy9,5, штифтовых цоколей С 10, С 10 /2/, применяемых в галогенных и других лампах.
Эти патроны применяются также для подключения современных светодиодных ламп к питающей сети.
Недостатки их обусловлены невозможностью подключения светодиодных излучателей указанных ламп без преобразователей питающей сети.
Известен патрон /3/ для осветительного прибора на основе светодиодов для подключения к сети питания указанного прибора, содержащий разъемный корпус из диэлектрического материала, резьбовую вставку с центральным контактом и блоком крепления токоподводящих проводов и установленный в нижней части корпуса /на донышке/ преобразователь тока с размыкающими контактами для отсоединения его от сети питания при извлечении осветительного прибора из патрона.
Недостатки прототипа обусловлены тем, что патрон не обеспечивает возможность охлаждения и улучшения тепловых параметров преобразователя питающей сети и устанавливаемой в нем светодиодной лампы, что делает невозможным применение, например, электронных преобразователей сети переменного тока напряжением 220-240 В, частоты 50/60 Гц, мощностью 6-10 Вт, имеющих реальный КПД 0,75-0,8.
В патроне отсутствуют также средства крепления его на объекте, а также не обеспечивается возможность подключения ламп с другими типами цоколей.
Целью предлагаемого изобретения является устранение перечисленных недостатков при одновременном существенном улучшении тепловых параметров электронных компонентов преобразователя питающей сети и устанавливаемых в патроне светодиодных ламп.
Поставленная цель достигается тем, что в патроне для светодиодной лампы, содержащем разъемный корпус, выполненный по крайней мере частично из электроизоляционного материала с гнездом для установки и подключения лампы, электронный преобразователь питающей сети и контактные элементы, указанный корпус патрона выполнен с отсеком в виде радиатора охлаждения из теплопроводного материала, например, на основе алюминиевого сплава, охватывающим электронный преобразователь питающей сети, сопрягаемым с вышеуказанным гнездом и донышком с контактными элементами или клеммной колодкой для подключения питающей сети, и средствами крепления патрона на объекте.
2
3
Цель достигается и тем, что по крайней мере часть корпуса выполнена в виде радиатора охлаждения электронного преобразователя из теплопроводного электроизоляционного керамического материала типа рубалит /АlO/ или алюнит /AlN/.
Поставленная задача решается также тем, что гнездо для установки и подключения лампы выполнено с изолирующим вкладышем и контактными элементами стандартного цоколя лампы типа Е14 или Е27, подключенного к преобразователю и механически удерживаемого в гнезде торцевой частью радиатора охлаждения, а донышко содержит аналогичный вкладыш или клеммную колодку для подключения преобразователя к питающей сети, а также отверстие с полой гайкой или ниппелем с резьбой средств крепления патрона на объекте.
Поставленная цель достигается и тем, что гнездо для установки и подключения лампы выполнено в виде ответной части /секции/, например розетки или вилки электромеханического разъема с двумя или большим количеством токоведущих контактных элементов, например цилиндрических или полосковых цанг или штырей, для сопряжения с соответствующими элементами ответной секции цоколя лампы.
Решению поставленной задачи способствует и то, что гнездо для установки и подключения лампы, выполненное в виде секции электромеханического разъема, снабжено средством стягивания и стопорения ответной части этого разъема, например стягивающей втулкой с резьбой, установленной по ответной резьбе на секции разъема патрона и навинчиваемой также по аналогичной резьбе ответной секции подобного разъема в лампе.
Задача решается также тем, что составной корпус патрона выполнен разъемным с возможностью отсоединения юбки и/или донышка от отсека для извлечения и замены электронного преобразователя питающей сети.
Предпочтительные варианты исполнения патрона для светодиодной лампы согласно предлагаемому изобретению показаны на чертежах.
Фиг.1. Патрон для светодиодной лампы с резьбовым цоколем. Вид сбоку, частично в разрезе.
Фиг.2. Патрон для светодиодной лампы с цоколем в виде секции электромеханического разъема. Вид сбоку, частично в разрезе.
