СВЕТИЛЬНИК УЛИЧНЫЙ СВЕТОДИОДНЫЙ

Полезная модель относится к области светотехники, в частности к светильникам для освещения улиц, дорог, автомагистралей, площадей, дворовых территорий и т.д.
Известны светильники, включающие в себя следующие конструктивные узлы: корпус, источник света и пускорегулирующую аппаратуру, установленные в корпусе (см. например, Авторское свидетельство СССР №1241010, МПК F21S 13/10, опубл. 30.06.1986 г.). В известных светильниках все конструктивные элементы и корпус жестко связаны друг с другом, в зоне крепления корпуса светильника с опорой возникает двойная нагрузка - от веса самого корпуса и от веса источника света, отражателя, пускорегулирующей и осветительной арматуры, что приводит к вынужденному увеличению материалоемкости корпуса или к снижению срока эксплуатации последнего.
В последнее время широкое распространение получили световые приборы на светодиодах, которые имеют высокую степень защиты от воздействия окружающей среды и предназначены для эксплуатации в открытом пространстве, например, для уличного освещения населенных пунктов и дорог. Кроме высокой световой отдачи, малого энергопотребления, светодиоды обладают целым рядом других уникальных свойств. Благодаря нетепловой природе излучения светодиодов они обусловливают высокий срок службы, низкое питающее напряжение гарантируют высокий уровень безопасности, а безинерционность делает светодиоды незаменимыми, когда нужно высокое быстродействие. Сверхминиатюрность и встроенное светораспределение определяют другие, не менее важные достоинства светильника на светодиодах - компактность, вес, плоскость и удобство в установке.
Известен источник света, представляющей собой светодиодную линейку и состоящую из ряда светодиодов, установленных на линейную печатную плату, обеспечивающую их последовательное электрическое соединение и возможность подключения к источнику питания (см. Каталог продукции компании ПРОСОФТ, раздел полупроводниковая светотехника и оптоэлектроника. Выпуск 2 - 2006/07).
Недостаток известного источника света, выполненного в виде светодиодной линейки, заключается в необходимости изготовления и установки, в корпусе светотехнического устройства, охлаждающего радиатора и плотного винтового соединения линейки и радиатора, для обеспечения нужного теплового режима светодиодов.
Известен также светильник, содержащий корпус со светоизлучающими элементами, расположенными внутри корпуса, и источник питания (Патент РФ на полезную модель №27852, МПК F21V 11/00, опубл. 20.02.2003 г.). Известный светильник достаточно трудоемкий при сборке, так как требуется большое количество маломощных светодиодов для получения требуемого уровня освещенности.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому при использовании полезной модели техническому результату, является светильник, закрепляемый на опоре, содержащий корпус с источником света, установленным внутри корпуса, и блок питания (Авторское свидетельство СССР №1689720, МПК F21S 3/00, опубл. 31.03.1989 г.). В этом устройстве все конструктивные элементы и корпус жестко связаны друг с другом, в зоне крепления корпуса светильника с опорой возникает двойная нагрузка - от веса самого корпуса и от веса источника света, отражателя, пускорегулирующей и осветительной арматуры, что приводит к вынужденному увеличению материалоемкости корпуса или к снижению срока эксплуатации последнего. Кроме того, к недостаткам известной конструкции следует отнести сложность конструктивного исполнения, использование в качестве источника света разрядных ламп высокого давления (ДРЛ и ДнАТ), характеризующихся низкой цветопередачей, малым сроком службы, особыми условиями утилизации, значительными потерями светового потока при его перераспределении во внешней колбе и в материале самой колбы.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, заключается в создании уличного светильника с малым потреблением электроэнергии и повышенными светотехническими параметрами, простой конструкции, универсальной по способам установки, с улучшенными условиями охлаждения источника света.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящей полезной модели, заключается в улучшении условий охлаждения источников света (светодиодов) и расширении функциональных возможностей и
потребительских качеств, за счет возможности использования сверхмощных светодиодов (мощностью от 3 Вт., и выше) в уличных светильниках.
