ИСТОЧНИК СВЕТА С УНИФИЦИРОВАННЫМ СВЕТОДИОДНЫМ МОДУЛЕМ
LIGHT SOURCE WITH UNIFIED LED MODULE

Изобретение относится к осветительной технике, а именно - к осветительным приборам, содержащим светоизлучающие диоды.
Известны светильники модульной конструкции, с возможностью замены отдельных частей: источников питания, светового модуля (Каталог продукции фирмы ООО «ЛюксОН», 2012. Интернет-ресурс ). В известных светильниках, в определенном диапазоне значений номинальной мощности, световые модули могут быть выполнены в одинаковых габаритах, но количество и/или марка светодиодов неодинаковы при разной мощности.
Отсутствие унификации светодиодных модулей по количеству и марке светодиодов в пределах диапазона значений номинальной мощности светильника является недостатком известных светильников, в частности, при их мелкосерийном производстве.
Наиболее близкой к предложенному источнику света является известная лампа со светодиодным модулем [патент РФ 108123 U1, МПК F21V 8/00, 2011], выбранная в качестве прототипа изобретения.
Известная лампа содержит преобразователь напряжения и светодиодный модуль, включающий группу полупроводниковых светоизлучающих кристаллов, по меньшей мере, часть светоизлучающих кристаллов включена в последовательную электрическую цепь, при этом электрическая цепь содержит включенные параллельно части светоизлучающих кристаллов участки шунтирования, имеющие в замкнутом состоянии практически нулевое сопротивление.
В известной лампе, благодаря возможности шунтирования, можно изменять количество кристаллов, включенных в последовательную цепь, и, соответственно, изменять величину напряжения питания светодиодного модуля, добиваясь лучшей совместимости с преобразователем напряжения, предназначенным для подключения к нему лампы. Если к источнику электропитания подключить несколько таких цепей параллельно, то выбор количества кристаллов, включенных в последовательную цепь, должен осуществляться для каждой цепи самостоятельно, без связи с аналогичной операцией в других цепях.
Изменение значения номинальной мощности известной лампы при ее изготовлении возможно только путем применения кристаллов другой марки или путем одновременного изменения параметров источника электропитания и количества кристаллов, включенных в последовательную цепь.
Однако невозможно регулировать мощность известной лампы только путем шунтирования части светодиодов, поскольку источник электропитания является источником напряжения (без стабилизации по току).
Предлагаемое изобретение направлено на унификацию светодиодных модулей в пределах диапазона значений номинальной мощности источников света, а также на расширение арсенала технических средств, обеспечивающих регулирование мощности светодиодных источников света.
Технический результат при осуществлении изобретения заключается в возможности регулирования мощности источника света путем дополнительной коммутации на готовом светодиодном модуле, без изменения других конструктивных элементов и параметров источника света и его компонентов.
Указанный результат достигается тем, что источник света, содержащий источник электропитания и светодиодный модуль, на котором размещены светодиоды, по меньшей мере часть которых включена в последовательную электрическую цепь, подключенную к выводам источника электропитания, с возможностью шунтирования части светодиодов токопроводящими перемычками, дополнен новыми признаками:
а) источник электропитания выполнен с обеспечением стабилизации выходного тока;
б) светодиодный модуль выбран по суммарной номинальной мощности светодиодов, превышающей номинальную мощность источника света.
Новые признаки, в совокупности с известными признаками, обеспечивают возможность уменьшения мощности источника света пропорционально доле шунтированных светодиодов (при неизменной величине тока мощность источника света пропорциональна доле светодиодов, оставшихся нешунтированными).
При этом номинальный ток светодиодного модуля остается неизменным, соответственно, неизменной остается и яркость светодиодов при работе источника света.
В частном случае реализации изобретения светодиоды соединены в две или более последовательные цепи, все цепи соединены между собой параллельно, и выбирают для шунтирования одинаковое количество светодиодов в каждой последовательной цепи.
