Светодиодный светильник с регулируемой цветовой температурой

Предлагаемое устройство относится к области светодиодного освещения, а именно к регулируемым светодиодным источникам света для оперативного создания оптимального светового потока за счет раздельного регулирования по силе и цветовой температуре.
Предлагаемое устройство позволяет с высокой надежностью оперативно регулировать параметры светового потока в зависимости от функционального назначения освещаемого пространства и времени суток с целью обеспечения максимального комфорта присутствующих людей.
Существующие на сегодняшний момент основные искусственные источники освещения (источники видимого излучения) основаны на оптическом (светоизлучающие диоды), тепловом (лампы накаливания) или люминесцентном принципе излучения (люминесцентные лампы) [1]:
Наиболее современными и перспективными являются светильники на основе светодиодных ламп. Их преимуществами перед другими источниками являются:
высокая надежность;
большой срок службы;
малые габариты;
отсутствие необходимости во внешних оптических элементах (линзах, рассеивателях отражателях) для большинства случаев применения;
высокий коэффициент использования светового потока;
высокая устойчивость к механическим нагрузкам;
способность работать в широком диапазоне температур;
экологичность, связанная с отсутствием ртути и других вредных веществ;
высокая по сравнению с лампами накаливания и другими видами ламп электрическая безопасность;
простота схем включения и управления, особенно по сравнению с люминесцентными лампами.
Известно [2], что каждый светильник со светодиодным источником света имеет значительное число характеристик, таких как: номинальный световой поток, коррелированная цветовая температура (цветовая температура), индекс цветопередачи, световая отдача светильника, напряжение питания и др.
Выбор значений большинства характеристик светодиодного источника света вытекает из особенностей освещаемой зоны и технико-экономических оснований, например: величина номинального светового потока определяется необходимым уровнем освещенности поверхностей, требования к электропитанию обосновываются свойствами запланированных к применению источников напряжения, возможный индекс цветопередачи обеспечивается производителем и зависит от стоимости источника света.
Значение величины цветовой температуры должно соответствовать времени суток [3], функциональному назначению помещения, а также персональным предпочтениям использующих данное помещение людей.
Например, для поддержания бодрости и обеспечения выполнения работ в утреннее и дневное время суток более предпочтительно освещение нейтральным белым светом с цветовой температурой источника от 4000 до 4500°К, что наиболее близко к солнечному спектру в утреннее и обеденное время, а для подготовки ко сну необходим теплый белый свет с низкой цветовой температурой (2700°К и менее - цветовая температура солнечного спектра во время заката и восхода Солнца).
Кратковременное включение синего цвета (около 7000°К) обеспечивает мобилизацию сил человека [4], но однозначно не рекомендуется к длительному применению [3].
Регулирование уровня освещенности помещения осуществляется за счет:
изменения числа включенных светильников;
изменения интенсивности свечения светодиодов при изменении напряжения питания.
Для изменения цветовой температуры в одну систему освещения устанавливаются светодиоды белого цвета свечения с различной цветовой температурой, которые включаются при требовании конкретной цветовой температуры или различные комбинации светодиодов красного, зеленого и синего цветов свечения.
Для регулирования интенсивности света и цветовой температуры в помещении могут использоваться два светильника, расстояние между которыми значительно меньше (в 10 и более раз), чем расстояние до освещаемой поверхности, имеющих разную цветовую температуру, каждый из которых имеет регулируемый световой поток.
min
max
Выше упомянутой системой освещения может являться совокупность двух светильников, первый из которых включает светодиодную ленту, состоящую из N светодиодов, имеющих низкую цветовую температуру T, а второй - ленту, состоящую из N светодиодов, имеющих высокую цветовую температуру T, при этом каждая из лент подключена к своему модулю управления, позволяющему изменять интенсивность светового потока за счет изменения числа излучающих светодиодов, в результате чего изменяется цветовая температура светового потока.
Такая система освещения (Фиг. 1) выбрана в качестве прототипа.
Благодаря интерференции излучаемых источниками света волн и малому расстоянию между источниками света по отношению к расстоянию до освещаемой поверхности, суммарный уровень освещенности поверхности воспринимается глазом человека как равномерный и может регулироваться как по цветовой температуре, так и по уровню освещенности поверхности посредством индивидуального регулирования излучения каждого из источников света или обоих источников одновременно.
