ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Область техники
Полезная модель относится к конструкции электрических осветительных устройств на основе светоизлучающих диодов (далее - светодиодов). Эти устройства оснащены автономными сменными источниками постоянного тока и предназначены в основном для наружного освещения таких объектов, как:
преимущественно стационарные носители рекламы, например: плакатные тумбы и, особенно, крупногабаритные рекламные стенды, которые размещены вдоль транспортных магистралей,
стационарные справочные стенды и иные источники информации на вокзалах и остановках общественного транспорта,
остановочные пункты на пригородных железных и автомобильных дорогах,
памятники, дорожки в парках и скверах, трассы терренкуров на курортах и т.п.
Разумеется, что предложенные далее устройства могут быть использованы и для ночного освещения витрин в магазинах, подсветки выставочных экспонатов и/или стендов и т.п.
Уровень техники
Обычные электрические осветительные устройства для наружного освещения (см., например: Тищенко Г.А. Осветительные установки. - М.: «Высшая школа», 1984) имеют по меньшей мере один излучатель света, который, как правило, подключен к электросети переменного тока, и систему управления, которая по меньшей мере обеспечивает автоматическое включение-выключение указанного источника в зависимости от освещенности и стабилизацию напряжения на входе.
Излучателями света в таких устройствах служат мощные лампы накаливания и/или газоразрядные лампы высокого давления с парами металлов (в частности, натрия) и даже лазеры.
Однако расширение рынка рекламных услуг и потребности в подсветке мест общественного пользования привело к резкому росту расхода электроэнергии на эти нужды. Соответственно, на фоне удорожания энергоносителей возникла потребность в существенном снижении энергозатрат.
«Лобовое» удовлетворение этой потребности путем использования более экономичных импульсных стробоскопических ламп и люминесцентных ламп не привело к заметным достижениям. Действительно, эти источники света имеют ненадежные стеклянные детали, которые трудно защитить от случайных и, тем более, преднамеренных повреждений (например, градом или камнями).
Поэтому в последние годы уже предпринимались попытки использовать для наружного освещения светодиоды. Эти достаточно прочные твердотельные источники света обеспечивают светоотдачу порядка нескольких сотен люменов на один ватт электрической мощности (см. Афанасьева В.И., Скобелев В.М. Источники света и пускорегулирующая аппаратура. - М.: ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ, 1986, с.168-169).
Так, применение блоков светодиодов в светофорах позволило существенно сократить частоту их отказов и энергозатраты на регулирование дорожного движения в крупных городах.
Однако светофоры нетрудно подключить к стандартной электрической сети, которая обычно проложена вдоль улиц даже в небольших поселениях.
Если же электрические осветительные устройства предназначены для освещения рекламных стендов, которые невозможно (или невыгодно) подключать к обычной электрической сети, или для подсветки зон прогулок в сезонных местах отдыха, то излучатели света на основе светодиодов необходимо питать от автономных сменных источников постоянного тока типа аккумуляторов.
К сожалению, в этих случаях возникают две основные трудности, а именно:
нестабильность напряжения на выходе автономного источника постоянного тока, которое падает по мере срабатывания заряда, и
нестабильность во времени вольтамперной характеристики (далее ВАХ) светодиодов, что выражается в уменьшении падения напряжения на них после запуска и прогрева и, соответственно, в возрастании рабочих токов и снижении их эксплуатационной надежности.
Второй недостаток удается заметно ослабить в электрических осветительных устройствах, в которых источник питания подключен к излучателю света через средство стабилизации его ВАХ, в частности, через регулируемый резистор (см. там же, с.170-171). Именно такое устройство можно считать наиболее близким по технической сущности к предлагаемому далее электрическому осветительному устройству.
Однако регулируемый резистор не обеспечивает эффективную стабилизацию ВАХ и надежную работу электрических осветительных устройств на основе светодиодов даже при стабильности напряжения на входе, а при изменении такого напряжения требует систематической настройки. Поэтому светодиоды до сих пор не нашли широкого применения в качестве источников света, которые работают от автономных источников постоянного тока.
Краткое изложение сущности полезной модели
В основу полезной модели положена задача изменением средств управления питанием светодиодов создать существенно более надежное электрическое осветительное устройство.
Поставленная задача решена тем, что электрическое осветительное устройство имеет по меньшей мере следующие существенные признаки:
по меньшей мере один автономный сменный источник постоянного тока,
инвертор, который подключен на выход указанного источника, '
двухполупериодный выпрямитель, который подключен на выход указанного инвертора,
по меньшей мере один конденсатор, который включен между выходами этого выпрямителя,
по меньшей мере один светоизлучающий блок на основе по меньшей мере двух светодиодов, который подключен к выходам указанного двухполупериодного выпрямителя,
стабилизатор тока с линией обратной связи и регулируемый резистор, которые последовательно включены в цепь электропитания указанного светоизлучающего блока.
