ИНТЕГРИРОВАННАЯ СВЕТОДИОДНАЯ ЛАМПА

Полезная модель относится к приборостроению, светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных полупроводниковых источников света. Полезная модель направлена на улучшение гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Bulb Series. Products Brochure IMIGY / Imagey Lighting Co., Ltd., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством драйвера питания. Гармонический состав тока, потребляемого интегрированной светодиодной лампой от сети, не соответствует установленным нормам.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (Светодиодные лампы Bright Crystal BC48-3Q48E27-230C5. Каталог ООО «Световод» / ООО «Световод», 2010).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством драйвера питания. Гармонический состав тока, потребляемого интегрированной светодиодной лампой от сети, не соответствует установленным нормам.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Lamp GLS AC 100-240 V. Products Brochure MEEK / Extra Lighting Manufacturing Limited., 2009).
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством драйвера питания. Гармонический состав тока, потребляемого интегрированной светодиодной лампой от сети, не соответствует установленным нормам.
Известна интегрированная светодиодная лампа, содержащая корпус с установленным внутри драйвером питания, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе (LED Panel Light. Bulb Lamp LGI 100-240 V. Products Brochure LIGHT GREEN / Light Green International Co., Ltd., 2010).
Указанная интегрированная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатком интегрированной светодиодной лампы является высокий коэффициент гармоник тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено устройством драйвера питания. Гармонический состав тока, потребляемого интегрированной светодиодной лампой от сети, не соответствует установленным нормам.
Полезная модель направлена на решение задачи улучшения гармонического состава тока, потребляемого интегрированной (с электронным драйвером питания) светодиодной лампой от питающей сети, что является целью полезной модели.
Указанная цель достигается тем, что в интегрированной светодиодной лампе, содержащей корпус с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов, второй цепью из последовательно соединенных диода, конденсатора фильтра, второго и третьего диода, второго конденсатора фильтра и четвертого диода, а также пятого диода, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и второго диода, а анод соединен с анодом четвертого диода, шестого диода, анод которого подключен к общей точке соединения третьего диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с катодом диода, общая точка соединения конденсаторов подключена к общей точке соединения второго и третьего диодов, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора, дросселя, третьего конденсатора фильтра, шунтирующего выходные выводы драйвера, и второго транзистора, подключенной между общими точками соединения диода и конденсатора фильтра и второго конденсатора фильтра и четвертого диода, соответственно, седьмого диода, анод которого подключен к аноду четвертого диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, восьмого диода, анод которого подключен к общей точке соединения третьего конденсатора фильтра и второго транзистора, а катод соединен с катодом диода, третьего конденсатора, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и катодом диода, устройства управления и выходных каскадов, входы которых соединены с выходами устройства управления, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов, цоколь, соединенный с входными выводами драйвера и закрепленный на корпусе, светодиодную матрицу, подключенную к выходным выводам драйвера и закрепленную на корпусе.
Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является улучшение гармонического состава тока, потребляемого устройством от питающей сети, что обусловлено принятым новым схемотехническим решением для драйвера питания. Устройство снабжено пассивным корректором коэффициента мощности нового типа, который обеспечивает (при достаточно высоком коэффициенте мощности) содержание гармонических составляющих в потребляемом от сети токе, соответствующем нормативным требованиям. Известные устройства соответствующей сложности не позволяют обеспечить требуемое качество потребляемого от сети тока.
Улучшение гармонического состава тока, потребляемого интегрированной светодиодной лампой от питающей сети, является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами преобразования энергии и пассивной коррекции коэффициента мощности драйвером питания, особенностями новой конструкции светодиодной лампы, то есть, отличительными признаками полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой интегрированной светодиодной лампы являются существенными.
На рисунке приведена типовая конструкция заявляемой интегрированной светодиодной лампы.
