СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С КОНВЕКЦИОННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
LED LAMP WITH CONVECTION COOLING

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявленное техническое решение относится к области светотехники, а именно к осветительным устройствам на основе светодиодов.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Светодиод или светоизлучающий диод (сокр. LED от 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). Управление светодиодами в светильниках осуществляется с помощью платы управления, которая, как правило, представляет собой печатную плату (англ. РСВ - Printed Circuit Board), которая подключается посредством соответствующих разъемов к самим светодиодам, либо же сама на себе несет размещенные светодиоды, подключенные с помощью контактных дорожек. На плате управления размещаются элементы управления свечением светодиодов и блок питания (светодиодный драйвер).
В последние годы светодиодный элемент был в центре внимания как источник света в самых разнообразных осветительных устройствах. Светодиодный элемент имеет такие преимущества, как меньшее количество рассеиваемого тепла, более низкое энергопотребление, более длительный срок службы, более высокая ударопрочность. В случае, когда подается соответствующая мощность и соответствующий элемент рассеивания тепла предоставляется светодиодному элементу, хотя светодиодный элемент используется в течение 0,1 миллиона часов или дольше, светодиодный элемент может поддерживать горящее состояние без каких-либо повреждений. Оптический выход всех источников света постепенно уменьшается с течением времени. Поскольку люди не могут заметить разницу при 80% начальной интенсивности света, срок службы светодиодного элемента освещения в настоящее время ожидается примерно от 40 до 50 тысяч часов. Следовательно, светодиодный элемент может быть источником света с гораздо более длительным сроком службы, чем лампа накаливания со сроком службы 1500 часов и люминесцентная лампа со сроком службы 10 тысяч часов.
Однако, когда ток возбуждения светодиодного элемента увеличивается, чтобы получить источник высокой яркости и мощности, потери мощности светодиодного элемента возрастают, в результате большая часть электрической энергии преобразуется в тепло и соединение часть светодиодного элемента находится в высокотемпературном состоянии.
Даже несмотря на то, что ток, протекающий через светодиодный элемент, является однородным, когда температура переходной части увеличивается, оптический вывод светодиодного элемента и его оптическая эффективность ухудшаются, что также приводит к снижению срока его службы.
Из уровня техники известна конструкция светодиодного светильника с динамическим конвекционным охлаждением (патент RU 2684461 С1, 09.04.2019), который содержит пустотелый корпус с открытыми торцевыми концами, на наружной поверхности которого закреплен светодиодный модуль, подключенный к блоку питания. Корпус имеет С-образный профиль. Светодиодный модуль выполнен с габаритными размерами основания, соответствующими габаритным размерам основания корпуса, и жестко закреплен на полках С-образного профиля посредством крепежных средств таким образом, что образует вместе с корпусом замкнутый трубчатый профиль. Светодиодный светильник может быть снабжен оптическим элементом, жестко прикрепленным посредством крепежных средств к полкам С-образного профиля корпуса, поверх светодиодного модуля. В качестве крепежных средств могут быть использованы разъемные крепежные средства. В отдельных случаях выполнения, в качестве крепежных средств могут быть использованы неразъемные крепежные средства. Блок питания может быть установлен во внутренней полости корпуса. Корпус может быть выполнен из теплопроводящего материала, например алюминия.
Недостатками данного решения является недостаточное отведение дела в связи с тем, что светодиодный модуль близко размещается с драйвером и отвод тепла осуществляется через боковые стенки, на которых размещаются радиаторные решетки, что приводит к малому рассеиванию тепла при длительной работе светильника и в следствие к снижению срока его службы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Решаемой технической проблемой является увеличение эффективности рассеивания и отвода тепла, а также повышение срока службы светильника.
Техническим результатом является повышение эффективности отвода тепла и повышение срока службы светильника.
Технический результат достигается за счет светодиодного светильника с конвекционным охлаждением, содержащим кожух, закрывающий элемент теплоотвода, на одной стороне которого размещается плата управления, соединенная с блоком питания, на противоположенной стороне размещается светодиодный модуль, при этом упомянутый элемент теплоотвода выполняется в виде корпуса из теплопроводящего материала, на боковой части которого выполнены сквозные воздуховоды, выполняемые в виде продольных каналов с пазами на поверхности размещения светодиодного модуля, которые выполнены по всей длине элемента теплоотвода, и крышку с окном, закрепляемую на кожухе с помощью фиксирующих средств.
В одном из частных примеров реализации светильника элемент теплоотвода выполняется из материала, выбираемого из группы: алюминий, никель, медь или их сочетания.
В другом частном примере реализации светильника воздуховоды содержат дополнительные сквозные отверстия.
В другом частном примере реализации светильника воздуховоды содержат переходы из материала с высокой теплопроводностью, который может быть выбран из группы: алюминий, никель, медь или их сочетания.
В другом частном примере реализации светильника в каналах воздуховода нанесен слой керамического материала.
В другом частном примере реализации светильника светодиодный модуль содержит слой керамического материала.
В другом частном примере реализации светильника элемент теплоотвода содержит площадку для размещения платы управления.
В другом частном примере реализации светильника площадка выполняется в виде углубления на поверхности элемента теплоотвода.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг. 1 иллюстрирует общий вид заявленного светильника.
