СВЕТИЛЬНИК СВЕТОДИОДНЫЙ СЕТЕВОЙ ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ

Настоящее техническое решение относится к светотехнике, а именно, к устройствам для освещения офисных, жилых, производственных, складских, торговых и других внутренних помещений и может быть использовано для прямой замены электрических ламп накаливания.
Пути решения проблемы энергосбережения различны. Можно экономить электроэнергию, которая потребляется на освещение, заменяя повсеместно распространенные лампы накаливания и газоразрядные лампы на светодиодные источники света - светодиодные модули, коэффициент полезного действия которых значительно выше. Однако при существующем уровне техники стоимость светодиодных светильников еще слишком высока, что считается основным фактором, препятствующим широкому внедрению этих высокоэффективных осветительных приборов. Одной из причин описанной ситуации является сложность конструкции светильников на основе светодиодных модулей.
Известен светильник, который содержит светодиоды, печатную плату, радиатор и рефлектор (JP 449501 (В2), МПК F21S 8/04, F21V 29/00, F21Y 101/02, от 30.06.2010 г.). Предложение автора закрепить светодиоды непосредственно на радиаторе, позволило обеспечить эффективный отвод тепла от них, а использование рефлектора позволяет уменьшить ослепляющий эффект от светодиодов. Однако наличие дорогостоящего радиатора и использование рефлектора, который к тому же не полностью отражает световой поток светодиодов, усложняет конструкцию светильника, что является недостатком известного устройства.
Наиболее близким к заявленному техническому решению и принятого в качестве прототипа является светильник энергосберегающий, содержащий светодиодный источник света, осветительную арматуру в виде ребристого или игольчатого корпуса-радиатора и плафона-рассеивателя (RU 93929 (U1), МПК F21S 8/00, от 15.09.2009 г.). Задачи эффективного отвода тепла и уменьшения ослепляющего эффекта от светодиодов решены и в этой конструкции. Но использование в светильнике мощных светодиодов в ограниченном пространстве из-за яркости малой площади излучения света потребовало применение плафона из материала с большим количеством наполнителей для уменьшения ослепляющего эффекта, который неизбежно поглощает часть светового излучения светодиодов. А их плотная установка даже на печатную плату с металлическим основанием из-за плохих условий охлаждения, вызванных скученностью светодиодов в пространстве, ограниченном размерами плафона-рассеивателя, позволила эффективно охлаждать светодиоды только с использованием корпуса-радиатора увеличенного размера и сложной формы. Поэтому недостатки и этого известного устройства заключаются в сложности конструкции светильника, высокой трудоемкости изготовления и большой стоимости его осветительной арматуры.
Данное техническое решение способствует устранению недостатков рассмотренных светильников. Упростить конструкцию светодиодного светильника можно за счет осветительной арматуры, например, убрав из существующей конструкции корпус-радиатор и плафон-рассеиватель, тем самым открыв источник света - светодиодный модуль. Но при этом изменятся условия работы светодиодов. Светодиодный модуль хоть и окажется в условиях окружающей среды, но, все равно, теплоотвод от светодиодов окажется недостаточным для обеспечения их рабочего температурного режима, а яркость свечения кристалла светодиода будет слепить наблюдателя в полной мере. Поэтому задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является улучшение теплофизических параметров и эргономических показателей светодиодного светильника упрощенной конструкции.
Поставленная задача решается посредством следующей совокупностью признаков. Предлагается светильник светодиодный сетевой общего назначения, включающий светодиодный модуль, выполненный в виде печатной платы с металлическим основанием, на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены планарные светодиоды, суммарная мощность W которых:
W=N∗Р,
где N - количество всех светодиодов в шт, Р - мощность одного светодиода в Вт, и прикрепленную к светодиодному модулю осветительную арматуру, выполненную в виде средства присоединения к электрической сети со встроенным блоком питания. В отличие от прототипа, в нем планарные светодиоды установлены на печатной плате равномерно и каждый из них имеет мощность Р не более 0,5 Вт, а печатная плата содержит место для крепления осветительной арматуры и имеет площадь S не менее:
S=W∗8,0 кв.см/Вт.