Задача, положенная в основу настоящей полезной модели, с достижением заявленного технического результата, решается тем, что в светильнике уличном светодиодном, закрепляемым на опоре, содержащем корпус с источником света, установленным внутри корпуса и блок питания, вся поверхность корпуса является охлаждающим радиатором, выполненным в виде пластин оребрения, установленных с трех сторон по периметру корпуса, источник света выполнен в виде светодиодного модуля, в котором светоизлучающие элементы, объединены, по меньшей мере, в четыре параллельные линейки последовательно соединенных сверхмощных светодиодов, при этом каждый из светодиодов крепится не только за счет пайки контактных выводов, но и за счет пайки теплоотводящей пятки светодиода к специальным, электрически нейтральным, контактам печатной платы.
Кроме того, печатная плата изготовлена на металлической пластине из алюминия, жестко закрепленной на корпусе, к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани прикреплена медная фольга.
Кроме того, печатная плата, изготовлена на подготовленной поверхности корпуса, к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани прикреплена медная фольга.
Кроме того, температурный датчик и система управления блока питания управляют излучаемой мощностью светодиодов в зависимости от атмосферной температуры.
Кроме того, блок питания светильника имеет разъем управления входным напряжением, позволяющий дистанционно управлять включением и выключением блока питания, различными внешними системами управления освещением.
Кроме того, светодиодный модуль покрыт защищающей, оптически прозрачной, эпоксидной смолой.
Отличительной особенностью предложенной полезной модели является конструктивное объединение в единую систему охлаждения теплоотводящих пяток корпусов светодиодов, печатной платы и корпуса-радиатора, управляемой интеллектуальной системой управления блока питания.
Выполнение источника в виде светодиодного модуля, в котором светоизлучающие элементы, объединены, по меньшей мере, в четыре
параллельные линейки последовательно соединенных светодиодов, обеспечивает равномерную освещенность и высокую надежность.
Использование в качестве внешней, «вторичной» оптики прочного полимерного заполняющего материала исключает механическое разрушение внешней оптики, запыление внутренних поверхностей, обеспечивает полную влагозащиту излучающего светодиодного модуля.
Предпочтительные варианты исполнения полезной модели описываются далее на основе представленных чертежей, где:
на фиг.1 показан общий вид светильника;
на фиг.2 - то же вид сверху;
на фиг.3 - то же вид сзади;
на фиг.4 показана структурная схема светильника;
на фиг.5 показана конструкция светодиода.
Светильник уличный светодиодный содержит корпус 1, узел 2 фиксации корпуса на опоре, блок питания 3 и светодиодный модуль 4.
Корпус 1 является радиатором, изготовленным из алюминия, методом литья под давлением и выполнен в виде пластин оребрения с трех сторон по периметру корпуса, для увеличения площади охлаждающей поверхности. Четвертая сторона выполнена ровной и предназначена для установки светодиодного модуля и блока питания. Кроме того, корпус 1 является силовым элементом конструкции светильника уличного светодиодного и имеет резьбовые отверстия для монтажа крепежных узлов, для различных способов крепления светильника. Использование концепции «корпус 1 и различные узлы, например крепежный узел 2» позволяет унифицировать светильник, для потребителя, по способам крепления и видам опорных поверхностей.
Блок питания 3 включает сетевой выпрямитель 5 со сглаживающим фильтром 6 входящего тока, преобразователь 7 напряжения (автогенератор) с импульсным трансформатором и устройством управления (ШИМ регулятор), выходной выпрямитель и фильтр 8, датчик тока 9, датчик напряжения 10, оптронную развязку 11 и датчик температуры 12. Принцип работы блока питания 3: при изменении входного напряжения и/или внешней нагрузки, в управляющей схеме производится коррекция по разнице сигнала управления и опорного сигнала посредством цепи обратной связи, с защитой от перегрузок - датчик тока 9, датчик напряжения 10, оптронная развязка 11, и защитой от перегрева - датчик температуры 12, которая регулирует ширину импульса питающего напряжения,
увеличивая или уменьшая его. В результате чего на выходе получается стабильное напряжение, стабильный ток (т.е. соответствующие постоянное напряжение и ток). Кроме того, выходной ток управляется температурным датчиком 12, регулируя излучаемую мощность светодиодов в зависимости от температуры алюминиевого основания печатной платы светодиодного модуля 4, тем самым, исключается перегрев кристаллов светодиодов. В блоке питания 3 предусмотрена защита от перегрузки и короткого замыкания, которая срабатывает автоматически. Кроме того, сетевой фильтр 8 имеет разъем управления входным напряжением, позволяющий дистанционно управлять включением и выключением блока питания, различными внешними системами управления освещением. Ресурс электронных приборов светильника в большинстве своем зависит от температуры, в которой они работают. Поэтому тепло выделяемое при работе блока питания 3 отводится на корпус 1, а далее конвектируется в атмосферу.
