ОСВЕТИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

Настоящая полезная модель относится к области светотехники, а более конкретно, к источнику света, который имеет множество световых элементов и систему управления, предназначенную для управления упомянутым множеством световых элементов.
В последнее время начинают широко применяться энергоэффективные динамически управляемые светодиодные осветительные устройства на основе светоизлучающих диодов (СИД) для освещения жилых и производственных помещений с обеспечением возможности регулирования спектрально-цветовых и яркостных характеристик освещения во времени для создания оптимальной световой среды.
Известно осветительное устройство (см. патент RU 118147, МПК H05B 37/00, опубликован 10.07.2012), содержащее группы СИД различной цветности, блоки управления мощностью светового излучения каждой группы СИД, микропроцессор, формирующий в соответствии с входным сигналом, поступающим от средства задания световых характеристик светового излучения, выходные сигналы, управляющие работой указанных блоков управления мощностью. В качестве средства задания световых характеристик светового излучения использован датчик световых характеристик естественного света.
Известное осветительное устройство обеспечивает повышение точности имитации световых характеристик естественного света в режиме реального времени. Однако отсутствие резервирования источника питания приводит к снижению надежности осветительного устройства, так как при выходе из строя источника питания функционирование светильника прекращается.
Известно осветительное устройство (см. заявка RU 2013132765, МПК H05B 37/02, опубликована 27.01.2015), включающее выпрямительную схему, нагрузку, включающую в себя множество блоков СИД, которые соединены последовательно и по отдельности включают в себя, по меньшей мере, один СИД, источник тока для регулирования тока, подаваемого в блоки СИД, контроллер для вычисления расчетного значения синусоидального тока на основании напряжения переменного тока для выдачи вычисленного расчетного значения тока в источник тока и для осуществления операции управления для подачи только расчетного значения в блоки СИД путем регулирования падения напряжения, вызываемого в источнике тока, если ток, подаваемый в блоки СИД, больше, чем расчетное значение тока, и блок переключателей, включающий в себя, по меньшей мере, один переключатель, соединенный с блоками СИДов последовательно или параллельно и регулирующий количество включаемых последовательно соединенных блоков СИД путем изменения протекания тока, текущего через последовательно соединенные блоки СИД, посредством операции включения-выключения переключателя. Контроллер вычисляет расчетное значение синусоидального тока, используя синусоидальный сигнал в фазе с напряжением переменного тока, а источник тока, управляемый контроллером, подает в блоки СИД весь ток, подаваемый в блоки СИД, без падения напряжения, вызываемого в источнике тока, если ток, подаваемый в блоки СИД, меньше, чем расчетное значение тока. Контроллер также вычисляет подаваемый ток для мгновенного напряжения переменного тока в соответствии с количеством последовательно соединенных блоков СИД путем моделирования подаваемого тока во время подачи мгновенного напряжения переменного тока на оба вывода блоков СИД и управляет блоком переключателей для обеспечения вычисленного значения моделируемого тока, большего, чем мгновенный расчетный ток в текущей фазе напряжения переменного тока, при включении как можно большего количества блоков СИД.
Известное осветительное устройство может постоянно поддерживать яркость света включаемых блоков СИД, используя постоянный ток независимо от интенсивности входного напряжения переменного тока, позволяет уменьшить потребление энергии за счет предотвращения перегрузки по току и увеличить продолжительность жизни осветительного устройства путем снижения теплоты, выделяемой СИД.
Недостатками известного осветительного устройства являются сложность управления, отсутствие резервирования источника питания, невозможность применения данного светильника для смешения цветов: красного, зеленого, синего, оранжевого - (RGBA) и красного, зеленого, синего, белого - (RGBW), следовательно, для создания качественного белого цвета.
Известно осветительное устройство (см. заявка WO 2005089309, МПК H02M 1/42; H02M 3/155; H02M 3/156; H02M 3/157; H02M 3/335; H05B 33/08; H05B 37/02, опубликована 29.09.2005), совпадающее с настоящим решением по наибольшему существенных признаков и принятое за прототип. Осветительное устройство-прототип включает входной сетевой фильтр, корректор коэффициента мощности, преобразователь переменного тока в постоянный ток, четыре группы СИД различной цветности (RGBW), четыре блока управления мощностью светового излучения каждой группы СИД, микропроцессор с блоком памяти, соединенный с блоком управления.
Осветительное устройство-прототип обеспечивает возможность регулирования спектрально-цветовых и яркостных характеристик освещения во времени для создания оптимальной световой среды. Однако известное осветительное устройство создает значительные электромагнитные наводки и помехи, имеет большие габариты и требует использования корректора коэффициента мощности.