Каждый планарный светодиод может иметь мощность:
P=0,5 Вт,
печатная плата может иметь форму плоской прямоугольной пластины, основание печатной платы может быть выполнено из алюминия, место для крепления осветительной арматуры может быть расположено в центре печатной платы, а средство присоединения к электрической сети может быть выполнено в виде винтового цоколя.
Планарные светодиоды могут быть установлены в количестве:
N=8 шт.
Планарные светодиоды могут быть установлены в количестве:
N=14 шт.
Планарные светодиоды могут быть установлены в количестве:
N=24 шт.
В заявляемом техническом решении, благодаря использованию в светодиодном модуле, который получает питание через устройство присоединения к электрической сети и блок питания, относящихся к осветительной арматуре, прикрепленной к светодиодному модулю в месте для крепления на печатной плате, планарных светодиодов мощностью не более 0,5 Вт и печатной платы с металлическим основанием и площадью не менее рекомендованной обеспечивается достаточная равномерная рассредоточенность светодиодов по всей площади печатной платы, чтобы эффективно рассеивать тепло посредством ее металлического основания во внешнюю среду без использования радиатора, и при этом одновременно распределять свечение по всей площади печатной платы, уменьшая тем самым опасность ослепления наблюдателя, без использования рассеивателя. Поэтому техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является упрощение конструкции светодиодного светильника.
Сущность технического решения поясняется чертежами, на которых изображено следующее. На фиг.1 представлена одна из возможных конструкций светильника светодиодного сетевого общего назначения, вид с боку. На фиг.2 представлены варианты той же конструкции с разным количеством планарных светодиодов, равным 8 шт, 14 шт и 24 шт, наложенные друг на друга, вид на печатную плату.
Предлагаемое устройство состоит из светодиодного модуля (1), выполненного в виде печатной платы (3) с металлическим основанием (4), на которой методом автоматического поверхностного монтажа установлены планарные светодиоды (5) с заданной суммарной мощностью, и прикрепленной к светодиодному модулю (1) осветительной арматуры (2), выполненной в виде средства присоединения к электрической сети (6) со встроенным блоком питания (7). Планарные светодиоды (5) установлены на печатной плате (3) равномерно и каждый из них имеет мощность не более 0,5 Вт, а печатная плата (3) содержит место для крепления (8) осветительной арматуры (2) и имеет площадь не менее 8,0 кв.см на каждый Вт суммарной мощности всех светодиодов.
Из-за неблагоприятного соотношения своих размеров к выделяемой мощности светодиод является сосредоточенным излучателем энергии (75% подводимой к светодиоду мощности преобразуется в тепло и 25% преобразуется в свет). Поэтому за счет оптимальных условий теплоотвода от сосредоточенного источника тепла ограниченной мощности частью сплошной пластины из теплопроводного материала, какой является металлическое основание печатной платы, достаточного размера, которая расположена непосредственно под каждым из планарных светодиодов, и более интенсивной конвекции вокруг печатной платы в открытом типе светильника, каким является описываемое устройство, эффективно отводимое тепло быстрее рассеивается во внешней среде. И так как световое излучение светодиода пропорциональна его мощности, то светодиод ограниченной мощности имеет и меньшую яркость свечения своего кристалла.