Интегрированная светодиодная лампа содержит корпус 1 с установленным внутри драйвером питания, состоящим из однофазного мостового выпрямителя 2, выходные выводы которого зашунтированы цепью из последовательно соединенных конденсаторов 3, 4, второй цепью из последовательно соединенных диода 5, конденсатора фильтра 6, второго 7 и третьего 8 диодов, второго конденсатора фильтра 9 и четвертого диода 10, а также пятого диода 11, катод которого подключен к общей точке соединения конденсатора фильтра и второго диода, а анод соединен с анодом четвертого диода, шестого диода 12, анод которого подключен к общей точке соединения третьего диода и второго конденсатора фильтра, а катод соединен с катодом диода, общая точка соединения конденсаторов подключена к общей точке соединения второго и третьего диодов, третьей цепи из последовательно соединенных транзистора 13, дросселя 14, третьего конденсатора фильтра 15, шунтирующего выходные выводы драйвера, и второго транзистора 16, подключенной между общими точками соединения диода и конденсатора фильтра и второго конденсатора фильтра и четвертого диода, соответственно, седьмого диода 17, анод которого подключен к аноду четвертого диода, а катод соединен с общей точкой соединения транзистора и дросселя, восьмого диода 18, анод которого подключен к общей точке соединения третьего конденсатора фильтра и второго транзистора, а катод соединен с катодом диода, третьего конденсатора 19, включенного между общей точкой соединения конденсаторов и катодом диода, устройства управления 20 и выходных каскадов 21, входы которых соединены с выходами устройства управления, а выходы соединены с управляющими электродами транзисторов, цоколь 22, соединенный с входными выводами драйвера, светодиодную матрицу 23, подключенную к выходным выводам драйвера. Цоколь 22 и светодиодная матрица 23 закреплены на корпусе.
Интегрированная светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Лампа через цоколь 22 стандартного вида подключается к обычной питающей сети переменного тока. Корпус 1 является несущей конструкцией, на которой устанавливаются все остальные элементы интегрированной светодиодной лампы. При работе устройства часть энергии рассеивается, что приводит к разогреву элементов. Отвод тепла осуществляется корпусом 1. Драйвер питания преобразует переменное напряжение питающей сети в постоянное напряжение, необходимое для питания светодиодов матрицы 23. При работе устройства драйвер питания обеспечивает требуемые параметры преобразования напряжения (низкие пульсации выходного напряжения и тока светодиода, стабилизированный выходной ток). Светодиодная матрица 23 излучает свет определенных длин волн, который преобразуется люминофором, восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения белого света. Однофазный мостовой выпрямитель 2 преобразует переменное напряжение питающей сети в знакопостоянное напряжение. Выходное напряжение выпрямителя 2 имеет высокий уровень пульсации. Сглаживание пульсации осуществляется схемой восстанавливающего клампа на элементах 3-12. Одновременно кламп выполняет функцию пассивного корректора коэффициента мощности. За счет его действия коэффициент мощности может достигать 0,97. Отсекающие диоды 5, 7, 8, 10-12 обеспечивают разряд конденсаторов фильтра 6, 9 только на части периода напряжения сети, что позволяет уменьшить величину их емкости при высоком качестве сглаживания напряжения на выходе выпрямителя 2 (эффект восстановления «провала» напряжения). Третий конденсатор 19 создает асимметрию в уровне напряжений на конденсаторах 3, 4 при работе драйвера питания. Результирующий коэффициент гармоник устройства может быть ниже 25%, а содержание отдельных гармоник в потребляемом от питающей сети токе - соответствовать установленным нормам. При включении транзисторов 13, 18 через нагрузочную цепь (18, 23) начинает протекать ток. Уровень тока ограничивается дросселем 14. Транзисторы 13, 18 работают по принципу широтно-импульсной модуляции. Величина выходного тока устройства определяется временем проводящего состояния транзисторов 13, 18 на периоде модуляции. При выключении транзисторов 13, 18 направление тока через нагрузочную цепь (18, 23) не изменяется. Ток протекает через диоды 17, 18 за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле дросселя 14. Третий конденсатор фильтра 15 служит для сглаживания регулируемого знакопостоянного напряжения, формируемого методом широтно-импульсной модуляции, которое питает светодиодную матрицу 23. Управляющие сигналы на транзисторы 13, 18 вырабатываются устройством управления 20. Выходные каскады 21 предназначены для гальванической развязки управляющих и силовых цепей драйвера питания, а также для усиления и согласования по уровням управляющих сигналов, подаваемых на управляющие электроды транзисторов 13, 18.