Светодиодный модуль 4 содержит 24 светодиода, соединенных в четыре параллельных линейки, из 6 последовательно соединенных светодиодов, размещенных на печатной плате. Такое соединение светодиодов на плате обусловлено компромиссом между распределением потребляемой светодиодами мощности (ток А * напряжение В) и не надежностью последовательных соединений. Последовательное соединение светодиодов позволяет уменьшить ток, проходящий через питающие провода и дорожки печатной платы, а, следовательно, уменьшить их сечение, но при выходе из строя одного светодиода, выходит из строя вся последовательная линейка. При выходе из строя одного светодиода в нашей конструкции, за счет параллельного соединения линеек, сохраняется работоспособность светодиодного модуля, с потерей эффективности максимум на 25%. Каждый светодиод содержит полупроводниковый светоизлучающий элемент (чип, кристалл) 14, который установлен на медной теплоотводящей пятке 16, которая соединена, методом пайки, с печатной платой 17. К печатной плате 17 подсоединены электрические контакты 18, соединяющие печатную плату 17 с чипом 14. Корпус светодиода 15 с чипом 14 сверху закрыты линзой 19. Печатная плата 17, изготовлена на металлической пластине из алюминия, к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани (препрега) прикреплена медная фольга 20. Теплопроводный препрег - представляет собой керамический или заполненный бором материал, который производится специально для рассеяния большого количества тепла. Теплопроводность этого материала часто в 8-12 раз превышает
теплопроводность классического текстолита FR4. В конструкции светильника применяются светодиоды с высокоэффективными мощными излучающими lnGaN/A1203 кристаллами, установленными в корпус 15, позволяющий достичь высоких теплоотводящих и светопередающих качеств, определяющий направление, пространственное распределение, интенсивность излучения, электрические, тепловые, энергетические и другие характеристики излучения от полупроводникового кристалла 14. Тепло выделяемое гетеропереходом отводится, на печатную плату 17 и корпус 1 светильника, через мощное медное основание кристаллодержателя - теплоотводящую пятку 16 и контактные выводы 18. Особенностью светодиодного модуля является алюминиевая основа печатной платы, выполненная взамен классической текстолитовой. Это решение исключает проблему ухудшения теплоотводящих свойств печатной платы вследствие теплового расширения, коробления и образования воздушной прослойки между светодиодом и корпусом 1 светильника. Алюминиевая основа печатной платы, подложки чипов светодиодов и контактные выводы светодиодов имеют примерно равный коэффициент теплового расширения, это решает проблему разрушения паяных соединений, разрушения выводов светодиодов и дорожек печатной платы вследствие перепада температуры от атмосферной до рабочей. Исключению выше перечисленных проблем посвящено еще одно конструктивное решение в светодиодном модуле. Светодиоды, с помощью автоматической линии, крепятся не только за счет пайки контактных выводов, но и за счет пайки теплоотводящей пятки светодиода к специальным, электрически нейтральным, контактам печатной платы. Печатная плата светодиодного модуля имеет специальное светоотражающее покрытие, выполняющее роль защитной маски и светоотражателя.
Важную роль в долговечности уличного светильника является защита от воздействий окружающей среды, поэтому все электронные приборы светильника покрыты влаго - и пыле - защищающими покрытиями. Блок питания покрыт, методом окунания, прочным, эластичным специальным лаком.
Светодиодный модуль, автоматизированным методом заполнения, покрыт оптически прозрачной эпоксидной смолой UR 5562, выполняющей, так же, роль вторичной оптики.
Все металлические детали светильника покрыты антикоррозионными покрытиями, железные - высокотемпературной порошковой эмалью, алюминиевые - химическим анодированием.
Светильник уличный светодиодный позволяет существенно сократить расходы электроэнергии на освещение, за счет малого энергопотребления и высокого светового потока, уменьшить расходы на монтаж и обслуживание, за счет увеличения срока службы, уменьшения сечения питающих проводов. Кроме того, моментальный выход (не более 1 сек) на рабочий режим и наличие в блоке питания системы дистанционного управления, позволяет включать светильники нашей конструкции в интеллектуальные системы управления освещением (датчики движения, датчики освещенности и т.д.).