Электрическое осветительное устройство, в структуре которого совместно использованы инвертор, стабилизатор тока и регулируемый резистор, обеспечивает эффективную стабилизацию
ВАХ светоизлучающего блока и повышает эксплуатационную надежность светодиодов. Действительно, современные инверторы сами по себе способны стабилизировать выходной переменный ток по мере падения напряжения на выходах автономных сменных источников постоянного тока, а двухполупериодный выпрямитель в сочетании со стабилизатором тока и регулируемым резистором обеспечивают эффективную стабилизацию ВАХ светодиодов и их надежную работу.
Первое дополнительное отличие состоит в том, что указанные блоки смонтированы в общем корпусе. Это облегчает монтаж и техническое обслуживание электрических осветительных устройств на основе светодиодов.
Второе дополнительное отличие состоит в том, что стабилизатор тока выполнен на основе программируемой микросхемы. Такие микросхемы ныне доступны на рынке, и их использование упрощает и удешевляет электрические осветительные устройства на основе светодиодов.
Естественно,
что при выборе конкретных воплощений полезной модели возможны произвольные комбинации указанных дополнительных отличий с основным изобретательским замыслом,
что этот замысел в пределах, очерченных формулой полезной модели, может быть дополнен и/или уточнен с использованием обычных знаний специалистов и
что описанные далее предпочтительные примеры воплощения полезной модели никоим образом не ограничивают объем прав изобретателя.
Краткое описание чертежей
Далее сущность полезной модели поясняется подробным описанием конструкции и работы электрического осветительного устройства на основе светодиодов и автономного сменного источника питания со ссылками на прилагаемую структурную схему.
Наилучшие воплощения изобретательского замысла
Электрическое осветительное устройство обычно имеет корпус 1, геометрическая форма и размеры которого могут изменяться в широких пределах.
В этом корпусе 1 установлены или к нему прикреплены:
как правило, один автономный сменный источник 2 постоянного тока (например, аккумулятор или гальваническая батарея), электрическая емкость и мощность которого могут быть легко выбраны специалистами с учетом мощности, потребляемой на освещение, и заданного срока эксплуатации без подзарядки или замены;
инвертор 3, который подключен на выход источника 2 постоянного тока,
двухполупериодный выпрямитель 4, который подключен на выход инвертора 3,
как правило, один сглаживающий конденсатор 5, который включен между выходами двухполупериодного выпрямителя 4,
по меньшей мере один светоизлучающий блок 6 на основе не показанных и не обозначенных особо по меньшей мере двух светодиодов, который подключен к выходам двухполупериодного выпрямителя 4 после подключения к ним конденсатора 5,
стабилизатор 7 тока с линией обратной связи и регулируемый резистор 8, которые последовательно включены в одну из ветвей цепи электропитания светоизлучающего блока 6.
Современный рынок дает широкие возможности для реализации описанной полезной модели с использованием общедоступных комплектующих деталей. Например, инвертор 3, двухполупериодный выпрямитель 4 и конденсатор 5 могут быть выполнены как единый стабилизированный по токовому выходу импульсный блок питания на основе микросхемы DAI TL4041. Аналогично, автоматически настраиваемый стабилизатор 7 тока может быть представлен покупной схемой LM317T производства фирмы National Semiconductor (США).
Однако показанная на чертеже и описанная выше структура остаются стабильными.
Естественно, что она может быть дополнена такими очевидными компонентами, как световое реле для автоматического включения осветительного устройства с наступлением темноты, коммутатор для подключения к одному автономному сменному источнику 2 постоянного тока нескольких светоизлучающих блоков 6 и т.д.
Работает описанное электрическое осветительное устройство следующим образом.
Инвертор 3 преобразует постоянный ток, поступающий с выхода источника 2, в стабильный переменный ток, который двухполупериодный выпрямитель 4 вновь преобразует в импульсный постоянный ток, достаточный для питания светодиодов светоизлучающего блока 6.
Конденсатор 5 сглаживает колебания амплитуды импульсного тока на выходе из двухполупериодного выпрямителя 4 и, соответственно, на входе в цепь питания светоизлучающего блока 6.
Регулируемый резистор 8 обычно используют для предварительной относительно грубой настройки цепи питания светоизлучающего блока 6 на ток, достаточный для зажигания и прогрева светодиодов, а стабилизатор 7 тока с линией обратной связи обеспечивает тонкое регулирование ВАХ светоизлучающего блока 6 в целом.
Таким образом обеспечивается устойчивая работа этого блока 6.
Экспериментальная эксплуатация электрических осветительных устройств на основе полезной модели показала, что они вполне пригодны для надежной подсветки наружных носителей рекламы и справочно-информационных стендов на автовокзалах местных автобусных линий.
Промышленная применимость
Электрические осветительные устройства на основе светодиодов могут быть легко изготовлены из доступных на рынке материалов и комплектующих блоков и деталей и использованы для надежного автономного освещения произвольных объектов.