СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к светотехническим устройствам и может быть использована при конструировании новых светодиодных осветительных приборов, применяемых в различных областях науки и техники.
Известно устройство включения световой трубки со светодиодами в сеть переменного тока (1), содержащее, размещенные на печатной плате и установленные внутри прозрачной световой трубки, параллельно-последовательные цепочки светодиодов, а также питающую их электрическую сеть с электронным преобразователем, выполненным в виде параметрического стабилизатора напряжения на базе выпрямителя, добавочного балластного терморезистора и стабилитрона, шунтирующего параллельно-последовательные цепочки светодиодов.
Недостатком известного устройства включения является недостаточная надежность работы, подключаемой к нему световой трубки со светодиодами, поскольку рабочий ток, протекающий через светодиоды поддерживается на заданном уровне параметрическим стабилизатором и ограничен балластным терморезистором и не учитывает возможное существенное влияющие других факторов на температурный режим светодиодов,
Так же известен светодиодный источник света (2), содержащий корпус со встроенным полупроводниковым излучателем и генератором тока. С целью устранения возможности резких изменений тока через излучатель, особенно при увеличении выходного напряжения источника питания, а также достижение температурной стабилизации режима и малого проходного напряжения схемы питания, его генератор тока выполнен в виде набора элементов с оригинальным параллельно-последовательным включением их относительно входных клемм, обеспечивающих токовую и температурную стабилизацию и малое проходное напряжение. Особенность схемы генератора заключается в том, что плюсовая клемма источника света соединена с эмиттером первого p-n-p транзистора, параллельно эмиттер-коллекторному переходу которого включен резистор, при этом база первого транзистора через резистор соединена с коллектором второго n-p-n транзистора, коллектор первого транзистора через резистор соединен с базой второго n-p-n транзистора и коллектором третьего n-p-n транзистора, коллектор первого транзистора через резистор соединен с базой третьего транзистора и базой четвертого n-p-n транзистора, полупроводниковый излучатель положительным выводом подключен к коллектору первого транзистора, а отрицательным выводом к коллектору и эмиттеру четвертого транзистора и к выводу резистора обратной связи по току. Второй вывод этого резистора соединен с эмиттерами второго и третьего транзисторов, и минусовой клеммой источника света, а между минусовой клеммой источника света и базой второго транзистора включен конденсатор.
Недостатком известного светодиодного источника света является недостаточная надежность его работы, поскольку он рассчитан на работу в узком диапазоне рабочих температур светодиодов, соответствующих заданной величине стабильного тока, протекающего через светодиоды, при условии, что влияние других факторов повышающих температуру светодиодов должно быть ничтожно мало.
Прототипом заявленной полезной модели является известная светодиодная лампа (3), содержащая печатную плату со светодиодами, прозрачный рассеиватель, радиатор, полый цилиндрический корпус, фланец корпуса, электронный блок, содержащий систему управления с управляющим элементом, преобразователь напряжения и элементы, стабилизирующие ток, контактную систему, связывающую через электронный блок источник внешнего напряжения с печатной платой со светодиодами. На печатной плате, рядом со светодиодами установлен датчик температуры, связанный с управляющим элементом системы управления.
Известная светодиодная лампа (3) также, как и аналоги, имеет недостаточную надежность работы, поскольку указанный технический результат от ее использования достижим в пределах узкого диапазона рабочих температур светодиодов, соответствующих заданной величине стабильного тока, протекающего через светодиоды, при этом не учитывается возможное влияние других факторов способных повысить температуру светодиодов независимо от того, протекает рабочий ток через светодиоды или нет.
Техническим результатом заявленной светодиодной лампы является - устранение недостатков как аналогов, так и прототипа. А именно, повышение надежности работы светодиодной лампы в условиях, при которых температура корпуса светодиодов существенно зависит, как от величины протекающего через них рабочего тока, так и от результатов воздействия на них тепловой энергии, поступающей на светодиоды из окружающей среды, включая и случаи, когда тепловое воздействие окружающей среды на температуру светодиодов имеет преимущественное значение.
Для достижения указанного технического результата, предлагается светодиодная лампа, имеющая в своем составе основание в виде печатной платы с токопроводящими площадками, вторичный источник питания в виде защитного устройства и двухполупериодного выпрямителя, с подключенным к его выходу накопительным конденсатором. Кроме этого, она содержит температурный ограничитель рабочего тока светодиодов, имеющего первый и второй n-p-n транзисторы, а также первый и второй резисторы и единичные светодиоды, подключенные своими контактами к токопроводящим площадкам основания в цепь. Цепь из единичных светодиодов подключена с учетом ее полярности одним полюсом к положительному выводу источника питания, а другим - через последовательно соединенные переход коллектор-эмиттер второго транзистора и второй резистор температурного ограничителя рабочего тока, к отрицательному выводу источника питания. База второго транзистора подключена к коллектору первого транзистора и через первый резистор - к положительному выводу источника питания. Эмиттер первого транзистора подключен к отрицательному выводу источника питания, а его база - к эмиттеру второго n-p-n транзистора, причем корпуса первого транзистора и единичных светодиодов связаны между собой единым теплоотводом, взаимодействующим с окружающей средой, при этом величина второго резистора выбирается из выражения:
;
2
где: R - величина сопротивления второго резистора,
б-эVT1
U - напряжение перехода база-эмиттер первого транзистора,
раб
I - величина рабочего тока, протекающего через единичные светодиоды, подключенные своими контактами к токопроводящим площадкам основания в цепь.
