Светодиодная безрезисторная лента Ермакова В.Ф.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
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 ленте является светодиодная лента [3], которая содержит m последовательно соединенных через разъемы светодиодных блоков (СБ), 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 ленты.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - снижение потерь электроэнергии.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что светодиодная лента, 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 ленты являются исключение токоограничивающих резисторов из светодиодных блоков, а также использование новых связей между элементами ленты. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение технического результата - снижения потерь электроэнергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Схема светодиодной безрезисторной ленты 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 ленты (фиг. 1) содержит m СБ 1-2, последовательно соединенных через разъемы 3-4.
Схемы СБ 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 ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Рассмотрим работу светодиодной безрезисторной ленты.
Вначале рассмотрим работу серийно производимых светодиодных лент с токоограничивающими резисторами. «Светодиодная лента - это гибкая лента, на поверхности которой размещены светодиоды (тип - SMD). Лента используется для подсветки квартир, офисов (ниши, потолки, элементы конструкций). Использование диодной ленты в герметичном исполнении позволяет применять ее для уличного освещения» [3].
В качестве примера рассмотрим светодиодную ленту со светодиодами SMD 5050 [3]. Лента имеет следующие характеристики: количество светодиодов на метр 60, мощность 14.4 Вт/м, минимальный отрезок ленты 50 мм (на котором размещены 3 светодиода и токоограничивающий резистор - см. фиг. 3), ширина ленты 8 мм. Блоки питания (БП) для светодиодных лент преимущественно выпускаются с выходным напряжением 12 В постоянного тока [4]. При таком блоке питания 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. Для удобства и быстрой сборки светодиодные блоки наклеиваются на металлическое основание светильника, которое одновременно выполняет роль радиатора.
Количество СБ на 1 метре ленты равно n=100/5=20.
СБ
Мощность СБ равна P=14.4/20=0,72 Вт.
Номинальный прямой ток светодиода равен
пр
СБ
БП
I=P/U=0,72/12=60 мА.
Суммарный ток при 20 СБ, потребляемый от БП, равен 0,06×20=1,2 А.
Для питания 20 СБ выбираем БП по [4] типа ARPV-12020-D, который имеет следующие характеристики: выходное напряжение постоянного тока 12 В, максимальный выходной ток 1,67 А, максимальная выходная мощность 20 Вт, КПД 82%
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)×0,06=0,144 Вт.
Из сети блоком питания одного СБ потребляется суммарная мощность
Σ
СБ
=
Р=Р/η0,72/0,82=0,878 Вт.
Св
пр
пр
Мощность светодиодов СБ, затрачиваемая на излучение (полезная мощность) равна Р=3×U×I=3×3,2×0,06=0,576 Вт.
Суммарные потери мощности равны ΔP=0,878-0,576=0,302 Вт.
Вывод: Изготовление светильников из светодиодных блоков светодиодной безрезисторной ленты по сравнению с прототипом за счет исключения потерь мощности на токоограничивающих резисторах и в блоке питания позволяет снизить расход электроэнергии на
(0,302/0,878)×100=34,4%.
Путем применения предлагаемой светодиодной безрезисторной ленты могут быть реализованы схемы светодиодных светильников по патентам [5-7]. В этом случае остаются соединенными последовательно столько СБ ленты, сколько нужно для общей мощности светодиодного светильника.
Снижение расхода электроэнергии в этом случае также равно 34,4%.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Преимуществом предлагаемой светодиодной безрезисторной ленты светодиодного светильника по сравнению с прототипом является снижение расхода электроэнергии на 34,4%.
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. Ленты мощные. - Электронный ресурс: http://www.favouritestyle.com (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.