Задачей настоящей полезной модели является разработка такого осветительного устройства, которое бы имело меньшие габариты, создавало бы меньшие электромагнитные наводки и помехи.
пр
Поставленная задача решается тем, что осветительное устройство включает корпус, в котором размещены входной сетевой фильтр, по меньшей мере два преобразователя переменного тока в постоянный ток, четыре группы СИД различной цветности, размещенных на основании, четыре блока управления мощностью светового излучения каждой группы СИД, микроконтроллер с блоком памяти, при этом номинальная мощность P каждого преобразователя переменного тока в постоянный ток удовлетворяет соотношению:
пр
P=P/n, Вт;
где P - номинальная мощность осветительного устройства, Вт;
n - число преобразователей переменного тока в постоянный ток; выходы входного сетевого фильтра параллельно соединены с входами соответствующих преобразователей переменного тока в постоянный ток, выходы которых подключены к первым входам соответствующих блоков управления мощностью светового излучения каждой группы СИД, вторые входы блоков управления мощностью светового излучения соединены с соответствующими выходами микроконтроллера.
пр
Новым в настоящей полезной модели является включение в ее состав параллельно присоединенных к входному сетевому фильтру двух или четырех преобразователей переменного тока в постоянный ток, каждый из которых имеет номинальную мощность P=P/n, образующих каналы, работающие независимо друг от друга. Статистическая независимость этих преобразователей переменного тока в постоянный ток обуславливает некоррелированность электромагнитных наводок и помех, а также внутренних шумов, суммарные значения которых оказываются меньше значений электромагнитных наводок, помех и внутренних шумов преобразователя переменного тока в постоянный ток, имеющего номинальную мощность P.
Кроме того, применение в осветительном устройстве вместо одного преобразователя переменного тока в постоянный ток, имеющего номинальную мощность P, двух или четырех параллельно присоединенных преобразователей переменного тока в постоянный ток, имеющих номинальную мощность соответственно P/2 или P/4, позволяет на практике существенно уменьшить занимаемый ими площадь и объем в осветительном устройстве. Вследствие уменьшения площади и объема, занимаемых преобразователями переменного тока в постоянный ток, появляется возможность размещения входного сетевого фильтра непосредственно на входе преобразователей, что также благоприятно отражается на величине индустриальных помех, создаваемых осветительным устройством, так как в этом случае уменьшается длина соединительных проводов между входным сетевым фильтром и преобразователями.
В соответствии с решением Европейской электротехнической комиссии все источники питания мощностью более 40 Вт должны включать корректор коэффициента мощности (стандарт МЭК ЕС-1000-3-2). При использовании настоящей полезной модели в осветительном устройстве появляется возможность не использовать корректор коэффициента мощности, что упрощает конструкцию осветительного устройства. Кроме того, повышается надежность работы светильника, поскольку осуществляется резервирование источников питания, и выход одного из преобразователей переменного тока в постоянный не приводит к прекращению работы светильника.
Настоящая полезная модель поясняется чертежом, где показана схема настоящего осветительного устройства.
пр
В варианте воплощения полезной модели, показанной на чертеже, осветительное устройство включает корпус 1, в котором размещены входной сетевой фильтр (СФ) 2, параллельно подключенные к СФ 2 два преобразователя (AC-DC) 3 переменного тока в постоянный ток, четыре группы СИД 4, 5, 6, 7 различной цветности (RGBA или RGBW), размещенных на основании 8, четыре блока (ДР1, ДР2, ДР3, ДР4) 9 управления мощностью светового излучения каждой группы СИД 4, 5, 6, 7, микроконтроллер (МК) 10 с блоком (БП) 11 памяти. Номинальная мощность P каждого AC-DC удовлетворяет соотношению:
пр
P=P/2, Вт;
где P - номинальная мощность осветительного устройства, Вт.
Выход одного AC-DC 3 подключен к первым входам двух блоков 9 (ДР1, ДР2), а выход второго AC-DC 3 соединен с первыми входами двух других блоков 9 (ДР3, ДР4). Выходы четырех блоков 9 (ДР1, ДР2, ДР3, ДР4) подключены соответственно к группе СИД 4, группе СИД 5, группе СИД 6 и группе СИД 7. Вторые входы блоков 9 (ДР1, ДР2, ДР3, ДР4) соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым выходами микроконтроллера 10. Управление параметрами излучения осветительного устройства может осуществляться по сигналам, подаваемым на вход/выход МК 10 от персонального компьютера (К) 12 или подаваемым дистанционно по радиоканалу от пульта управления. Осветительное устройство может содержать датчик (ДТ) 13 температуры, размещаемый на основании 8, и установленный под основанием 8 вентилятор (В) 14. ДТ 13 в этом случае соединяют с входом МК 10, выход которого подключают к В 14.