При этом обеспечивается заявленный технический результат в источниках света с несколькими последовательными цепями светодиодов, подключенных к одному источнику электропитания.
В другом частном случае реализации изобретения выбирают для шунтирования светодиоды, равномерно размещенные по длине или поверхности светодиодного модуля.
Такое размещение шунтируемых светодиодов улучшает зрительное восприятие источника света, особенно при включении источников света разной мощности в одном помещении, а также улучшает тепловой режим светодиодов.
В другом частном случае реализации изобретения группы светодиодов, соответствующие последовательным цепям, размещают на поверхности модуля симметрично. При этом симметрия может быть разного вида: осевая, поворотная и т.д.
В результате, на поверхности модуля светодиодам одной последовательной цепи соответствуют симметрично размещенные светодиоды других цепей. Обеспечивается возможность шунтирования светодиодов, симметрично размещенных на поверхности модуля, что улучшает зрительное восприятие источника света, особенно при использовании источников света разной мощности в одном помещении, а также улучшает тепловой режим модуля.
В другом частном случае реализации изобретения одноименные выводы симметрично размещенных светодиодов являются однопотенциальными во всех последовательных цепях и, по меньшей мере, часть однопотенциальных выводов светодиодов соединена между собой.
Эти соединения выполняются при изготовлении светодиодного модуля. В этом частном случае новые признаки в совокупности позволяют уменьшить количество шунтирующих перемычек, устанавливаемых при сборке источника света, при этом автоматически обеспечивается симметрия шунтируемых светодиодов на поверхности модуля.
Светодиодный модуль с использованием изобретения может иметь любую форму (линейки, квадрата, круга и т.д.), в соответствии с конструкцией источника света (лампа, линейная лампа, светильник, светодиодная панель и т.д.).
Светодиоды могут быть отдельными конструктивными единицами или объединены в кластеры, матрицы и т.п.
Сущность предложенного изобретения поясняется графическими материалами, где:
на фиг.1 показана структурная электрическая схема источника света с одной последовательной цепью светодиодов;
на фиг.2 - схема соединений и размещения светодиодов в модуле прямоугольной формы с двумя цепями светодиодов;
на фиг.3 - принципиальная схема модуля с четырьмя цепями светодиодов;
на фиг.4 - схема соединений и размещения светодиодов в модуле прямоугольной формы с четырьмя цепями светодиодов;
Источник света 1 (фиг.1) содержит светодиодный модуль 2 с одной последовательной цепью светодиодов. Выводы 3 и 4 светодиодного модуля 2 подключены к выводам источника электропитания 5, который стабилизирован по выходному току.
На отдельные светодиоды установлены шунтирующие токопроводящие перемычки 6. Возможность установки этих перемычек 6, предусмотрена, например, на одной трети от общего числа светодиодов (возможные перемычки показаны пунктиром).
Значения номинальной электрической мощности источника света 1 и светодиодного модуля 2 (без учета погрешности, вносимой возможной нестабильностью тока на выходе источника электропитания 5) связаны соотношением:
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mi>N</mi><mo>−</mo><mi>n</mi><mo stretchy="false">)</mo><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                                   (1)</mtext></mrow>
1
где: P - номинальная мощность источника света;
2
Р - номинальная мощность светодиодного модуля, равная суммарной мощности всех N светодиодов;
N - общее количество светодиодов в светодиодном модуле;
n - количество светодиодов, шунтированных токопроводящими перемычками.
Мощность источника света может находиться в диапазоне:
<mrow />
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>/</mo><mi>N</mi><mo>≤</mo><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>≤</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mtext>                                                                                     (2)</mtext></mrow>
Предпочтительным является диапазон:
<mrow><msub><mi>P</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mo stretchy="false">(</mo><mn>0,7</mn><mo>÷</mo><mn>1,0</mn><mo stretchy="false">)</mo><msub><mi>P</mi><mn>2</mn></msub><mtext>                                                                                    (3)</mtext></mrow>
При заданной номинальной мощности источника света, не равной суммарной мощности светодиодов на имеющихся модулях, выбирают светодиодный модуль ближайшей большей мощности. Из соотношения (1) находят расчетное число шунтируемых светодиодов, округляют его до целого значения, выбирают на модуле соответствующее количество светодиодов и устанавливают на них токопроводящие перемычки 6.
