СВЕТОДИОДНЫЙ СВЕТИЛЬНИК С РЕЗЕРВИРОВАНИЕМ

Полезная модель относится к светодиодным осветительным устройствам с резервированием и может быть использована для уличного и наружного освещения охраняемых территорий и объектов.
Известно устройство, содержащее светодиоды, адаптер с изменяемым напряжением питания, используемый в режиме регулировки яркости светодиодов, коммутатор (см., например, патент RU 197321 МПК Н05В 35/00 на полезную модель «Устройство управления светодиодным светильником», авторов Кузьменко В.П. и др., опубликовано 21.04.2020. Бюл. №12).
Недостатком известного устройства является то, что с целью увеличения срока службы светильника уменьшают яркость свечения светодиодов, что приводит к преднамеренному снижению светотехнических характеристик, заложенных в светодиодах и, как следствие, к ухудшению качества освещения.
Известен светильник с резервным источником света, содержащий подключенный к сети электроснабжения источник питания, основной источник света, резервный источник света, датчик тока, электронный коммутатор, формирователь импульсов, сигнальный источник света (см. патент №2305916 МПК Н05В 39/00 «Осветительное устройство с резервной лампой», авторов Юдин В.В. и Юдин М.В. Опубликовано 10.09.2005 г. Бюл. №25).
Недостатком известного устройства является то, что резервирование предусмотрено только для источников света. Для пускорегулирующей аппаратуры резервирования нет, надежность резервирования при этом уменьшается.
При эксплуатации светильника в сетях наружного освещения атмосферные осадки образуют наледь на светильнике в зимнее время. Ледяная оболочка нарушает работу механических деталей сигнализатора при переключении на резервное освещение. В этом случае обнаружить светильник с перегоревшим источником света в дневное время невозможно, т.к. сигнальный источник света работает только в темное время суток.
В светильнике реализовано резервирование замещением, когда резервный источник света не нагружен, находится на хранении и подключается по необходимости (см., например, Шишмарев В.Ю. Надежность технических систем: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Ю. Шишмарев. - М.: Издательский центр «Академия», 2010, стр. 106-107). При этом наличие коммутатора для переключения на резервный источник света снижает надежность резервирования.
Наиболее близким по назначению к заявленной полезной модели по совокупности признаков является светодиодный светильник с резервированием, подключенный к сети электроснабжения, содержащий две группы светодиодов, первый и второй адаптеры, аккумуляторную батарею, схему подзарядки аккумулятора, датчик тока (ключевой каскад), первый компаратор, электронный коммутатор, первую и вторую шины питания (см., например, патент RU №143060 МПК F21S 8/00 на полезную модель «Светильник лифтовый», авторов Росляков А.В. и Романов А.В. Опубликовано 10.07.2014 г. Бюл. №19) и принятый за прототип.
Недостатком известного светильника, принятого за прототип, является то, что в режиме резервирования светильник светит не на полную яркость. Резервное освещение не может быть включено длительное время и зависит от емкости аккумулятора. Схема управления резервированием питается от адаптеров, и надежность резервирования зависит от надежности адаптеров и электронного коммутатора.