В другом варианте воплощения полезной модели осветительное устройство может включать четыре преобразователя переменного тока в постоянный ток, параллельно подключенных к СФ 2.
Осветительное устройство работает следующим образом. Переменное напряжение U сети поступает на вход СФ 2, который выполняет стандартную функцию фильтрации напряжения сети. К выходу СФ 2 подключены входы AC-DC 3. Входы AC-DC 3 соединены параллельно, каждый из AC-DC 3 имеет номинальную мощность, в 2 раза меньшую номинальной мощности светильника. Выпрямленное напряжение постоянного тока с выходов AC-DC 3 поступает попарно на блоки 9: ДР1 и ДР2, ДР3 и ДР4 соответственно. Блоки 9: ДР1, ДР2, ДР3, и ДР4 предназначены для регулирования тока накачки групп СИД 4, 5, 6, 7 путем использования широтно-импульсных модуляторов, например, PWM1-PWM4, которые входят в состав МК 10. В осветительном устройстве может быть задействовано, например, девять последовательно включенных четырехцветных модуля RGBA или RGBW в группах СИД 4, 5, 6, 7, что требует обеспечения регулирования напряжения в группах СИД 4, 5, 6, 7 блоками 9 (ДР1, ДР2, ДР3, и ДР4) в диапазоне от 16 до 34 вольт. МК 10 с встроенным БП 11 предназначен для управления работой всего осветительного устройства. Программу работы осветительного устройства записывают с помощью К 12, соединяемого с МК 10, либо с пульта дистанционного управления (ПДУ). МК 10 обеспечивает прием команд управления от ПДУ или К 12; и осуществляет управление световыми характеристиками (величина светового потока не менее 3000 лм, угол излучения по уровню 0,5 от максимального значения осевой силы света не менее ±45° от оси, перпендикулярной фронтальной поверхности осветительного устройства), а также контроль температуры основания 8.
Был изготовлен опытный образец осветительного устройства представлявшего собой энергоэффективный динамически управляемый светодиодный источник освещения (ЭДУСИО). ЭДУСИО обеспечивал излучение белого света со спектрально-цветовыми и яркостными характеристиками, которые допускали изменение во времени по заданной программе. Преобразование постоянного напряжения от источника напряжения в ток СИД производился драйверами с регулированием светового потока широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) по программе микроконтроллера. Диапазон регулирования скважности ШИМ - от 0 до 100%, с шагом ОД %. Микроконтроллер обеспечивал прием команд управления от ПДУ или персонального компьютера, управление световыми характеристиками, а также контроль температуры основания групп СИД (не более 50°C). Мощность потребления ЭДУСИО от источника питания не превышала 40 Вт в рабочем режиме. Это позволяло не предусматривать включения в схему корректора коэффициента мощности. В дежурном режиме мощность рассеяния не превышала 0,5 Вт. Для управления СИД был выбран импульсный повышающий драйвер МАХ16834, причем изменение светового потока производилось применением ШИМ с током до 1000 мА. Для обеспечения заданных спектральных характеристик предусматривалась возможность изменения амплитуды тока СИД в диапазоне от 50 до 1000 мА. Амплитудное изменение тока СИД необходимо для изменения спектральных составляющих интегрированного кристалла. Драйвер МАХ16834 имеет широкий диапазон ШИМ и аналогового регулирования. Частота регулирования равнялась 187,5 Гц и устанавливалась программируемым микроконтроллером. Преобразователи AC-DC фирмы Aimtec типа AMEL-20, включенные параллельно (220 Вт), обеспечивали выигрыш по площади в 1,86 раза и по объему в 1,95 раза по сравнению с вариантом одного преобразователя AC-DC AMEL-40 (1·40 Вт). При использовании AC-DC фирмы MEAN WELL типа PD-15 (2·15 Вт) выигрыш и по площади и по объему составил 1,56 раза по сравнению с вариантом преобразователя AC-DC типа PD-30 (1·30 Вт). Среднеквадратичные значения напряжения шумовых колебаний настоящего светильника оказались в 1,4 раза меньше, чем в прототипе.