Светодиоды светодиодной матрицы 23 имеют, например, голубой цвет свечения. Люминофор, наносимый на первичную оптику кристалла светодиода (23), при воздействии исходного (первичного) излучения светодиода (23) излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиода (23) и люминофора образуется белый (или близкий к нему) свет. Светодиод (23) представляет собой полупроводниковый прибор с p-n-переходом, работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение. Устройство управления интегрированной светодиодной лампы 20 выполняется по любой из известных схем, например, на основе широко распространенных схем программируемых (интегральных) таймеров. Выходные каскады 21, предполагается, также имеют типовую схемотехнику и выполняются на дискретных элементах или в интегральном виде.
По сравнению с прототипом существенно улучшается гармонический состав тока, потребляемого заявляемой интегрированной светодиодной лампой от питающей сети, что обусловлено принятым новым схемотехническим решением для драйвера питания устройства. Устройство снабжено эффективным пассивным корректором коэффициента мощности нового типа, который обеспечивает (при достаточно высоком коэффициенте мощности 0,96) содержание гармонических составляющих в потребляемом от сети токе, соответствующее нормативным требованиям. Прототип с драйвером питания подобной сложности не обеспечивает при работе требуемое качество потребляемого от сети тока. Коэффициент гармоник потребляемого прототипом от сети тока более чем в 3 раза выше, чем заявляемой лампы. Одновременно содержание отдельных нормируемых гармоник потребляемого прототипом от сети тока превышает установленные уровни. Заявляемая интегрированная светодиодная лампа потребляет от сети ток нормируемого качества, как по предельному коэффициенту гармоник (23÷25%), так и по уровням отдельных составляющих спектра (нормируемые стандартами 2-40 гармоники тока сети).
Дополнительно, в новой интегрированной светодиодной лампе обеспечивается существенно более высокий коэффициент мощности сети. По сравнению с прототипом коэффициент мощности заявляемой лампы на 50÷60% выше.
В результате увеличения коэффициента мощности сети увеличиваются срок службы и надежность работы заявляемой интегрированной светодиодной лампы с новым электронным драйвером питания, за счет снижения общей электрической нагрузки драйвера. Лампа потребляет от питающей сети ток с более низкими значениями коэффициентов формы и амплитуды. Это положительно сказывается на загрузке элементов и, следовательно, на общем сроке службы и надежности работы лампы. Срок службы заявляемой интегрированной светодиодной лампы (согласно экспертным оценкам) может быть увеличен в 1,3÷1,5 раза. Время наработки на отказ (оценка надежности работы) увеличивается на 30÷35% по сравнению с прототипом.
По сравнению с прототипом, дополнительно, коэффициент полезного действия нового устройства повышается на 2÷3% за счет уменьшения электрических потерь энергии в элементах.
Может быть существенно упрощена конструкция и снижена цена заявляемой интегрированной светодиодной лампы за счет уменьшения потерь мощности в элементах и снижения их загрузки по току, следовательно, за счет возможности использования элементов на меньшую установленную мощность.
По сравнению с прототипом могут быть снижены весогабаритные показатели заявляемой интегрированной светодиодной лампы (до 5%) за счет оптимизации конструкции.
Уменьшение весогабаритных показателей заявляемой интегрированной светодиодной лампы существенно расширяет ее область применения по сравнению с прототипом.