При подключении источника света 1 к электрической сети электрический ток от источника электропитания 5 протекает по последовательной цепи светодиодов светодиодного модуля 2, за исключением шунтированных светодиодов, где ток протекает по перемычкам 6. Так как источник электропитания стабилизирован по выходному току, мощность источника света пропорциональна количеству светодиодов, оставшихся нешунтированными, и определяется по формуле (1).
В другом примере светодиодный модуль 7 (фиг.2) имеет прямоугольную форму и содержит две последовательные светодиодные цепи 8 и 9, однополярные выводы которых соединены между собой (соединение с источником электропитания условно не показано).
Светодиоды равномерно размещены по поверхности модуля 7 и соединены таким образом, что каждому светодиоду цепи 8 на поверхности модуля соответствует симметричный ему (симметрия по отношению к оси 10) светодиод в цепи 9, и одноименные выводы симметрично расположенных светодиодов являются однопотенциальными.
В каждой из двух последовательных цепей выбирают для шунтирования одинаковое количество светодиодов, т.е. количество шунтированных светодиодов (n) кратно двум. На чертеже фиг.2 показано шунтирование перемычками 11 восьми светодиодов.
В этом примере также применимы формулы (1)÷(3), и работа источника света аналогична изложенному выше. Средства выравнивания тока в параллельно соединенных светодиодных цепях не являются предметом изобретения и здесь не рассматриваются. Выравнивание тока в параллельно соединенных светодиодных цепях может быть выполнено известными средствами, например сортировкой светодиодов по их вольтамперной характеристике.
В третьем примере светодиодный модуль 12 (фиг.3÷4) содержит четыре последовательные светодиодные цепи 13÷16, однополярные выводы которых соединены между собой (соединение с источником электропитания условно не показано).
Светодиоды равномерно размещены по поверхности модуля 12 прямоугольной формы и соединены таким образом, что каждому светодиоду одной цепи на поверхности модуля соответствуют симметричные ему светодиоды в остальных трех цепях, и одноименные выводы симметрично расположенных светодиодов являются однопотенциальными. Здесь использована поворотная симметрия.
В каждой из последовательных цепей 13÷16 выбирают для шунтирования одинаковое количество светодиодов, т.е. количество шунтированных светодиодов (n) кратно четырем. На чертеже фиг.3 показаны места установки перемычек 17 для шунтирования четырех, восьми, двенадцати или шестнадцати светодиодов, т.е. по одному, два, три или четыре светодиода в каждой из цепей 13÷16 (перемычки 17 условно показаны у светодиодной цепи 16).
Ввиду указанной симметрии имеется большое число сочетаний шунтируемых светодиодов, что позволяет выбрать те сочетания, которые обеспечивают комфортность при использовании источника света, особенно при включении источников света разной мощности в одном помещении.
Однопотенциальные выводы симметрично расположенных светодиодов могут быть соединены перемычками 18 (показаны пунктиром), вследствие чего уменьшается необходимое количество перемычек 17.
В этом примере также применимы формулы (1)÷(3), и работа источника света аналогична изложенному выше.
Примеры выполнения подтверждают возможность достижения заявленных технических результатов, обеспечивающих возможность регулирования мощности источника света путем дополнительной коммутации на готовом светодиодном модуле, без изменения других конструктивных элементов и параметров источника света и его компонентов.
Указанные примеры не исчерпывают возможные варианты реализации изобретения, в т.ч. по конкретному выполнению светодиодного модуля и размещению на нем светодиодов.