СМЕННАЯ ЛАМПА НА ОСНОВЕ СИД ДЛЯ БЕЗОПАСНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ В СОСТОЯНИИ ОТКАЗА
LED BASED REPLACEMENT LAMP FOR SAFE OPERATION UNDER THE FAILURE CONDITION

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение относится к сменной лампе на основе СИД и к осветительной конструкции, включающей в себя сменную лампу на основе СИД.
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Флуоресцентные лампы, в частности, в форме ламп на основе флуоресцентной трубки, в настоящее время используются во многих осветительных применениях. Для ламп на основе флуоресцентной трубки устанавливается большое количество осветительной арматуры.
При доступности высокоэффективных осветительных элементов на основе СИД, уже стали доступными сменные лампы на основе СИД, предназначенные для использования в качестве «модернизированных» или сменных СИД-ламп, заменяющих флуоресцентные лампы в установленных осветительных арматурах.
Для функционирования флуоресцентных ламп известны электрические схемы соединения, которые содержат простой электромагнитный (ЭМ) балласт и стартер тлеющего разряда, а также более совершенные схемы соединения, включающие в себя электронный балласт.
В WO 2009/136322 A1 описана светоизлучающая система со светоизлучающим диодом и переходной ламповой панелью для модернизации флуоресцентной лампы. Электрическая цепь предназначена для эмуляции присутствия флуоресцентных ламп для драйвера флуоресцентной лампы.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Может быть рассмотрена задача предоставления сменной лампы на основе СИД и осветительной конструкции, делающих возможным безопасное функционирование даже в случае состояния отказа отдельных компонентов.
Эта задача достигается в соответствии с изобретением посредством сменной лампы на основе СИД по пункту 1 формулы изобретения и посредством осветительной конструкции по пункту 8 формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения относятся к предпочтительным вариантам осуществления изобретения.
Лампа согласно изобретению содержит один или более осветительных элементов на основе СИД, размещенных на удлиненном элементе с первым концом и противоположным вторым концом. В настоящем контексте термин «СИД» широко используется, и он охватывает все типы твердотельных осветительных элементов, включая отдельные компоненты, а также электрические цепи с множественными компонентами или группы компонентов, включающие в себя как светоизлучающие диоды (СИД), так и органические светоизлучающие диоды (ОСИД).
Удлиненный элемент может, в частности, иметь размер, соответствующий лампам на основе стандартных флуоресцентных трубок, например, 205 мм, 325 мм, 355 мм и т.д. и может содержать, например, по меньшей мере частично прозрачный корпус, в частности, в форме трубки. На каждом из противоположных концов предусмотрены два электрических контакта, предпочтительно, в форме выступающих контактных штырей.
Цепи эмуляции нити накала внутри лампы соединены с электрическими контактами на обоих концах. Эти цепи эмуляции нити накала служат для обеспечения электрических свойств между двумя контактами на обоих концах, которые эмулируют нить накала лампы с флуоресцентной трубкой. Следовательно, если сменную лампу на основе СИД, включающую в себя эти цепи эмуляции нити накала, используют в осветительной арматуре, включающей в себя балласт, и в частности, электронный балласт, электрические свойства будут аналогичны электрическим свойствам нитей накала; в частности, они будет представлять собой заданное электрическое сопротивление между контактами.
Осветительный узел на основе СИД электрически соединен с цепями эмуляции нити накала, чтобы снабжаться электроэнергией. Осветительный узел на основе СИД содержит упомянутый один или более осветительных элементов на основе СИД и, предпочтительно, дополнительную электрическую схему, такую как схема драйвера, чтобы преобразовывать подаваемую электроэнергию в значения тока и/или напряжения, как того требуют осветительные элементы на основе СИД.
Согласно изобретению каждая из цепей эмуляции нити накала содержит цепь первого резистора, соединенную с первым электрическим контактом, и цепь второго резистора, соединенную со вторым электрическим контактом на каждом конце. Первая и вторая цепи резистора соединены с осветительным узлом на основе СИД на общем выводе.
Согласно одному аспекту изобретения каждая из первой и второй цепей резистора содержит последовательное соединение из по меньшей мере двух резисторов, даже более предпочтительно, например, из по меньшей мере трех или, особенно предпочтительно, из по меньшей мере четырех резисторов.