С целью дальнейшего повышения надежности светодиодной лампы в ней защитное устройство может быть выполнено в виде TVS-диода или защитного диода или варистора, включенного параллельно входу двух полупериодного выпрямителя, напряжение открывания которых не превышает предельно допустимое значение напряжения промышленной сети, а само защитное устройство вторичного источника питания может быть подключено к промышленной сети через плавкий предохранитель или термопредохранитель.
На фигуре представлена электрическая схема предлагаемой светодиодной лампы, где показаны:
п
- U - стандартные клеммы или цоколь для подключения светодиодной лампы к промышленной сети,
р
- П - плавкий предохранитель,
- TVS-диод,
- VD - двух полупериодный выпрямитель,
- С - накопительный конденсатор,
1
- R - первый резистор,
2
- R - второй резистор,
1
- VT - первый транзистор,
2
- VT - второй транзистор,
1
2
n
- LED, LED … LED - цепь в виде, последовательно соединенных, n светодиодов.
1
2
n
1
1
2
n
1
2
2
1
2
n
1
2
n
1
1
2
n
1
1
2
n
2
2
1
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
Конструктивно у предлагаемой светодиодной лампы светодиоды LED, LED … LED и первый транзистор VT размещены на общем радиаторе, а сам радиатор свободно взаимодействует с окружающей средой, при этом как радиатор, так и окружающее его свободное пространство будут иметь одинаковую температуру, изменяющуюся в соответствии с изменением температуры окружающей среды. Тем самым, размещенный на одном радиаторе со светодиодами LED, LED … LED первый транзистор VT, будет играть роль датчика температуры, оказывающего влияние на величину рабочего тока, протекающего через светодиоды и вторые транзистор VT и резистор R. За счет протекания рабочего тока через светодиоды LED, LED … LED в них будет дополнительно выделяться тепловая энергия, способствующая возможному повышению температуры как самих светодиодов LED, LED … LED, так и радиатора с первым транзистором VT. Возможное дополнительное повышение температуры светодиодов LED, LED … LED и первого транзистора VT будет находиться в прямой зависимости от изменения рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED … LED вторые транзистор VT и второй резистор R. В результате, возможного повышения температуры корпуса первого транзистора VT за счет дополнительной тепловой энергии, поступающей как от повышения температуры окружающей среды, так и от увеличения рабочего тока через светодиоды LED, LED … LED температурный ограничитель рабочего тока будет обратно пропорционально ограничивать на соответствующую величину рабочий ток, протекающий через светодиоды LED, LED … LED. Уровень ограничения рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED … LED зависит от изменения температуры корпуса первого транзистора VT, а его исходное значение зависит от величины сопротивления второго резистора R, определяемого из выражения:
;
2
где: R - величина сопротивления второго резистора,
б-эVT1
U - напряжение перехода база-эмиттер первого транзистора,
раб
I - величина рабочего тока, протекающего через единичные светодиоды, подключенные своими контактами к токопроводящим площадкам основания в цепь.
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
n
В отличие от прототипа (3) и аналогов (1) и (2) в предлагаемой светодиодной лампе рабочий ток, протекающий через светодиоды LED, LED … LED не стабилизирован и изменяется в полном соответствии с изменением, как температуры окружающей среды, так и изменения температуры светодиодов LED, LED … LED за счет протекающего через них рабочего тока. При этом величина рабочего тока, протекающего через светодиоды LED, LED … LED будет ограничиваться температурным ограничителем на уровне, не превышающем соответствующее значение предельно допустимой температуры во всем ее диапазоне. Это ограничение особенно актуально в случае, когда температура окружающей среды может существенно возрастать по сравнению с начальной температурой работы светодиодной лампы. Использование температурного ограничителя рабочего тока через светодиоды LED, LED … LED. позволяет исключить вероятность их работы с температурным режимом, превышающим допустимое значение и как следствие - тепловой пробой. За счет этого существенно повышается как надежность работы светодиодной лампы, так и обеспечивается ее максимальный рабочий ресурс.
Источники информации:
1. Патент RU №84661, кл. H05B 37/00, опубликован 10.07.2009.
2. Патент RU №68184, кл. H01L 33/00, опубликован 10.11.2007.
3. Патент RU №80285, кл. H01L 33/00, опубликован 27.01.2009.