Технический результат заключается в улучшении светотехнических характеристик и увеличении надежности работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в светодиодный светильник с резервированием, подключенный к сети электроснабжения и содержащий первый и второй адаптеры, выходы которых соединены с основной группой и с резервной группой светодиодов соответственно, датчик тока, электронный коммутатор, первый компаратор напряжения, первую и вторую шины питания, схему подзарядки аккумулятора, аккумулятор, отличие заключается в том, что в него дополнительно введены источник питания, первый и второй источники опорного напряжения, второй компаратор напряжения, логический элемент 2ИЛИ, формирователь импульсов, первый и второй D-триггеры, реле времени, генератор импульсов, первый и второй логические элементы 2И, сигнальный светодиод так, что входы источника питания, датчика тока, схемы подзарядки аккумулятора подключены к сети электроснабжения, вход питания второго адаптера соединен с выходом датчика тока, а вход питания первого адаптера соединен с выходом датчика тока через электронный коммутатор, первая шина питания соединена с выходом источника питания, цепями питания первого и второго источников опорного напряжения, первого и второго компараторов напряжения, логического элемента 2ИЛИ, формирователя импульсов, первого D-триггера и электронного коммутатора, и выходы источников опорного напряжения соединены со вторыми входами первого и второго компараторов напряжения соответственно, первые входы которых соединены с информационным выходом датчика тока, и выход каждого компаратора напряжения соединен с соответствующим входом логического элемента 2ИЛИ, выход которого соединен с входами первого и второго D-триггеров, а на информационном входе D-триггеров присутствует логическая единица, и выход формирователя импульсов соединен с входами установки нуля первого и второго D-триггеров, а выход первого D-триггера соединен с входами управления электронного коммутатора и второго адаптера, вторая шина питания соединена с выходом схемы подзарядки аккумулятора, клеммами аккумулятора, цепями питания реле времени, генератора импульсов, первого и второго логических элементов 2И и второго D-триггера, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго логических элементов 2И, и первый вход первого логического элемента 2И соединен с выходом реле времени, а первый вход второго логического элемента 2И соединен с выходом генератора импульсов, и выход первого логического элемента 2И соединен с входом генератора импульсов, а выход второго логического элемента 2И соединен с сигнальным светодиодом, причем цепи питания адаптеров, первой и второй шины питания имеют общий нейтральный провод.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Светодиоды светильников питаются от адаптеров, преобразующих переменное напряжение в постоянное. Интенсивность отказов адаптеров превышает интенсивностью отказов светодиодов, поэтому необходимо предусматривать при обеспечении бесперебойной работы светильника переключение и на резервные светодиоды, и на резервный адаптер. Отказы светильника могут быть связаны как с появлением обрывов, так и коротких замыканий в адаптере и/или светодиодах. В первом случае через датчик тока 1 (см. фиг.) ток не протекает, во втором случае происходит резкое увеличение тока. Также возможно появления повышенного или пониженного напряжения питания из-за неисправности в адаптере или в светодиодах. Переменный ток преобразуется датчиком тока 1 в постоянное напряжение, которое снимается с информационного выхода датчика тока, и его величина изменяется пропорционально изменению переменного тока.
В предлагаемой полезной модели электронный коммутатор 2 не переключает первый адаптер 3 с основной группой светодиодов 4 на второй адаптер 6 с резервной группой светодиодов 7, а отключает при неисправностях первый адаптер с основной группой светодиодов. Переключение электронного коммутатора 2 осуществляется по входу управления напряжениями логических уровней на выходе первого D-триггера 14. Логический ноль переводит канал электронного коммутатора 2 в проводящее состояние, а логическая единица размыкает канал. Второй адаптер 6 при наличии логического нуля на входе управления работает в облегченном режиме, (см., например, Шишмарев В.Ю. Надежность технических систем: учебник для студ. высш. учеб. заведений / В.Ю. Шишмарев. - М.: Издательский центр «Академия», 2010, стр. 104). В этом режиме на выходе адаптера устанавливается напряжение, которое ниже напряжения, необходимого для нормальной эксплуатации светодиодов. Второй адаптер 6 и вторая группа светодиодов 7 при этом незначительно нагреваются, а светодиоды могут излучать свет. Облегченный режим способствует повышению надежности резервирования. При поступлении на вход управления второго адаптера логической единицы, на его выходе устанавливается полное рабочее напряжение.
Токи короткого замыкания могут повредить адаптер, светодиоды или коммутатор с выгоранием этих элементов и образованием обрыва в цепи питания. На надежность переключения на резервную группу светодиодов это не влияет, так как обрыв в цепи приведет к включению резервной группы светодиодов 7 на полное напряжение питания. При незначительных изменениях тока питания, но при выходе за нижний и верхний пределы тока и, соответственно, опорных напряжений компараторов напряжения, вероятность выгорания уменьшается и уменьшается вероятность отказа коммутатора.