Показанный на фиг.1 вариант исполнения патрона для светодиодной лампы с резьбовым цоколем содержит составной корпус 1 с юбкой 2 и донышком 3, выполненными из электроизоляционного материала на основе теплостойкой пластмассы или керамики, соединенные преимущественно по резьбе с отсеком 4 полого радиатора охлаждения с ребрами 5 охлаждения, в котором установлен электронный преобразователь 6 питающей сети, например, подводимой к патрону сети переменного тока напряжением 220-240 B частоты 50/60 Гц.
Юбка 2 корпуса образует гнездо 7 с резьбовым отверстием для установки и подключения стандартного резьбового цоколя лампы, например, типа E14 или Е27 и удерживает изоляционный вкладыш 8, несущий собранные на нем центральный 9, один или два боковых 10 и два винтовых 11 и 12 контактных элемента для подключения лампы к электрическим выходным выводам электронного преобразователя 6.
Гнездо 7 корпуса патрона целесообразно теплоизолировать от отсека 4 с преобразователем 6 экраном 13, например, из стеклотекстолита, снижающим теплопередачу от преобразователя в зону размещения цоколя лампы.
Донышко 3 корпуса патрона удерживает аналогичный изоляционный вкладыш 14 с винтовыми 15 и 16 контактными элементами для подключения высоковольтных входных выводов электронного преобразователя 6 и клеммами 17 и 18 питающей сети.
Вместо рассмотренных элементов подключения преобразователя к питающей сети в донышке 3 может быть установлена традиционная клеммная колодка или безвинтовая клеммная колодка WAGO /не показано/.
В донышке 3 имеется осевое отверстие с установленной полой гайкой 19 для монтажа средств крепления патрона на объекте и подвода кабеля питающей сети.
Сопряженный на продольной оси ZZ корпуса с юбкой 2 и донышком 3 отсек 4 - радиатор охлаждения преобразователя 6 - выполнен из теплопроводного алюминиевого сплава, и его стенки охватывают указанный преобразователь, выполненный преимущественно в виде цилиндрического моноблока из теплопроводного электроизоляционного компаунда или в металлическом корпусе, стенки которого целесообразно устанавливать в тепловом контакте с радиатором охлаждения.
В качестве электронного преобразователя 6 может быть использован, например, АС/DС преобразователь типа ELP9×ICS мощностью 9 Вт, в габаритах ⌀55×22,1 мм, с выходным стабилизированным током 350 мА и выходным напряжением в пределах 3-31,5 В, подключаемый к питающей сети переменного тока 220-240 В, частоты 50/60 Гц, производства компании Eaglerise Electricand Electronic /Foshan/ Co.Ltd. /4/.
Патрон с подобным преобразователем может использоваться для подключения и эксплуатации светодиодных излучателей ламп, выполненных, например, на мощных светодиодах белого свечения фирмы GRЕЕ /6/, заменяющих лампы накаливания мощностью 40-100 Вт.
2
3
На фиг.2 показан второй вариант исполнения патрона для светодиодной лампы с цоколем в виде секции электромеханического разъема, содержащий составной корпус 20, выполненный из отсека 21 в виде радиатора охлаждения, например, из теплопроводного электроизоляционного керамического материала типа рубалит /AlO/ или алюнит /AlN/, сопряженного с донышком 22, в котором собраны изоляционный вкладыш 23 с контактными элементами или клеммная колодка /не показана/ для подключения патрона к питающей сети через ниппель 24 с резьбой для крепления патрона на объекте.
Стенки отсека 21 могут быть выполнены с ребрами охлаждения или перфорированы, выполняя функцию радиатора охлаждения для размещенного в нем преимущественно в тепловом контакте со стенками электронного преобразователя 25 питающей сети. Входные выводы 26 преобразователя подключены к питающей сети контактными элементами 27, собранными на вкладыше 23, или непосредственно к клеммной колодке /не показана/, которая может быть установлена в донышке 22.
В противоположном отверстии торцевой части отсека 21 корпуса патрона на оси ZZ смонтировано гнездо 28 из электроизоляционного материала для установки и подключения светодиодного излучателя лампы к выходным выводам 29 электронного преобразователя 25. Гнездо 28 выполнено в виде ответной части, например розетки или вилки /секции/ электромеханического разъема 30 с изолятором 31, установленным внутри несущей оправки 32 с двумя или большим количеством токоведущих контактных элементов 33, представляющих собой цилиндрические или полосковые цанги для розетки патрона или штыри /для вилки цоколя лампы, не показана/ для подключения при эксплуатации патрона соответствующей ответной секции, например цоколя лампы.