Фиг. 2 иллюстрирует компоновку светодиодного модуля на элементе теплоотвода с крышкой.
Фиг. 3 иллюстрирует примеры конфигурации воздуховодов.
Фиг. 4 иллюстрирует пример выполнения элемента теплоотвода с площадкой для размещения платы управления.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Как представлено на Фиг. 1, заявленная конструкция светодиодного светильника (10) состоит из кожуха (101), покрывающего элемент теплоотвода (103), на котором размещаются плата управления (102), блок питания или драйвер (не показан на Фиг. 1) и светодиодный модуль (105).
Элемент теплоотвода (103) представляет собой корпус, который может выполняться различных форм и конфигураций, выполненный из материала (металла), имеющего высокую теплопроводность, например, алюминий, никель, медь, или сплав на основе этих металлов. На боковой стороне элемента теплоотвода (103) выполняются воздуховоды (104), которые представляют собой воздушные продольные каналы по всей длине элемента теплоотвода (103), через которые осуществляется циркуляция воздуха.
Плата управления (102) выполняется в виде печатной платы и содержит элементы, обеспечивающие управление свечением светодиодного модуля (105). Соединение платы управления (102) с блоком питания и светодиодным модулем (105) организовано стандартными средствами, например, с помощью кабельного соединения, прокладываемого в полости или по боковой части корпуса элемента теплоотвода (103).
Как показано на Фиг. 2 - Фиг. 3, на поверхности элемента теплоотвода (103), к которой крепится светодиодный модуль (105), например, с помощью крепежных элементов или клеящего состава, выполняются пазы (109). Пазы (109) предназначены для пропуска горячего воздуха, возникающего при нагреве светодиодного модуля (105) и его передачи в каналы воздуховодов (104) для последующего рассеивания.
Как показано на Фиг. 3 конструкция каналов воздуховодов (104) может иметь различную конфигурацию, например, прямоугольное сечение (поз. А)), фигурное сечение (поз. Б)), снабженное дополнительными переходами или вставками ((1043), от англ. Via, поз. В)). Каналы воздуховодов (104) выполняются в корпусе элемента теплоотвода (103) и ограничены стенками (1041). В частных случая каналы (поз. Б)) могут содержать дополнительные сквозные отверстия (1042), которые представляют дополнительные каналы для теплоотвода. Представленные на поз. В) переходы (1043) выполняются также из металла с высокой теплопроводностью, например, алюминий, никель, медь или их сочетаний, обеспечивая дополнительное рассеивание тепла. При этом представленные примеры конфигураций каналов или размещение переходов являются лишь одним из множества возможных вариаций их исполнения, не ограничивая иные частные исполнения, с сохранением конструктивных особенной для выполнения заявленным решением его технической функции.
На стенках (1041) каналов воздуховодов (104) может быть нанесен слой на основе керамического материала, обеспечивающий дополнительную эффективность теплового распределения. Также, слой керамического материала может быть нанесен на подложку светодиодного модуля (105) для обеспечения улучшенного теплоотвода в каналы воздуховодов (104). Керамический слой может быть выполнен на основе углерода, оксида кремния, оксида алюминия, оксида бора, нитрида титана и оксида гафния.
Кожух (101) фиксирует элемент теплоотвода (103) и светодиодный модуль (105) с помощью крышки (106), которая крепится к кожуху с помощью крепежных элементов, например, саморезов, уголков или защелок. На крышке (106) выполняется окно (107) для пропускания света от светодиодного модуля (105) и защиты элементов освещения от пыли, влаги и прочего. Кожух (101) может иметь также решетки, закрывающие воздуховоды (104), при этом решетки могут снабжаться сетчатыми фильтрами для препятствия загрязнению воздушных каналов.
На Фиг. 4 представлен пример размещения платы управления (102) в специальной площадке (110), которая выполнена в виде ниши на поверхности элемента теплоотвода (103). Применение площадки (110) позволяет уменьшить толщину или конфигурацию кожуха (101). Также, в площадке (110) может быть предусмотрен отсек для блока питания (драйвера) светильника (10).
Эффективное рассеивание тепла важно для светодиодов, потому что выходная мощность светодиодов часто снижается при повышении температуры. Когда температура достигает критической температуры, в некоторых примерах выше 130°С, выходная мощность светодиодов может упасть почти до нуля. Применение предложенной конструкции светильника (10) позволяет эффективно рассеивать тепло от светодиодов, так что светодиоды имеют более высокую выходную мощность (т.е. более яркую) и более длительный срок службы.
Применение элемента теплоотвода (103) позволяет рассеивать тепло в окружающий воздух быстрее, чем при использовании стандартных средств теплового отведения, например, радиаторов. Если окружающий воздух имеет температуру выше, чем твердое тело (корпус элемента теплоотвода), то передача тепла от окружающего воздуха к элементу теплоотвода (103) также будет происходить быстрее, обеспечивая более быстрое поглощение тепла и его рассеивание.
Представленные материалы заявки раскрывают предпочтительные примеры реализации технического решения и не должны трактоваться как ограничивающие иные, частные примеры его воплощения, не выходящие за пределы испрашиваемой правовой охраны, которые являются очевидными для специалистов соответствующей области техники.