ПРОЖЕКТОР

Полезная модель относится к осветительным устройствам, предназначенным для эксплуатации в широком диапазоне температур окружающей среды, с питанием светодиодов, используемых в качестве источника света, импульсным током и может быть использована для наружного освещения.
Известен аналог полезной модели - прожектор (полезная модель, патент RU №139873 U1, опубл. 27.04.2014 г.), содержащий блок питания, соединенный отрицательным выводом с общим проводом, а положительным выводом с накопительным конденсатором, светодиодной матрицей, выводами питание и сброс таймера, через токоограничивающий резистор с выводом разряда таймера, а через токоограничивающий резистор и последовательно соединенное с ним параллельное соединение, состоящее из двух ветвей, одна из которых состоит из последовательно соединенных диода и времязадающего резистора, а вторая из разрядного резистора, с конденсатором, выводом запуск таймера и выводом вход компаратора таймера; светодиодную матрицу, выполненную из электрически соединенных светодиодов и соединенную через вывод сток полевого транзистора с общим проводом, соединение с общим проводом не постоянное, а периодическое, с заданной частотой; накопительный конденсатор, одним из выводов соединенный с общим проводом, а другим через светодиодную матрицу и вывод сток полевого транзистора с общим проводом, соединение с общим проводом через светодиодную матрицу не постоянное, а периодическое с заданной частотой; полевой транзистор, соединенный выводом затвор через резистор с выводом выход таймера, а выводом исток с общим проводом; конденсатор, одним из выводов соединенный с общим проводом, а другим через разрядный резистор и вывод разряд таймера с общим проводом, соединение с общим проводом через разрядный резистор и таймер не постоянное, а периодическое, с заданной частотой; таймер соединенный, выводом земля с общим проводом.
Данный прожектор выбран как ближайший аналог заявляемой полезной модели. Недостатком прототипа является отсутствие защиты светодиодов от перегрева при их работе в области высоких температур, образовавшейся за счет значительного повышения температуры окружающей среды, а также за счет выхода из строя одного или нескольких светодиодов при их параллельном или параллельно-последовательном соединении в светодиодной матрице. При выходе из строя светодиода происходит увеличение тока, протекающего через каждый светодиод, соединенный с ним параллельно, что приводит к увеличению тепловой энергии, выделяемой на светодиодах, увеличению их рабочей температуры и как следствие, к уменьшению ресурса их работы и выходу из строя очередного светодиода, а затем и всех светодиодов.
Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель является повышение надежности работы прожектора с питанием светодиодов импульсным током.
Технический результат, который может быть получен при осуществлении полезной модели, заключается в стабилизации температурного режима работы светодиодов в области высоких температур при их питании импульсным током.
Поставленная задача с указанным техническим результатом решена тем, что в прожектор, содержащий блок питания, соединенный отрицательным выводом с общим проводом, а положительным выводом с накопительным конденсатором, светодиодной матрицей, выводами питание и сброс таймера, через токоограничивающий резистор с выводом разряда таймера, а через токоограничивающий резистор и последовательно соединенное с ним параллельное соединение, состоящее из двух ветвей, одна из которых состоит из последовательно соединенных диода и времязадающего резистора, а вторая из разрядного резистора, с конденсатором, выводом запуск таймера и выводом вход компаратора таймера; светодиодную матрицу, выполненную из электрически соединенных светодиодов, и соединенную через вывод сток полевого транзистора с общим проводом, соединение с общим проводом не постоянное, а периодическое, с заданной частотой; накопительный конденсатор, одним из выводов соединенный с общим проводом, а другим через светодиодную матрицу и вывод сток полевого транзистора с общим проводом, соединение с общим проводом через светодиодную матрицу не постоянное, а периодическое с заданной частотой; полевой транзистор, соединенный выводом затвор через резистор с выводом выход таймера, а выводом исток с общим проводом; конденсатор, одним из выводов соединенный с общим проводом, а другим через разрядный резистор и вывод разряд таймера с общим проводом, соединение с общим проводом через разрядный резистор и таймер не постоянное, а периодическое, с заданной частотой; таймер, соединенный выводом земля с общим проводом, согласно полезной модели, между разрядным резистором и точкой соединения анодного вывода диода и токоограничивающего резистора с выводом разряд таймера включен терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления, далее по тексту - терморезистор с положительным ТКС, при этом терморезистор с положительным ТКС установлен на общем со светодиодами теплоотводящем основании. В частном случае выполнения полезной модели светодиодная матрица выполнена из последовательно соединенных строк светодиодов, где каждая строка состоит из параллельно соединенных светодиодов. В частном случае выполнения полезной модели неиспользуемый вывод контроль таймера соединен через конденсатор с общим проводом.
