Светодиодный безрезисторный модуль Ермакова В.Ф.

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Предлагаемая полезная модель относится к области светотехники и может найти применение при производстве светодиодных промышленных светильников и прожекторов.
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 предлагаемому светодиодному безрезисторному модулю является светодиодный модуль [3], которая содержит m последовательно соединенных через разъемы светодиодных блоков, 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 модуля.
Техническая задача, решаемая полезной моделью - снижение потерь электроэнергии.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Указанная техническая задача решается благодаря тому, что светодиодный модуль, который содержит т 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 предлагаемого светодиодного безрезисторного модуля являются исключение токоограничивающих резисторов из светодиодных блоков, а также использование новых связей между элементами модуля. Указанные существенные отличия обеспечивают достижение технического результата - снижения потерь электроэнергии.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Схема светодиодного безрезисторного модуля 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 светодиодного безрезисторного модуля (фиг. 1) содержит т светодиодных блоков (СБ) 1-2, последовательно соединенных через разъемы 3-4.
Схемы светодиодных блоков 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 светодиодного безрезисторного модуля.
Вначале рассмотрим работу серийно производимых светодиодных модулей с токоограничивающими резисторами. «Светодиодный модуль выполняется на жесткой (алюминиевой) основе, на поверхности которой размещены светодиоды. При большой мощности модуля светодиоды размещаются на алюминиевых радиаторах» [3, 4].
пр
np
В качестве примера рассмотрим светодиодный модуль LED 28 [3] со светодиодами SMD 5730 [4]. Модуль имеет следующие характеристики: количество СБ 2, каждый СБ содержит токоограничивающий резистор и 14 светодиодов - см. фиг. 3). Характеристики светодиодов SMD 5730: Номинальный прямой ток светодиода I=350 мА, падение напряжения на светодиоде в прямом направлении при номинальном токе U=3,2 В. Модуль получает питание от блока питания (БП) типа ARJ-NE160350 (имеющего мощность 56W при токе нагрузки 350 mA, КПД 84%) с выходным напряжением 120 - 160 В постоянного тока [5]. При таком БП блоки СБ 1 и СБ 2 соединяют последовательно, мощность модуля равна
м
пр
м
Р=I×U=0,35×120=42 Вт.
Мощность светодиодов СБ равна
СБ
пр
пр
Р=I×U×n=0,35×3,2×14=15,68 Вт.
Сопротивление токоограничивающего резистора равно
R1=(60-3,2×14)/0,35=43,43 Ом.
Бесполезный расход электроэнергии на токоограничивающем резисторе равен
R
P=(60-3,2×14)×0,35=5,32 Вт.
Из сети блоком питания потребляется суммарная мощность
Св
СБ
Мощность светодиодов модуля, затрачиваемая на излучение (полезная мощность) равна Р=2×Р=2×15,68=31,36 Вт.
Суммарные потери мощности равны ΔР=50-31,36=18,64 Вт.
Вывод: Изготовление светильников из светодиодных блоков светодиодного безрезисторного модуля по сравнению с прототипом за счет исключения потерь мощности на токоограничивающих резисторах и в блоке питания позволяет снизить расход электроэнергии на
(18,64/50)×100=37,28%.
Путем применения предлагаемого светодиодного безрезисторного модуля могут быть также реализованы схемы светодиодных промышленных светильников и прожекторов по патентам [6-8].
Снижение расхода электроэнергии в этом случае также равно 37,28%.
ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Преимуществом предлагаемого светодиодного безрезисторного модуля по сравнению с прототипом является снижение расхода электроэнергии на 37,28%.
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. Комплектующие для светодиодных светильников. Линейки и модули. - Электронный ресурс: https://ledsvetoch.ru (прототип).
4. Мощные высокоэффективные светодиоды SMD5730-1. Даташит. - Электронный ресурс: http://led22.ru.
5. Источники питания ARPV-D. - Электронный ресурс: http://www.arlight.su.com.
6. Патент РФ на полезную модель 183080, 2017.
7. Патент РФ на полезную модель 183082, 2017.
8. Патент РФ на полезную модель 183309, 2017.