Кроме цепи питания адаптеров, основной и резервной группы светодиодов, подключенной к сети электроснабжения к фазному и общему нейтральному проводам, в светильнике применены две шины питания с общим нейтральным проводом для переключения на резервную группу светодиодов 7 и включения сигнального светодиода 21. Первая шина питания 23 соединяет выход источника питания 5 и цепи питания схемы переключения на резервную группу светодиодов 7: источников опорного напряжения 8 и 10, компараторов напряжения 9 и 11, логического элемента 2ИЛИ 12, формирователя импульсов 13, первого D-триггера 14 и электронного коммутатора 2. В зависимости от схемотехнической реализации схем переключения и используемой номенклатуры электрорадиокомпонентов, источник питания 5 может иметь несколько выходов с различными напряжениями питания. Вторая шина питания 24 соединяет выход схемы подзарядки аккумулятора 15, объединенному с клеммами аккумулятора 16, с цепями питания схемы включения сигнального светодиода 21: реле времени 17, генератора импульсов 19, первого и второго логических элементов 2И 18 и 20, второго D-триггера 22. Нагрузкой генератора импульсов 19 является сигнальный светодиод 21, который светится при появлении неисправностей в первом адаптере 3 и/или основной группе светодиодов 4. Время включения сигнального светодиода задает реле времени 17. Это время привязано к времени объезда светильников обслуживающей организацией в светлое время суток. Сигнальный светодиод 21 переключается генератором импульсов 19.
На фигуре представлена структурная схема светодиодного светильника с резервированием, подключенного к сети электроснабжения.
Светильник содержит датчик тока 1, электронный коммутатор 2, первый адаптер 3, основную группу светодиодов 4, источник питания 5, второй адаптер 6, резервную группу светодиодов 7, первый источник опорного напряжения 8, первый компаратор напряжения 9, второй источник опорного напряжения 10, второй компаратор напряжения 11, логический элемент 2ИЛИ 12, формирователь импульсов 13, первый D-триггер 14, схему подзарядки аккумулятора 15, аккумулятор 16, реле времени 17, первый логический элемент 2И 18, генератор импульсов 19, второй логический элемент 2И 20, сигнальный светодиод 21, второй D-триггер 22, первую шину питания 23, вторую шину питания 24.
Светильник работает следующим образом. Светильник подключен к сети электроснабжения. В исходном состоянии после подачи напряжения на светильник в вечернее время включается источник питания 5. Выход источника питания 5 соединен первой шиной питания 23 с цепями питания источников опорных напряжений 8 и 10, компараторов напряжений 9 и 11, электронного коммутатора 2, логического элемента 2ИЛИ 12, первого D-триггера 14. Постоянное напряжение с источника питания 5 подается также на формирователь импульсов 13. Сформированный при включении импульс с «отрицательным» передним фронтом по входу установки нуля устанавливает выходы первого 14 и второго 22 D-триггеров в состояние логического нуля. Второй адаптер 6 устанавливается в облегченный режим работы, канал электронного коммутатора 2 переходит в проводящее состояние. Через датчик тока 1 и электронный коммутатор 2 переменное напряжение сети электроснабжения подается на адаптер 3, преобразующий переменное напряжение в постоянное для питания основной группы светодиодов 4. На второй адаптер 6 напряжение сети электроснабжения поступает с выхода датчика тока 1. Резервная группа светодиодов 7, являющаяся нагрузкой второго адаптера 6, начинают светиться в облегченном режиме. Общая освещенность светильника обеспечивается основной группой светодиодов 4, работающих в нормальном режиме, и резервной группой светодиодов 7, работающих в облегченном режиме.
Вторая шина питания 24 постоянно находится под напряжением, подключена к выходам схемы подзарядки аккумулятора 15 и клеммам аккумулятора 16, а также к цепям питания реле времени 17, первого 18 и второго 20 логических элементов 2И, генератора импульсов 19, второго D-триггера 22. Аккумулятор 16 после включения схемы подзарядки аккумулятора 15 начинает подзаряжаться. Логический ноль с выхода второго D-триггера 22 поступает на вторые входы первого 18 и второго 20 логических элементов 2И. На первом входе первого логического элемента 2И также присутствует логический ноль, поступающий с реле времени 17. Генератор импульсов 19 заблокирован логическим нулем с выхода первого логического элемента 2И 18. Генерация импульсов отсутствует, а сигнальный источник света 21 выключен уровнем логического нуля с выхода второго логического элемента 2И 20. Реле времени 17 включается в заданное дневное время суток на заданный интервал времени.