Цепочка резисторов, как предусмотрено согласно изобретению, обладает преимуществом, состоящим в повышенной устойчивости к отказам в случае выхода из строя одиночного компонента. Если один из резисторов выходит из строя, т.е., замыкается накоротко, остаточное сопротивление последовательного соединения еще достаточно для обеспечения адекватного значения сопротивления между контактами, или, иными словами, является выше определенного значения сопротивления. Таким образом, цепи эмуляции нити накала, предоставленные согласно изобретению, являются устойчивыми к выходу компонента из строя.
Чем больше резисторов размещено последовательно, тем меньшим будет влияние на общее сопротивление в случае выхода из строя одного резистора. Например, конструкция из восьми последовательно размещенных резисторов будет приводить к снижению общего сопротивления из двух цепей резистора только на 12,5% в случае, когда один из резисторов выходит из строя.
Согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения в по меньшей мере одной из цепей эмуляции нити накала может быть предусмотрена цепь ограничения тока, соединенная последовательно с по меньшей мере одной из упомянутых цепей резистора. Элемент цепи тока расположен для предотвращения протекания перегрузки по току. Предпочтительно, цепь ограничения тока прерывает движение тока в случае перегрузки по току. В одном возможном варианте осуществления цепь ограничения тока может содержать электрический предохранитель.
Предпочтительно, цепи эмуляции нити накала имеют по меньшей мере практически симметричную конструкцию цепи по отношению к контактам. Предпочтительно, цепи резистора имеют одинаковое значение суммарного сопротивления. Вышеописанная цепь ограничения тока может быть предусмотрена только на одном из контактов, что еще рассматривается как «практически симметричная» конструкция цепи, если значение сопротивления цепи ограничения тока (не приведенной в действие) является достаточно низким (например, 20% или менее, предпочтительно, 10% или менее от общего сопротивления цепей резистора). В качестве альтернативы, для получения полной симметрии возможно разместить одну цепь ограничения тока на каждом из контактов.
Согласно еще одному предпочтительному аспекту цепь ограничения тока, предусмотренная последовательно с по меньшей мере одной из цепей резистора, представляет собой самовосстанавливающуюся цепь и/или содержит самовосстанавливающийся элемент. В случае самовосстанавливающейся цепи и/или элемента это достигается без серьезного повреждения, как в случае электрического предохранителя. После сброса (например, после отключения электроэнергии) восстанавливается регулярная функция самовосстанавливающейся цепи или элемента. Особенно предпочтительным является использование элемента резистора с ПТК (положительным температурным коэффициентом) в цепи ограничения тока, который может быть перезапущен путем отключения электроэнергии, для обеспечения охлаждения ПТК-элемента.
Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления изобретения по меньшей мере одна из цепей эмуляции дополнительно содержит цепь ограничения напряжения, соединенную параллельно с цепями резистора. Цепь ограничения напряжения может служить для предотвращения повреждения, вызванного избыточным напряжением, приложенным между электрическими контактами на одном конце. Предпочтительно, цепь ограничения напряжения может содержать элемент ограничения напряжения, такой как варистор (VDR), симметричный диодный тиристор (DIAC), кремниевый симметричный диодный тиристор (SIDIAC), разрядник, газоразрядную трубку, или двунаправленный тиристор защиты от перенапряжений. Это позволяет защищать электронную цепь лампы от повреждения в случае приложения напряжения сети непосредственно между двумя контактными штырями на одном и том же конце. В частности, защищены резисторы цепей эмуляции нити накала, поскольку цепь ограничения напряжения разрушается и шунтирует ток от резисторов нити накала. В частности, если обеспечена дополнительная вышеописанная цепь ограничения тока, резисторы эмуляции нити накала защищены от выхода из строя.
Следует учитывать, что все сочетания вышеизложенных концепций и дополнительные концепции, обсуждаемые более подробно ниже, следует рассматривать как часть объекта изобретения, раскрытого в настоящем документе.
Эти и другие аспекты изобретения станут ясными и будут освещены со ссылкой на варианты осуществления, раскрытые ниже.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
НА ЧЕРТЕЖАХ:
Фиг. 1 показывает символическую диаграмму цепи по варианту осуществления осветительной установки, включающей в себя сменную лампу на основе СИД с цепями эмуляции нити накала;
Фиг. 2 показывает диаграмму цепи по варианту осуществления цепи эмуляции нити накала;
Фиг. 3a-3f показывают примеры осветительных установок с различной прокладкой проводов сменной лампы на основе СИД.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение имеет целью предоставление сменной лампы 20 на основе СИД для функционирования в осветительной установке (осветительной арматуре), предназначенной для лампы на основе флуоресцентной трубки.