Терморезистор с положительным ТКС, изменяя свое сопротивление под действием температуры, изменяет частоту и длительность импульсов тока, проходящих через светодиодную матрицу. При увеличении температуры терморезистор с положительным ТКС увеличивает свое сопротивление, что приводит к уменьшению длительности и частоты импульсов тока, проходящих через светодиодную матрицу и как следствие к уменьшению мощности импульсного тока, потребляемой светодиодной матрицей, уменьшению тепловой энергии, выделяемой светодиодами, снижению температурной нагрузки на светодиоды и их остыванию, а также к частичному снижению излучения светодиодами оптической энергии. При уменьшении температуры терморезистор с положительным ТКС уменьшает свое сопротивление, что приводит к увеличению длительности и частоты импульсов тока, проходящих через светодиодную матрицу и как следствие к увеличению мощности импульсного тока, потребляемой светодиодной матрицей и увеличению излучения светодиодами оптической энергии. Процесс носит периодический характер, что обеспечивает стабилизацию температурного режима работы светодиодов, их защиту от перегрева и быстрой деградации.
Сущность полезной модели поясняется рисунком, где на фигуре 1 изображена электрическая схема полезной модели. На фигуре 1 приняты следующие условные обозначения:
1. Блок питания
2. Положительный вывод блока питания
3. Накопительный конденсатор
4. Светодиодная матрица
5. Токоограничивающий резистор
6. Вывод питания таймера
7. Вывод сброс таймера
8. Отрицательный вывод блока питания
9. Общий провод
10. Вывод сток полевого транзистора
11. Разрядный резистор
12. Вывод разряд таймера
13. Анодный вывод диода
14. Диод
15. Терморезистор с положительным температурным коэффициентом сопротивления
16. Времязадающий резистор
17. Вывод запуск таймера
18. Вывод вход компаратора
19. Конденсатор
20. Резистор
21. Вывод выход таймера
22. Вывод затвор полевого транзистора
23. Таймер
24. Вывод земля таймера
25. Вывод контроль таймера
26. Конденсатор
27. Полевой транзистор
28. Вывод исток полевого транзистора
29. Светодиоды
Прожектор, как показано на фиг. 1, может быть осуществлен с реализацией указанного назначения следующим образом: блок питания 1 отрицательным выводом 8 подключен к общему проводу 9, а положительным выводом 2 к светодиодной матрице 4, накопительному конденсатор 3, выводу питание таймера 6, выводу сброс таймера 7 и токоограничивающему резистору 5, который подключен к выводу разряд таймер 12 и к параллельному соединению, состоящему из двух ветвей, одна из которых состоит из последовательно подключенных диода 14 и времязадающего резистора 16, а вторая из последовательно подключенных разрядного резистора 11 и терморезистора с положительным ТКС 15; к параллельному соединению подключен конденсатор 19, вывод запуск таймера 17, вывод вход компаратора таймера 18; конденсатор 19 подключен к общему проводу 9; светодиодная матрица 4 подключена к выводу сток полевого транзистора 10; накопительный конденсатор 3 подключен к общему проводу 9; полевой транзистор 27 выводом исток 28 подключен к общему проводу 9, а выводом затвор 22 через резистор 20 к выводу выход таймера 21; таймер 23 выводом контроль 25 через конденсатор 26 и выводом земля 24 подключен к общему проводу 9.
