Светодиодная безрезисторная линейка Ермакова В.Ф.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ
Предлагаемая полезная модель относится к области светотехники и может найти применение при производстве светодиодных светильников.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Предшествующий до даты приоритета предлагаемой полезной модели уровень техники отражает обобщение, изложенное в [1]: «В светодиодных лампах свет возникает при прохождении тока через p-n-переход светодиода, после чего он пропускается через люминофор. Соотношение световой энергии и полной мощности светодиодных ламп последнего поколения может достигать 30%».
Столь низкая светоотдача светодиодных ламп и светильников обусловлена рекомендацией, приводимой в старых и новых учебниках по электронике (см., например, [2] о необходимости подключения светодиода к источнику через токоограничивающий резистор, которым задается необходимый ток через светодиод. Как следствие этой рекомендации, у разработчиков светодиодных ламп и светильников возникает психологический барьер, запрещающий непосредственное подключение светодиода к источнику без токоограничивающего резистора.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемой светодиодной безрезисторной линейке является светодиодная линейка [3], которая содержит m последовательно соединенных через разъемы светодиодных блоков, каждый из которых содержит светодиодную цепочку из n (где n=3…) последовательно соединенных светодиодов и токоограничивающий резистор.
Недостатком прототипа являются значительные потери электроэнергии на токоограничивающих резисторах светодиодных блоков линейки.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - снижение потерь электроэнергии.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что светодиодная линейка, которая содержит m светодиодных блоков, последовательно соединенных через разъемы, каждый i-й светодиодный блок содержит светодиодную цепочку из n (где n=3…) последовательно соединенных светодиодов, анод первого светодиода цепочки подключен к розетке i-того разъема, катод последнего светодиода цепочки подключен к розетке (i+1)-го разъема.
СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ И ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Существенными отличиями предлагаемой светодиодной безрезисторной линейки являются исключение токоограничивающих резисторов из светодиодных блоков, а также использование новых связей между элементами линейки. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение технического результата - снижения потерь электроэнергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Схема светодиодной безрезисторной линейки представлена на фиг. 1. На фиг. 2 приведена схема одного из светодиодных блоков, которые являются одинаковыми. Фиг. 3 используется для иллюстрации технического результата, достигаемого предлагаемой полезной моделью.
Схема светодиодной безрезисторной линейки (фиг. 1) содержит т светодиодных блоков (СБ) 1-2, последовательно соединенных через разъемы 3-4.
Схемы светодиодных блоков 1-2 идентичны. Схема СБ 1 (фиг. 2) содержит светодиодную цепочку из n (где n=3…) последовательно соединенных светодиодов 5-6, анод первого светодиода 5 цепочки подключен к розетке i-того разъема 7, катод последнего светодиода 6 цепочки подключен к розетке (i+1)-го разъема 8.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ
Рассмотрим работу светодиодной безрезисторной линейки.
Вначале рассмотрим работу серийно производимых светодиодных линеек с токоограничивающими резисторами. «Светодиодная линейка выполняется на жесткой (алюминиевой) основе, на поверхности которой размещены светодиоды (тип - SMD). Светодиодные линейки могут применяться для подсветки в алюминиевом профиле, подсветки периметра подвесных потолков и т.п.» [3].
В качестве примера рассмотрим светодиодную линейку 5630 (5730) 72 LED 12V со светодиодами SMD 5630 (5730) [3]. Линейка имеет следующие характеристики: количество светодиодов на 990 мм 72, мощность 25 Вт, минимальный отрезок линейки 41,25 мм (на котором размещены 3 светодиода и токоограничивающий резистор - см. фиг. 3), который получает питание от блока питания (БП) с выходным напряжением 12 В постоянного тока [4], ширина линейки 25 мм. При таком БП короткий проводник между разъемами 9 и 10 светодиодных блоков 1-2 разрезают, вытаскивают обрезки провода как вилки из разъемов 9 и 10, а затем с помощью других соединительных проводов собирают параллельно столько светодиодных блоков, сколько нужно для общей мощности светодиодного светильника. Алюминиевое основание линейки одновременно выполняет роль радиатора.
Количество СБ на линейке равно n=72/3=24.
СБ
Мощность СБ равна Р=25/24=1,0417 Вт.
Номинальный прямой ток светодиода равен
ПР
СБ
БП
I=Р/U=1,0417/12=86,8 мА.
Суммарный ток при 24 СБ, потребляемый от БП, равен
0,0868×24=2,0832 А.
Для питания 24 СБ выбираем БП по [4] типа ARPV-12036-D, который имеет следующие характеристики: выходное напряжение постоянного тока 12 В, максимальный выходной ток 3,0 А, максимальная выходная мощность 36 Вт, КПД 84%.
пр
Прямое падение напряжения на светодиоде в прямом направлении при номинальном токе U=3,2 В.
Сопротивление токоограничивающего резистора
R1=(12-9,6)/0,06=40 Ом.
Бесполезный расход электроэнергии на токоограничивающем резисторе равен
R
P=(12-9,6)×0,0868=0,20832 Вт.
Из сети блоком питания одного СБ потребляется суммарная мощность
Σ
СБ
P=Р/η=1,0417/0,84=1,24 Вт.
Св
пp
пр
Мощность светодиодов СБ, затрачиваемая на излучение (полезная мощность) равна Р=3×U×I=3×3,2×0,0868=0,833 Вт.
Суммарные потери мощности равны ΔР=1,24-0,833=0,407 Вт.
Вывод: Изготовление светильников из светодиодных блоков светодиодной безрезисторной линейки по сравнению с прототипом за счет исключения потерь мощности на токоограничивающих резисторах и в блоке питания позволяет снизить расход электроэнергии на
(0,407/1,24)×100=32,8%.
Путем применения предлагаемой светодиодной безрезисторной линейки могут быть реализованы схемы светодиодных светильников по патентам [5-7]. В этом случае остаются соединенными последовательно столько СБ линейки, сколько нужно для общей мощности светодиодного светильника.
Снижение расхода электроэнергии в этом случае также равно 32,8%.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ
Преимуществом предлагаемой светодиодной безрезисторной линейки по сравнению с прототипом является снижение расхода электроэнергии на 32,8%.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. Светильник светодиодный ЖКХ. - Электронный ресурс: http://www.vsesvetodiody.ru/.
2. Простейшие схемы подключения светодиодов к сети 220 вольт. - Электронный ресурс: http://www.electro-shema.ru.
3. Светодиодные линейки. - Электронный ресурс: https://led-sib.ru (прототип).
4. Источники питания ARPV-D. - Электронный ресурс: http://www.arlight.su.com.
5. Патент РФ на полезную модель 183080, 2017.
6. Патент РФ на полезную модель 183082, 2017.
7. Патент РФ на полезную модель 183309, 2017.