Количество контактных элементов 33 разъема 30 может быть увеличено, например, до 4-х при использовании преобразователя с увеличенным выходным током или при использовании в патроне преобразователя с функцией фазового затемнения светодиодного излучателя лампы.
Для надежного механического удержания светодиодной лампы в гнезде 28 патрона, выполненном в виде секции электромеханического разъема 30 при эксплуатации, последний снабжен средством стягивания и стопорения в патроне ответной части разъема лампы /не показан/ при помощи, например, стягивающей втулки 34 с резьбой, установленной по ответной резьбе на оправке 32 секции разъема патрона, навинчиваемой также по аналогичной /стандартизованной/ резьбе ответной секции подобного разъема в лампе.
В атом случае габариты и тип цоколя выпускаемых промышленностью светодиодных излучателей ламп в виде вилки или розетки должен быть стандартизован по согласованию производителей, так же как и гнездо патронов для их установки и подключения к питающей сети.
В качестве АС/DС электронного преобразователя питающей сети в патроне может быть использован преобразователь компании Power Integrations Inc. /5/ на основе микросхемы LNK605DG, работающей на частоте 88 кГц и обеспечивающей минимизацию габаритов использованного в схеме дросселя и конденсаторов. Эта схема спроектирована для работы в диапазоне входного напряжения 85-265 В частоты 50/60 Гц сети переменного тока, обеспечивая выходной стабилизированный ток 350 мА с КПД преобразования ~80%.
В патроне может быть использован также АС/DС преобразователь фирмы НПФ “Плазмаинформ”, Россия /7/ типа PSL9 с пассивной корреляцией коэффициента мощности на основе микросхемы HV9910 с входным напряжением переменного тока 176-264 В, частоты 50/60 Гц, с выходным стабилизированным током 350 мА и выходным напряжением 20-32 В, с КПД ~80%, в габаритах 45×33×25 мм, который целесообразно корпусировать в виде цилиндрического моноблока из теплопроводного электроизоляционного компаунда.
Рассмотренные варианты исполнения патрона с составными корпусами могут быть выполнены разъемными с возможностью извлечения из отсека 4 /фиг.1/ и отсека 21 /фиг.2/ электронного преобразователя 6 и 25 соответственно для замены при выходе из строя в процессе эксплуатации путем отсоединения юбки 2 и донышка 3 /фиг.1/ или донышка 22 и разъема 30 /фиг.2/ с отключением контактных элементов, т.е. делает патрон ремонтопригодным.
Предложенные варианты конструкции патрона обеспечивают возможность подключения и питания светодиодных ламп /светодиодных излучателей/, в конструкции которых отсутствует электронный преобразователь питающей сети, что наряду с существенным улучшением тепловых параметров ламп и преобразователей, устанавливаемых в патроны, существенно улучшает эксплуатационные характеристики патрона за счет предусмотренной возможности замены вышедшего из строя электронного преобразователя в процессе эксплуатации, имеющего более низкий срок службы по сравнению со светодиодным излучателем лампы.
Литература
1. С.И.Лишик, А.А.Паутино, В.С.Поседько и др. "О светодиодных лампах прямой замены". Ж. "Светотехника", №1, 2010 г., с.48-54.
2. Справочная книга по светотехнике. Под ред. Ю.Б.Айзенберга, 3-е изд., М.: 3нак. 2006 г., с.111, 240-241.
3. Патент на ПМ РФ №96702, кл. Н01R 33/22. Опубл. Бюл. №22, 10.08.2010.
4. www.svetotronica/ru. Источник питания для светодиодов компании Eaglerise Electric and Electronic (Foshan) Co., Ltd. "Светотроника", 2010, с.51.
5. Сильвестро Фимиани. "Замена традиционной лампы накаливания". Ж. "Современная светотехника", №1/01/, 2009, с.30.
6. Каталог компании "Prosoft", 2010, с.24-31. Мощные светодиоды GRЕЕ XLаmр.
7. Архипов А., Беспалько А., Коростылев И. и др. "Источники питания светодиодов". Ж. "Полупроводниковая светотехника", №5, 2010, с.52.