Недостаток данного устройства заключается в том, что в случае изменения уровня освещенности, необходимо заново перенастраивать всю систему с целью сохранения значения ранее выбранной цветовой температуры.
Перед заявляемым устройством ставится цель обеспечить оперативное и взаимонезависимое управление интенсивностью и цветовой температурой светового потока светильника.
Сущность изобретения состоит в том, что светильник включает две светодиодные ленты, состоящие из светодиодов с высокой и низкой цветовой температурой соответственно, два идентичных модуля управления, обеспечивающих изменение числа активных элементов светодиодных лент, а также регуляторов светового потока и цветовой температуры и вычислительного блока, преобразующего задаваемые пользователем уровни светового потока и цветовой температуры светового потока светильника в значения чисел активных элементов светодиодных лент.
Перечень фигур:
Фиг. 1 - схема системы освещения. Показаны основные элементы устройства и связи между ними.
Фиг. 2 - схема светодиодного светильника с регулируемой цветовой температурой. Показаны основные элементы устройства и связи между ними.
Поставленная цель достигается тем, что светодиодный светильник с регулируемой световой температурой состоит из:
Светодиодной ленты 1,
Светодиодной ленты 2,
Модуля управления 3,
Модуля управления 4,
Вычислительного блока 5,
Регулятора светового потока 6,
Регулятора цветовой температуры 7.
min
1
Светодиодная лента 1 представляет собой набор из N светодиодов с низкой цветовой температурой T, подключенных таким образом, что имеется возможность управляемо одновременно подавать питание на n≤N светодиодов.
max
2
Светодиодная лента 2 представляет собой набор из N светодиодов с высокой цветовой температурой T, подключенных таким образом, что имеется возможность управляемо одновременно подавать питание на n≤N светодиодов.
Модули управления 3 и 4 представляют собой устройство, подающее питание на n≤N светодиодов светодиодной ленты в зависимости от подаваемого на его вход значения n.
1
2
Вычислительный блок 5 представляет собой устройство, преобразующее поступающие на его два входа значения светового потока I и цветовой температуры T в пару значений n и n.
max
Регулятор светового потока 6 представляет собой устройство, формирующее сигнал значения светового потока 0≤I≤I, задаваемого пользователем.
min
max
Регулятор цветовой температуры 7 представляет собой устройство, формирующее сигнал значения цветовой температуры T≤T≤T, задаваемого пользователем.
Управляющие входы Светодиодных лент 1 и 2 подключены к выходам Модулей управления 3 и 4 соответственно, информационные входы которых подключены к первому и второму выходам Вычислительного блока 5 соответственно, первый и второй информационные входы которого подключены к выходам Регулятора светового потока 6 и Регулятора цветовой температуры 7 соответственно.
Принцип действия Светодиодного светильника с регулируемой световой температурой состоит в следующем.
1
2
Пользователь с помощью органов управления Регулятора светового потока 6 и Регулятора цветовой температуры 7 задает требуемые значения светового потока I и цветовой температуры T. Поступившие на входы Вычислительного блока 5 значения I и T преобразуются в значения n и n с использованием формул:
,
,
где  - функция округления к меньшему.
1
2
1
2
Значения n и n поступают на информационные входы Модулей управления 3 и 4 соответственно, которые обеспечивают свечение n и n светодиодов Светодиодных лент 1 и 2 соответственно.
В результате загорания необходимого числа светодиодов формируется световой поток заданной цветовой температуры и заданной интенсивности.
Таким образом, цель полезной модели достигнута.
ПЕРЕЧЕНЬ ЛИТЕРАТУРЫ
1. Справочная книга по светотехнике / Под ред. Ю.Б. Айзенберга. 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Знак, 2006 - 972 с.
2. Светильники. Часть 2-1. Частные требования к характеристикам светильников со светодиодными источниками света [Текст]: ГОСТ Р 56231-2014/IES/PAS 62722-2-1:2011. - Введ. 2014-11-11. - М.: Стандартинформ, 2015 - I, 13 с.
3. Зайцева Н.В., Алексеев В.Б., Шур П.З., Кирьянов Д.А., Шляпников Д.М., Чигвинцев В.М. Влияние света и физических полей на риск дисгармонизации синтеза мелатонина в шишковидной железе // Анализ риска здоровью. - 2014. - № 2. - С. 30-39.
4. Синее освещение прогоняет усталость и улучшает работоспособность [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.health-ua.org/news/16797.html.