В условиях номинальной температуры окружающей среды и отсутствии обрыва и замыкании светодиодов, при подключении прожектора к внешней электросети на блок питание 1 подается переменное напряжение, а с положительного вывода блока питания 2 подается постоянное напряжение на светодиодную матрицу 4, накопительный конденсатор 3, который начнет заряжаться, на вывод питание таймера 6 и вывод сброс таймера 7, а также через токоограничивающий резистор 5 на вывод разряд таймера 12, а также через токоограничивающий резистор 5 и последовательно соединенное с ним параллельное соединение, состоящее из двух ветвей одна из которых состоит из последовательно соединенных диода 14 и времязадающего резистора 16, а вторая из последовательно соединенных разрядного резистора 11 и терморезистора с положительным ТКС 15, на конденсатор 19, вывод запуск таймера 17 и вывод вход компаратора таймера 18, при этом, конденсатор 19 начинает заряжаться, а на выводе выход таймера 21 устанавливается напряжение высокого уровня приблизительно равное напряжению питания. Когда напряжение на конденсаторе 19 достигает уровня две трети напряжения питания, таймер 23 устанавливает на выводе выход 21 напряжение низкого уровня приблизительно равное нулю и разряжает конденсатор 19 через разрядный резистор 11, терморезистор с положительным ТКС 15, и вывод разряда таймера 12, при уменьшении напряжения на конденсаторе до напряжения равного одной трети напряжения питания, таймер 23 переключает напряжение на выводе выход таймера 21 с нулевого значения на напряжение питания и разрывает цепь разряда конденсатора 19, который начнет снова заряжаться, цикл работы таймера 23 повторится и таймер 23 с вывода выход 21 будет подавать на затвор полевого транзистора 22 прямоугольные импульсы напряжения с заданной частотой следования и скважностью. Время, в течение которого полевой транзистор будет открыт, определяется временем действия импульса, а время, в течение которого он будет закрыт, определяется скважностью импульсов. Частота открытия и закрытия полевого транзистора 27 будет равна частоте следования импульсов с той же скважностью. Открытие и закрытие полевого транзистора 27 с заданной частотой и скважностью обеспечивает заряд накопительного конденсатора 3 в течение времени, когда полевой транзистор 27 закрыт и разряд через светодиодную матрицу 4 в течение времени, когда полевой транзистор 27 открыт, что обеспечивает прохождение через светодиодную матрицу 4 импульсного тока, частота следования которого будет равна частоте следования импульсов напряжения с той же скважностью. Светодиоды 29 излучают номинальный световой поток при номинальном сопротивлении терморезистора с положительным ТКС 15, соответствующим номинальной температуре.
При работе светодиодов в области высоких температур, обусловленной значительным увеличением температуры окружающей среды, обрывом или коротким замыканием светодиода, под воздействием высокой температуры происходит увеличение сопротивления резистора с положительным ТКС 15, что приводит к уменьшению времени заряда конденсатора 19, уменьшению длительности импульсов напряжения, подаваемых с вывода выход таймера 21 через резистор 20 на выход затвор полевого транзистора 27, а также к увеличению времени разряда конденсатора 19, уменьшению частоты импульсов напряжения, подаваемых с вывода выход таймера 21, через резистор 20 на вывод затвор полевого транзистора 27 и как следствие к уменьшению времени в течение которого полевой транзистор 27 будет открыт, увеличению времени в течение которого он будет закрыт, к уменьшению частоты его открытия и закрытия. Изменение режима работы полевого 27 приводит к увеличению времени заряда накопительного конденсатора 3, уменьшению времени его разряда через светодиодную матрицу 4, и как следствие, к уменьшению длительности и частоты импульсов тока, проходящих через светодиодную матрицу 4, что приводит к уменьшению мощности импульсного тока, потребляемой светодиодами 29, уменьшению тепловой энергии, выделяемой светодиодами 29, снижению температурной нагрузки на светодиоды 29 и их остыванию, а также к частичному снижению излучения светодиодами 29 оптической энергии. При уменьшении температуры терморезистор с положительным ТКС уменьшает свое сопротивление, что приводит к увеличению длительности и частоты импульсов тока, проходящих через светодиодную матрицу 4 и как следствие к увеличению мощности импульсного тока, потребляемой светодиодной матрицей 4 и увеличению излучения светодиодами 29 оптической энергии. Процесс носит периодический характер, что обеспечивает стабилизацию температурного режима работы светодиодов, их защиту от перегрева и быстрой деградации. Работоспособность светодиодов сохраняется с сохранением ресурса их работы. Таким образом, путем стабилизации температурного режима работы светодиодов в области высоких температур обеспечивается надежная работа прожектора. Задача, поставленная перед полезной моделью, выполнена с заявленным техническим результатом.