Работает устройство следующим образом. При подаче на средство присоединения к электрической сети (6) переменного электрического напряжения, блок питания (7) начинает вырабатывать низковольтное стабилизированное питание, которое подается на вход светодиодного модуля (1). Это обеспечивает протекание прямого постоянного электрического тока через планарные светодиоды (5), которые при таком воздействии, нагреваясь, излучают свет. Так как световой поток планарных светодиодов (5) не отражается от рефлектора и не проходит через плафон, то его потери сведены к минимуму, при этом светящаяся область, распределенная по всей площади печатной платы, более благоприятна для глаз наблюдателя. Открытая, без корпуса и плафона, конструкция светодиодного светильника позволяет металлическому основанию (4) печатной платы (3) рекомендованных размеров эффективно отводить тепло от равномерно рассредоточенных по всей ее площади планарных светодиодов (5) мощностью не более 0,5 Вт, сохраняя их температурный режим в диапазоне, рекомендованном производителем, что положительно влияет на срок их службы. Осветительная арматура (2), прикрепленная к светодиодному модулю (1) в месте для крепления (8) на печатной плате (3), не нагревается сама и не мешает теплоотводу от металлического основания (4) печатной платы (3).
Для определения параметров светодиодного модуля во внимание были приняты следующие соображения. С одной стороны, если использовать планарные светодиоды мощностью не более 0,5 Вт, то вполне приемлемым будет монтаж светодиодов на обычные печатные платы из текстолита. Однако при рассеивании более высоких мощностей или в условиях повышенной температуры окружающей среды может потребоваться использование специальных печатных плат с металлическим основанием. Так, например, при рассеивании суммарной мощности планарных светодиодов до 10,0-15,0 Вт лучше использовать именно такую плату. С другой стороны, для планарного светодиода мощностью 1,0 Вт (при условии естественной незатрудненной конвекции при 25°C) нужна печатная плата с металлическим основанием площадью не менее 6,5 кв.см. Если площадь печатной платы под планарным светодиодом примерно соответствует данному значению, то такой светодиодный модуль не нуждается в дополнительном теплоотводе при работе светодиода в номинальном режиме. Однако при работе в сложных условиях повышенной температуры окружающей среды без применения дополнительного охлаждения, нужен или дополнительный теплоотвод, или увеличение площади печатной платы. Дополнительно принимая во внимание, что с ослепляющим действием можно бороться только распределением излучаемого света по большей площади (увеличением видимого размера светящейся области), и для увеличения надежности светодиодного светильника, остановимся на следующих параметрах светодиодного модуля: мощность каждого планарного светодиода должна быть не более 0,5 Вт и распределены они должны быть равномерно так, чтобы на каждый Вт их суммарной мощности приходилось не менее 8,0 кв.см. печатной платы. То есть, на один планарный светодиод мощностью 0,5 Вт необходимо не менее 4,0 кв.см. печатной платы с металлическим основанием, а на 0,1 Вт - не менее 0,8 кв.см. Таким образом, выбор оптимальных параметров светодиодного модуля позволяет упростить конструкцию светодиодного светильника.
В качестве практического применения приведем несколько вариантов предлагаемого устройства, предназначенных для прямой замены некоторых ламп накаливания. Средством присоединения к электрической сети такого светодиодного светильника будет винтовой цоколь. А с целью уменьшения себестоимости этих вариантов светильника для их печатной платы выберем форму прямоугольной плоской платины с основанием из алюминия. Так как традиционные лампы накаливания мощностью 40 Вт, 60 Вт и 100 Вт имеют световой поток соответственно 415 лм, 715 лм и 1350 лм, а существующие планарные светодиоды имеют светоотдачу порядка 100 лм/Вт, то соответствующая суммарная мощность подобных светодиодных светильников равна 4,15 Вт, 7,15 Вт и 13,50 Вт. Тогда при использовании планарных светодиодов, мощность каждого из которых будет максимально возможной, то есть равной 0,5 Вт, их количество в светодиодном модуле окажется по 8 шт, 14 шт и 24 шт со световыми потоками 400 лм, 700 лм и 1200 лм соответственно. При этом печатные платы для таких светодиодных модулей можно изготовить следующих размеров:
6 см∗6 см=36 кв.см,
6 см∗10 см=60 кв.см,
10 см∗10 см=100 кв.см,
что вполне приемлемо для использования.