В настоящее время устанавливается большое количество осветительной арматуры для ламп на основе флуоресцентной трубки. Фиг. 3a показывает прокладку проводов лампы 10, в этом случае лампы на основе флуоресцентной трубки 10 с двумя электрическими контактами на обоих концах. Электрическое напряжение сети подается на вывод 12, на котором непосредственно подсоединен один контакт на первом конце лампы 10, и вход балласта 14 также соединен с основной цепью. Выход балласта 14 соединен с одним электрическим контактом на другом, втором конце лампы 10. Кроме того, остальные контакты на каждом конце лампы 10 взаимно соединены через стартер тлеющего разряда или электронный стартер 16. Как известно специалистам, флуоресцентная лампа, функционирующая с электромагнитным балластом, как показано, включается после подачи исходного тока нагрева через нити накала.
Фиг. 3b показывает прокладку проводов для сменной лампы 20 на основе СИД, вставленную в арматуру лампы, вместо лампы на основе флуоресцентной трубки. Стартер заменен холостым стартером 18. Помимо этой замены, никакой новой прокладки проводов или модернизации осветительного прибора и балласта не требуется.
Фиг. 1 показывает символическую диаграмму цепи сменной лампы 20 на основе СИД, соединенную в этом случае с электронным балластом 15. Лампа 20 имеет удлиненную форму с первым концом 22a и противоположным вторым концом 22b. На каждом конце 22a, 22b выступают два электрических контактных штыря 24a, 26a; 24b, 26b.
Сменная лампа 20 на основе СИД содержит осветительный узел 40 на основе СИД, который не показан подробно. Осветительный узел 40 на основе СИД содержит цепь драйвера СИД (не показанную), соединенную с множеством осветительных элементов на основе СИД 28, распределенных по длине сменной лампы 20 на основе СИД.
Осветительный узел 40 на основе СИД электрически соединен с цепями 42 эмуляции нити накала, электрически соединенными с электрическими контактами 24a, 26a; 24b, 26b на обоих концах 22a, 22b. При функционировании лампы 20 с электронным балластом 15 электроэнергию, подаваемую на контакты 24a, 26a, 24b, 26b, подают на осветительный узел 40 на основе СИД, вследствие чего осветительные элементы на основе СИД могут быть задействованы. Электронный балласт 15 подает ток нагрева и напряжение зажигания для запуска лампы 20. Для этого тока нагрева цепи 42 эмуляции нити накала обеспечивается заданное электрическое сопротивление между контактными штырями 24a, 26a, 24b, 26b на обоих концах 22a, 22b.
Фиг. 2 показывает более подробно компоненты цепи 42 эмуляции нити накала, обеспеченные на обоих концах 22a, 22b сменной лампы 20 на основе СИД. Соединенный последовательно с одним из контактных штырей 26a ПТК-элемент 44 обеспечен в виде самовосстанавливающегося предохранителя для защити от перегрузки по току.
Соединенная последовательно с ПТК-элементом 44 цепь 46 первого резистора содержит последовательное соединение из четырех резисторов. Резисторы имеют одинаковое номинальное сопротивление; в предпочтительном варианте осуществления каждый из резисторов представляет собой SMD-компоненты (компоненты с поверхностным монтажом) с электрическим сопротивлением 1 Ом.
Соединенная с другим контактным штырем 24a цепь 48 второго резистора также содержит последовательное соединение из четырех идентичных резисторов (SMD, 1 Ом).
Цепи 46, 48 резистора взаимно соединены на общем выводе 50, где подсоединен осветительный узел 40 на основе СИД (см. Фиг. 1).
Дополнительно, параллельно с цепями резистора 46, 48 подсоединен VDR 38 (резистор, управляемый напряжением). VDR 38, также называемый варистором, используется в качестве цепи ограничения напряжения, защищающей цепи 46, 48 резистора от перенапряжения. Если приложить избыточное напряжение, VDR 38 разрушится, а ток через VDR 38 значительно повысится, так что напряжение тока на резисторах ограничивается, а ток, вызванный высоким напряжением, шунтируется относительно цепи 46, 48 резистора.