Переменный ток потребления преобразуется в датчике тока 1 в постоянное напряжение, которое с информационного выхода датчика тока подается на первые входы первого 10 и второго 12 компараторов напряжения. На второй вход первого компаратора напряжения 10 поступает опорное напряжение с источника опорного напряжения 9, соответствующее выбранному, например, нижнему предельному току потребления светильника. На второй вход второго компаратора напряжения 12 поступает опорное напряжение с источника опорного напряжения 11, соответствующее выбранному верхнему предельному току потребления светильника. При наступлении светлого времени суток напряжения в сети электроснабжения выключается и обесточивается цепь питания адаптера 3, основной группы светодиодов 4, второго адаптера 6, резервной группы светодиодов 7, первой шины питания 23.
В отсутствии неисправностей светильника в течение светлого времени суток на выходе первого 18 и второго 20 логических элементов 2И присутствует логический ноль, так как на выходе второго D-триггера 22 присутствует уровень логического нуля. Логический ноль блокирует включение генератора импульсов 19 и сигнального светодиода 21.
При повторной подаче напряжения питания на светильник на следующие сутки в вечернее время в безаварийном режиме, работа схемы повторяется.
При обрыве, при коротком замыкании или при выходе тока потребления за нижний или верхний пределы при возникновении неисправностей в адаптере 3 или в основной группе светодиодов 4, увеличится или уменьшится и постоянное напряжение на информационном выходе датчика тока 1. Соответственно при обрыве или при уменьшении тока потребления светильника ниже порога сработает компаратор 9, а при коротком замыкании или превышении тока потребления порога срабатывания - компаратор 11. Перепад напряжения с выхода одного из двух компараторов через логический элемент 2ИЛИ 13 поступает на входы первого 14 и второго 22 D-триггеров, на информационном D входе которых постоянно присутствует логическая единица «1». На выходе триггеров устанавливается уровень логической единицы. Логическая единица на выходе первого D-триггера 14 переключает канал электронного коммутатора 2 в непроводящее состояние. Первый адаптер 3 и основная группа светодиодов 4 обесточиваются, а второй адаптер 6 и резервная группа светодиодов 7 переключаются из облегченного режима в режим работы с полным напряжением. Логическая единица на выходе второго 22 D-триггера передается на вторые входы первого 18 и второго 20 логических элементов 2И. Общая освещенность обеспечивается вторым адаптером и резервной группой светодиодов 7, переключенных на полное напряжение питания.
При выключении напряжения в сети электроснабжения в светлое время суток светильник обесточивается в цепи питания основных 4 и резервных 7 групп светодиодов и в первой шине питания 23. Вторая шина питания 24 находится под напряжением аккумулятора 16. В заданное время на заданный интервал времени реле времени 17 на своем выходе устанавливает уровень логической единицы. На выходе первого логического элемента 2И 18 устанавливается тоже уровень логической единицы, который разблокирует генератор импульсов 19. Второй логический элемент 2И 20 пропускает импульсы с генератора 19 на сигнальный светодиод 21.
При подаче напряжения питания на светильник, находящийся в аварийном состоянии на следующие сутки в вечернее время, повторяется работа схемы в безаварийном режиме с последующим переключением на резервную группу светодиодов 8 в аварийном режиме.
Таким образом, достигнут технический результат полезной модели, заключающийся в улучшении светотехнических характеристик и увеличении надежности работы. Переключение светильника на резервное освещение обеспечивается при коротких замыканиях, обрывах, повышенных или пониженных токах потребления в цепи питания светодиодов. Перевод работы сигнального светодиода из ночного времени на дневное позволил увеличить надежность сигнального устройства независимо от погодных условий. Резервное освещение осуществляется при полном токе потребления, что не снижает светотехнических характеристик светильника.