Сменная лампа 20 на основе СИД, снабженная описанными цепями 42 эмуляции нити накала выполняет множество важных рабочих функций и функций безопасности. При работе, будучи соединенными с электронным (ВЧ) балластом 15, цепи резистора 46 48 эмулируют сопротивление нити накала 8 Ом, обеспечивая активное сопротивление на контактных штырях 24a, 26a; 24b, 26b. Конструкция лампы 20 является симметричной при использовании идентичных цепей 42 эмуляции нити накала на обоих концах 22a, 22b. Аналогично, поскольку при нормальном функционировании ПТК-элемент 44 (самовосстанавливающийся предохранитель) будет проводить ток с низким сопротивлением и может быть, таким образом, смоделирован как сквозное соединение, а VDR 38 при низких напряжениях, приложенных в ходе нормального функционирования, может по существу рассматриваться как открытый контур, конструкция цепей эмуляции нити накала 42 применительно к входным штырям 24a, 26a также является симметричной. Благодаря этой симметрии, несмотря на порядок прокладки проводов и расположение СИД-лампы 20 в арматуре, лампа 20 всегда будет в одинаковой электрической схеме.
Некоторые ПТК имеют существенное омическое сопротивление (например, несколько Ом). В этом случае второй ПТК может быть добавлен последовательно к цепи 48 второго резистора (т.е., быть соединенным между контактным штырем 24a и общим узлом VDR 38 и цепью 48 второго резистора) для поддержания симметрии. Из-за сопротивления ПТК 44 некоторые SMD-резисторы в первой и во второй цепи 46, 48 резистора могут быть опущены, поскольку общее сопротивление (последовательное соединение ПТК и цепей резистора 46, 48) выше 8 Ом.
В случае отказа любого отдельного компонента (выход из строя в виде образования разомкнутой цепи или короткозамкнутого соединения) все еще обеспечивается безопасность. Даже возникновение цепи короткого замыкания на любом из резисторов цепей 46 48 резистора будет все еще приводить к достаточно высокому остаточному электрическому сопротивлению, благодаря последовательному соединению множественных резисторов.
Кроме того, конструкция является безопасной даже в случаях неправильного использования, например, в случаях арматур с переделанной проводкой. Фиг. 3c - 3f показывают примеры таких схем прокладки проводов. На Фиг. 3c лампа 20 непосредственно соединена с основной цепью, без балласта. На Фиг. 3d контактные штыри на одном конце непосредственно соединены с основной цепью, что приводит к высокому напряжению, которое будет шунтировано посредством VDR 38, вследствие чего повышенный ток неизбежно будет приводить в действие ПТК 44, тогда как цепи 46, 48 резистора будут защищены. После перезапуска и охлаждения ПТК-элемента 44 лампа 20 даже может быть использована повторно при правильной схеме прокладки проводов.
Также, при схемах прокладки проводов по Фиг. 3e (внешний драйвер 13 СИД, имеющий только один контактный штырь, подсоединенный на каждом конце лампы 20), или по Фиг. 3f (внешний драйвер 13 СИД, соединенный непосредственно с обоими контактными штырями на одном конце лампы 20), цепи 42 нити накала еще обеспечивают требуемую безопасность.
Кроме того, конструкция является безопасной при неправильном использовании в схеме прокладки проводов с электромагнитным (ЭМ) балластом. Фиг. 3a и 3b показывают такие примеры. На Фиг. 3a лампа соединена с ЭМ-балластом 14 через стартер 16 тлеющего разряда. На Фиг. 3b лампа 20 соединена с ЭМ-балластом 14 через холостой стартер 18. Лампа 20 согласно описанному выше варианту осуществления в обоих этих случаях неправильного использования не функционирует. ЭМ-балласт 14 замкнут накоротко через цепь 42 нити накала и стартер, что приводит к повышенному току через цепи 42 эмуляции нити накала. Устройство ограничения тока (ПТК 44) предотвращает повышение тока вследствие перегрева цепи 46, 48 резистора путем отключения и прерывания тока в этом случае.
Тогда как изобретение было проиллюстрировано и подробно описано на чертежах и в вышеприведенном описании, такую иллюстрацию и описание следует рассматривать как иллюстративные или примерные, а не ограниченные; изобретение не быть ограничено раскрытыми вариантами осуществления.
Изменения для раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в области техники при реализации заявленного изобретения, исходя из изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В формуле изобретения слово «содержащий» не исключает наличия других элементов или этапов, а единственное число не исключает множественности. Сам факт, что определенные меры перечислены в отличных руг от друга зависимых пунктах формулы изобретения, не указывает на то, что нельзя успешно использовать сочетание этих мер. Никакие ссылочные обозначения в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем.