RU2572092C2

RU2572092C2 - Light-emitting diode lighting fixture

Info

Publication number: RU2572092C2
Application number: RU2014112256/07A
Authority: RU
Inventors: Станислав Леонидович Мамулат; Александр Станиславович Мамулат; Виталий Игоревич Абрамов; Дмитрий Александрович Бирюков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "СПЕКОМИКС-М"
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2014-03-31
Publication date: 2015-12-27
Also published as: RU2014112256A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: light-emitting diode lighting fixture contains light sources which are several powerful light-emitting diodes (LED) 1, each of which is implemented with the heat sink substrate 6, evenly (rows or in chessboard order) arranged with intervals on the printed-circuit board from one side of the bearing plate 2 and connected to at least one current driver 4 with the protective casing 5, and the protective optical light diffuser (OLD) 3. The size of intervals between LEDs 1 is selected from the condition of providing for each LED 1 at least 7 cm² of the surrounding area of the bearing plate 2 which is implemented with a possibility of free flow of atmospheric air from the suspension or any other fastening to the support opposite to the side of installation of the printed-circuit board with light-emitting diodes 1. LEDs 1 can be connected among themselves in series and connected by the flexible cable to the current driver 4. The lighting fixture can be implemented with several groups of LEDs 1, in each of which LEDs 1 are connected among themselves in series and are connected by the flexible cable to the current driver 4. OLD 3 can be implemented in the form of the panel with transparent optical lenses for each of light-emitting diodes 1. OLD 3 is fastened to the plate 2 by means of screws through the tight temperature and moisture resistant gasket. OLD 3 with lenses can be implemented monolithic or in the form of the compound panel. OLD 3 with lenses can be made of transparent optical polycarbonate. Light-emitting diodes with the minimum power 1 W can be used.

EFFECT: simplification of design and reduction of dimensions and weight, expansion of temperature range of no-failure operation of light-emitting diodes and temperature range of the lighting fixture operation.

11 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к осветительным устройствам на мощных светодиодах и может быть использовано для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.The invention relates to lighting devices using high-power LEDs and can be used for street, industrial, domestic and architectural design lighting.

Температура светодиода - один из наиболее важных параметров в жизненном цикле светодиодного светильника. Известно, что большинство светодиодов не способны сохранять свою работоспособность при температуре на подложке светодиода свыше 80 C. Поэтому одной из основных задачей при создании осветительного прибора на основе мощных светодиодов является эффективное отведение тепла от светодиодов. Большинство производителей светодиодной продукции пытаются решить данную задачу путем установки радиаторов с оребрением различных конструкций и выполненных из различных теплопроводящих материалов. Недостатками радиаторов с оребрением являются: пересечение тепловых полей между светодиодами, сравнительно большой вес радиатора, трудоемкость в изготовлении.LED temperature is one of the most important parameters in the life cycle of an LED lamp. It is known that most LEDs are not able to maintain their operability at temperatures on the LED substrate above 80 C. Therefore, one of the main tasks when creating a lighting device based on high-power LEDs is the effective heat removal from the LEDs. Most manufacturers of LED products try to solve this problem by installing radiators with fins of various designs and made of various heat-conducting materials. The disadvantages of radiators with fins are: the intersection of thermal fields between the LEDs, the relatively large weight of the radiator, the complexity of manufacturing.

Известны светодиодные светильники RU №№27852, 83587, 88769, 98532, 99104, 99107, 102748, 105968, 114505, 117055, 118397, 118398, 124361, 2473006, 2476764, 2485396, US №№7976197, 8025428, 8262263, 8322881, 8360599, 8414155, 8444292, 8444303, DE №10216393.Known LED lamps RU No. 27852, 83587, 88769, 98532, 99104, 99107, 102748, 105968, 114505, 117055, 118397, 118398, 124361, 2473006, 2476764, 2485396, US No. 7976197, 8025428, 8262263, 8322828 8414155, 8444292, 8444303, DE No. 10216393.

Известен светильник, имеющий корпус со светоизлучающими элементами, светорассеивающую панель, в качестве светоизлучающих элементов используют светоизлучающие диоды, различающиеся между собой цветом излучаемого света, установленные на платах. Светильник снабжен системой управления, имеет светорассеивающую панель, а в качестве светоизлучающих элементов используют матричные светодиодные панели (RU №27852).A known lamp having a housing with light-emitting elements, a light-diffusing panel, light-emitting diodes that differ in color of the emitted light mounted on the boards are used as light-emitting elements. The luminaire is equipped with a control system, has a light-scattering panel, and matrix LED panels (RU No. 27852) are used as light-emitting elements.

Данный светильник непригоден для использования мощных светодиодов с мощностью свыше 1 Вт, так как они имеют температуру на подложке светодиода свыше 80 С° и их тепловыделение не приемлемо в данной конструкции с плотным размещением и отсутствием воздухообмена с окружающей средой (атмосферой).This lamp is unsuitable for use with high-power LEDs with a power of more than 1 W, since they have a temperature on the LED substrate of more than 80 ° C and their heat dissipation is not acceptable in this design with dense placement and lack of air exchange with the environment (atmosphere).

Поэтому возможность применения их для уличного освещения или освещения крупного объекта отсутствует.Therefore, the possibility of using them for street lighting or lighting a large object is missing.

Известен светильник светодиодный, закрепляемый на опоре, содержащий корпус с источником света, установленным внутри корпуса, и блок питания, причем вся поверхность корпуса является охлаждающим радиатором, выполненным в виде пластин оребрения, установленных с трех сторон по периметру корпуса, источник света выполнен в виде светодиодного модуля, в котором светоизлучающие элементы объединены, по меньшей мере, в четыре параллельные линейки последовательно соединенных сверхмощных светодиодов, при этом каждый из светодиодов крепится не только за счет пайки контактных выводов, но и за счет пайки теплоотводящей пятки светодиода к специальным электрически нейтральным контактам печатной платы. Печатная плата может быть изготовлена на металлической пластине из алюминия, жестко закрепленной на корпусе, к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани прикреплена медная фольга. В иных случаях печатная плата изготовлена на подготовленной поверхности корпуса, к которой с помощью предварительно пропитанной смолами стеклоткани прикреплена медная фольга (RU №83587).Known LED lamp, mounted on a support, containing a housing with a light source installed inside the housing, and a power supply, the entire surface of the housing is a cooling radiator made in the form of fins mounted on three sides around the perimeter of the housing, the light source is made in the form of LED a module in which light-emitting elements are combined in at least four parallel lines of serially connected heavy-duty LEDs, while each of the LEDs is not fixed Only by soldering the contact leads, but also by soldering the heat sink heel of the LED to the special electrically neutral contacts of the printed circuit board. The printed circuit board can be made on a metal plate made of aluminum, rigidly fixed to the housing, to which copper foil is attached using pre-impregnated fiberglass fabric. In other cases, the printed circuit board is made on the prepared surface of the case, to which copper foil is attached with the help of fiberglass previously impregnated with resins (RU No. 83587).

Известен осветитель на мощных светодиодах, содержащий вогнутый корпус из теплопроводного материала, по крайней мере, частично оребренный с тыльной стороны, с круглым, овальным или прямоугольным выходным отверстием, перекрытым защитным стеклом или линзовым оптическим элементом, с собранными внутри на радиаторе охлаждения светодиодами с оптическими осями, обращенными на выходное отверстие, и подключенными к источнику питания с блоком управления, установленному в защищенной камере, на внутренних боковых стенках корпуса выполнен каскад ступенек, коаксиально расположенных и повторяющих форму выходного отверстия, на которых установлены в тепловом контакте рамки из теплопроводного материала, образующие ребра внутреннего радиатора кондуктивного теплоотвода, на обращенных к выходному отверстию сторонах которых смонтированы в тепловом контакте светодиодные модули, линейки со светодиодами или отдельные светодиоды со смещенными в сагиттальных и меридиональных плоскостях параллельными между собой оптическими осями. (RU №2476764, прототип).Known illuminator with high-power LEDs, containing a concave housing made of heat-conducting material, at least partially finned on the back side, with a round, oval or rectangular outlet, covered with a protective glass or lens optical element, with LEDs with optical axes assembled inside the cooling radiator facing the outlet, and connected to a power source with a control unit installed in a protected camera, a cascade is made on the inner side walls of the housing tupenok, coaxially arranged and repeating the shape of the outlet, on which the frames of heat-conducting material are installed in the thermal contact, forming the fins of the internal heat sink of the conductive heat sink, on the sides of the outlet facing the outlet which are mounted in the thermal contact are LED modules, LED strips or separate LEDs with offset in the sagittal and meridional planes parallel to each other by the optical axes. (RU No. 2476764, prototype).

Недостатками известных светильников на мощных светодиодах являются сложность конструкции специального корпуса и радиатора, связанные с этим большие габариты и масса за счет сложности организации теплоотвода с использованием оребренного радиатора, или трубы с принудительным движением воздуха, или иных специальных средств.The disadvantages of the known luminaires with high-power LEDs are the complexity of the design of the special housing and radiator, the large dimensions and weight associated with this due to the complexity of organizing heat removal using a finned radiator, or a pipe with forced air movement, or other special means.

Техническая задача изобретения состоит в создании эффективного светодиодного светильника и расширении арсенала светодиодных светильников, пригодных для уличного, промышленного, бытового и архитектурно-дизайнерского освещения.The technical task of the invention is to create an effective LED lamp and expand the arsenal of LED lamps suitable for street, industrial, domestic and architectural design lighting.

Технический результат заключается в упрощении конструкции и сокращении габаритов и массы за счет обеспечения эффективного теплоотвода без использования оребренного радиатора или трубы с принудительным движением воздуха или иных специальных средств, а также без формирования специального корпуса, кроме того, расширяется температурный диапазон безотказной работы светодиодов и, следовательно, допустимый температурный диапазон применения светильника.The technical result consists in simplifying the design and reducing overall dimensions and weight by providing efficient heat dissipation without using a finned radiator or pipe with forced air movement or other special means, as well as without forming a special case, in addition, the temperature range of the failure-free operation of LEDs is expanded permissible temperature range of the lamp.

Сущность изобретения состоит в том, что светодиодный светильник содержит в качестве источников света несколько светодиодов, каждый из которых выполнен с подложкой теплоотвода, размещенных с промежутками на печатной плате с одной стороны несущей пластины и подключенных к, по меньшей мере, одному драйверу тока, а также оптический рассеиватель света для установки на несущую пластину со стороны размещения светодиодов, причем величина промежутков между последними выбрана из условия обеспечения под каждый светодиод не менее 7 см² окружающей площади несущей пластины, которая выполнена с возможностью обтекания атмосферным воздухом со стороны, противоположной стороне установки печатной платы со светодиодами.The essence of the invention lies in the fact that the LED lamp contains several light emitting diodes as light sources, each of which is made with a heat sink substrate placed at intervals on a printed circuit board on one side of the carrier plate and connected to at least one current driver, and optical light diffuser for installation on the carrier plate from the side of the LEDs, and the gap between the latter is selected from the condition that each LED has at least 7 cm ^{2 of} ambient the area of the carrier plate, which is made with the possibility of flowing with atmospheric air from the side opposite to the installation side of the printed circuit board with LEDs.

Предпочтительно светодиоды соединены между собой последовательно и подключены гибким кабелем к драйверу тока.Preferably, the LEDs are interconnected in series and connected by a flexible cable to the current driver.

В частных случаях реализации светильник выполнен с несколькими группами светодиодов, в каждой из которых светодиоды соединены между собой последовательно и подключены гибким кабелем драйверу тока.In special cases, the implementation of the lamp is made with several groups of LEDs, in each of which the LEDs are interconnected in series and connected by a flexible cable to the current driver.

Предпочтительно оптический рассеиватель света выполнен в виде панели с прозрачными линзами для каждого из светодиодов.Preferably, the optical light diffuser is made in the form of a panel with transparent lenses for each of the LEDs.

При этом оптический рассеиватель света с линзами может быть выполнен монолитным или оптический рассеиватель света с линзами выполнен в виде составной панели.In this case, the optical light diffuser with lenses can be made integral or the optical light diffuser with lenses is made in the form of a composite panel.

Предпочтительно оптический рассеиватель света с линзами выполнен из прозрачного поликарбоната, каждый драйвер тока закреплен на дополнительно выполненным участке несущей пластины со стороны размещения светодиодов и снабжен съемным кожухом, закрепленным на несущей пластине через влагостойкую прокладку.Preferably, the optical light diffuser with lenses is made of transparent polycarbonate, each current driver is mounted on an additionally made portion of the carrier plate on the side of the LEDs and is equipped with a removable casing mounted on the carrier plate through a moisture-proof gasket.

Как правило, светильник содержит светодиоды с мощностью не менее 1 Вт, размещенные с постоянным шагом на несущей пластине, выполненной из материала с коэффициентом теплообмена не менее 5,2.As a rule, a luminaire contains LEDs with a power of at least 1 W, placed with a constant pitch on a carrier plate made of a material with a heat transfer coefficient of at least 5.2.

Предпочтительно несущая пластина выполнена с возможностью крепления с зазором к элементам несущих конструкций, а также несущая пластина снабжена средствами крепления к элементам несущих конструкций, размещенными на участке расположения драйвера тока.Preferably, the carrier plate is adapted to be secured with a gap to the elements of the supporting structures, and the carrier plate is provided with means for attaching to the elements of the supporting structures located in the current driver location.

На чертеже фиг. 1 изображен общий вид светодиодного светильника (россыпью) в аксонометрической (объемной) проекции, на фиг. 2 - схематичный вид сбоку, на фиг. 3 - схематичный вид со стороны размещения светодиодов, на фиг.4 - участок несущей пластины с одним светодиодом, на фиг. 5 - сегмент печатной платы.In the drawing of FIG. 1 shows a General view of the LED lamp (in bulk) in axonometric (volumetric) projection, FIG. 2 is a schematic side view of FIG. 3 is a schematic view from the side of the placement of the LEDs, in FIG. 4 is a portion of the carrier plate with one LED, in FIG. 5 - segment of the printed circuit board.

Светодиодный светильник содержит в качестве источников света несколько мощных светодиодов 1, каждый из которых выполнен с подложкой 6 теплоотвода, равномерно (рядами или в шахматном порядке) размещенных с промежутками на печатной плате (не обозначена) с одной стороны несущей пластины 2 и подключенных к, по меньшей мере, одному драйверу 4 тока с защитным кожухом 5, а также защитный оптический рассеиватель 3 света для установки на несущую пластину 2 со стороны размещения светодиодов 1. Могут применяться мощные светодиоды 1, например, типа emitter, cree-xp, xml и др. с различными светотехническими и мощностными характеристиками, Каждый светодиод 1 крепится за счет пайки своей контактной площадки к контактам печатной платы. Величина промежутков между светодиодами 1 выбрана из условия обеспечения под каждый светодиод 1 не менее 7 см² окружающей площади несущей пластины 2, которая выполнена с возможностью свободного обтекания атмосферным воздухом со стороны подвешивания или иного крепления, например, к потолочной опоре (не изображена), противоположной стороне установки печатной платы со светодиодами 1.The LED lamp contains several powerful LEDs 1 as light sources, each of which is made with a heat sink substrate 6, evenly (in rows or in a checkerboard pattern) placed at intervals on a printed circuit board (not indicated) on one side of the carrier plate 2 and connected to at least one current driver 4 with a protective casing 5, as well as a protective optical light diffuser 3 for installation on the carrier plate 2 from the side of the LEDs 1. High-power LEDs 1, for example, emitter, cree can be used -xp, xml, etc. with different lighting and power characteristics, Each LED 1 is attached by soldering its contact area to the contacts of the printed circuit board. The gap between the LEDs 1 is selected from the condition for each LED 1 to provide at least 7 cm ^{2 of the} surrounding area of the carrier plate 2, which is made with the possibility of free flow around atmospheric air from the side of suspension or other fastening, for example, to a ceiling support (not shown), opposite installation side of the PCB with LEDs 1.

Светодиоды 1 соединены между собой последовательно и подключены гибким кабелем (не обозначен) к драйверу 4 тока.The LEDs 1 are interconnected in series and connected by a flexible cable (not indicated) to the current driver 4.

Светильник может быть выполнен с несколькими группами светодиодов 1, в каждой из которых светодиоды 1 соединены между собой последовательно и подключены гибким кабелем драйверу 4 тока.The lamp can be made with several groups of LEDs 1, in each of which the LEDs 1 are interconnected in series and connected by a flexible cable to the current driver 4.

Оптический рассеиватель 3 света выполнен в виде панели с прозрачными оптическими линзами (не обозначены) для каждого из светодиодов 1, т.е. каждая из линз размещена соосно одному из светодиодов 1.The optical light diffuser 3 is made in the form of a panel with transparent optical lenses (not indicated) for each of the LEDs 1, i.e. each of the lenses is placed coaxially to one of the LEDs 1.

Оптический рассеиватель 3 света закреплен к пластине 2 при помощи винтов через герметичную температуро- и влагостойкую прокладку (не изображено).The optical light diffuser 3 is fixed to the plate 2 with screws through a sealed temperature and moisture resistant gasket (not shown).

Оптический рассеиватель 3 света с линзами может быть выполнен монолитным.The optical light diffuser 3 with lenses can be made integral.

Оптический рассеиватель 3 света с линзами может быть выполнен в виде составной панели.The optical light diffuser 3 with lenses can be made in the form of a composite panel.

Оптический рассеиватель 3 света с линзами предпочтительно выполнен из прозрачного оптического поликарбоната.The optical light diffuser 3 with lenses is preferably made of transparent optical polycarbonate.

Поверхность пластины 2 условно можно разделить на два участка - передний первый со светодиодами 1 и задний второй. Каждый драйвер 4 тока закреплен на дополнительно выполненном втором участке несущей пластины 2 с той же стороны пластины 2, как и светодиоды 1, и снабжен съемным защитным кожухом 5, закрепленным на несущей пластине 2 через влагостойкую прокладку (не обозначена).The surface of the plate 2 can conditionally be divided into two sections - the front first with LEDs 1 and the rear second. Each current driver 4 is mounted on an additionally made second section of the carrier plate 2 on the same side of the plate 2 as the LEDs 1, and is equipped with a removable protective casing 5, mounted on the carrier plate 2 through a moisture-proof gasket (not indicated).

Предпочтительно светодиодный светильник содержит светодиоды с мощностью не менее 1 Вт (допустимой величиной тока не менее 350 мА), размещенные с постоянным шагом на несущей пластине, выполненной из материала (предпочтительно из металла - алюминия и сплавов на его основе).Preferably, the LED luminaire contains LEDs with a power of at least 1 W (allowable current value of at least 350 mA), placed at a constant pitch on a carrier plate made of material (preferably metal - aluminum and alloys based on it).

Несущая пластина 2 выполнена с возможностью крепления с зазором к элементам несущих конструкций (потолку или к консоли) и снабжена средствами крепления к элементам несущих конструкций (не изображены), размещенными на участке расположения драйвера 4 тока.The carrier plate 2 is made with the possibility of fastening with a gap to the elements of the supporting structures (ceiling or console) and is equipped with fastening means to the elements of the supporting structures (not shown) located on the location of the current driver 4.

Светодиодный светильник работает следующим образом.LED lamp works as follows.

Пластина 2 закрепляется с зазором к элементам несущих конструкций (потолку или к консоли) с помощью средств крепления к элементам несущих конструкций размещенных на участке расположения драйвера 4 тока. Драйвер 4 тока подключается к электрической сети на окружающей территории. После включения питания светодиодов 1 от драйвера 4 тока осуществляется освещение территории.The plate 2 is fixed with a gap to the elements of the supporting structures (ceiling or console) by means of fastening to the elements of the supporting structures located on the current driver 4. The current driver 4 is connected to the electrical network in the surrounding area. After turning on the power of LEDs 1 from the current driver 4, the area is illuminated.

При подключении светильника к электросети один или несколько драйверов 4 тока подают напряжение на светодиоды 1. В режиме работы происходит выделение тепла, которое рассеивается выполняющей функции корпуса и безреберного радиатора пластиной 2. Рассеиватель 3 света обеспечивает защиту светодиодов 1 от внешних воздействий и равномерное освещение на достаточно большом участке поверхности - зоне освещенности. Драйвер 4 тока обеспечивает подачу постоянного значения тока на светодиоды 1 при возможных колебаниях питающей сети. Последовательное соединение светодиодов 1 на печатной плате позволяет обеспечить минимальное потребление электроэнергии светильником в целом.When the luminaire is connected to the mains, one or more current drivers 4 supply voltage to the LEDs 1. In operation, heat is generated, which is dissipated by the plate 2. The light diffuser 3 protects the LEDs 1 from external influences and provides uniform illumination a large surface area - the light zone. The current driver 4 provides a constant current value to the LEDs 1 in case of possible fluctuations in the supply network. The serial connection of the LEDs 1 on the printed circuit board allows for minimal energy consumption of the lamp as a whole.

Применение наиболее эффективных мощных светодиодов 1 с мощностью не менее 1 Вт (допустимой величиной тока не менее 350 мА неизбежно сопровождается существенным тепловыделением.)The use of the most efficient high-power LEDs 1 with a power of at least 1 W (a permissible current of at least 350 mA is inevitably accompanied by significant heat generation.)

В рассматриваемой конструкции светильника теплопроводность и градиент температур пластины 2 не рассматривается, т.к. теплопроводность алюминия и сплавов на его основе имеет достаточный порядок коэффициента теплопроводности, чтобы за незначительный промежуток времени пластина 2 была нагрета равномерно. А так же пластина 2 из алюминия и сплавов на его основе позволяет считать ее равномерно нагретой, т.к. источники тепла (светодиоды 1) распределены на поверхности равномерно и пластина 2 не имеет оребрения.In the considered design of the lamp, the thermal conductivity and temperature gradient of the plate 2 are not considered, because the thermal conductivity of aluminum and alloys based on it has a sufficient order of the coefficient of thermal conductivity, so that for a short period of time the plate 2 was heated uniformly. And also plate 2 of aluminum and alloys based on it allows us to consider it uniformly heated, because heat sources (LEDs 1) are evenly distributed on the surface and the plate 2 does not have fins.

Рассмотрим элементарный участок подложки 6 со светодиодом (фиг. 4) с характерными размерами, необходимыми для отведения тепла от подложки 6 светодиода 1 на столько, чтобы светодиод 1 не перегревался.Consider the elementary section of the substrate 6 with an LED (Fig. 4) with the characteristic dimensions necessary to remove heat from the substrate 6 of LED 1 so that LED 1 does not overheat.

Температура на подложке 6 светодиода 1 не должна превышать 85°C. Максимальная температура воздуха в ночное время суток по России 45°C. Соответственно разность температур ΔT=85-45=40°C. В качестве условия работоспособности светильника взята формула для расчета площади теплоотводящей пластины для конвективного теплообмена с плоской пластины 2, расположенной горизонтально (ф1), где Q - общий тепловой поток (в нашем случае 1 Вт), α - коэффициент теплообмена (теплоотдачи от поверхности тела к жидкости или к газу).The temperature on the substrate 6 of the LED 1 must not exceed 85 ° C. The maximum air temperature at night is 45 ° C in Russia. Accordingly, the temperature difference ΔT = 85-45 = 40 ° C. As a condition for the luminaire operability, we took the formula for calculating the area of the heat sink plate for convective heat transfer from a flat plate 2 located horizontally (f1), where Q is the total heat flux (in our case 1 W), α is the heat transfer coefficient (heat transfer from the body surface to liquid or gas).

Для расчета коэффициента теплообмена воспользуемся формулой (ф2) (λ - коэффициент теплопроводности

для воздуха при 40°C и давлении 1 атм). Где критерий Нуссельта рассчитаем по формуле (ф3), причем критерием Прандтля можно пренебречь, т.к. скорость потока (рассматривается преимущественно конвективный теплообмен) и разность температур малы, соответственно принимаем Pr≤1.To calculate the heat transfer coefficient, we use the formula (f2) (λ is the thermal conductivity

for air at 40 ° C and a pressure of 1 atm). Where the Nusselt criterion is calculated by the formula (f3), and the Prandtl criterion can be neglected, because the flow rate (mainly convective heat transfer is considered) and the temperature difference are small, respectively, we take Pr≤1.

Найдем критерий Нуссельта, предварительно рассчитав критерий Гразгофа по формуле (ф4) (ν - вязкость кинематической вязкости воздуха (2∗10)^-10). Параметр l=1 м взят с учетом стандартных характерных размеров уличного светильника.We find the Nusselt criterion, having previously calculated the Grazof criterion using the formula (f4) (ν is the kinematic viscosity of air (2 ∗ 10) ^-10 ). The parameter l = 1 m is taken taking into account the standard characteristic dimensions of the street lamp.

Отсюда:From here:

Nu=0.75∗(0.6∗10¹⁰∗1)^0.25=210Nu = 0.75 ∗ (0.6 ∗ 10 ¹⁰ ∗ 1) ^0.25 = 210

Соответственно расчетная максимальная площадь, необходимая для эффективного охлаждения одного одноваттного светодиода, 24 см². То есть минимальное достаточное расстояние между светодиодами 1 должно составлять 2.7 см. Также если учесть что количество выделяемого тепла от одноваттного светодиода 1 экспериментально определенно как 0.7 Вт, то из формулы (1) следует что достаточная максимальная площадь, отводимая под светодиод 1, уменьшается до 16 см², соответственно минимальное расстояние между светодиодами 1 уменьшается до 2.3 см. Если также учесть что в средней полосе России температура в ночное время суток не превышает 30°C, то достаточная для эффективного теплоотвода площадь под светодиод 1 уменьшается до 11 см². Выше при расчетах учитывался только конвективный теплообмен, в действительности мы имеет место обтекание пластины 2 воздухом, что значительно интенсифицирует теплообмен. Экспериментальным путем при температуре окружающей среды 25°C и давлении 1 атм было подтверждено, что минимальная эффективная площадь пластины 2 под одноваттный светодиод, достаточная для отвода тепла и стабилизации температуры пластины 2 со светодиодами 1 (с подложкой 6 теплоотвода) в допустимых пределах равняется 7 см².Accordingly, the estimated maximum area required for efficient cooling of one single-watt LED is 24 cm ² . That is, the minimum sufficient distance between the LEDs 1 should be 2.7 cm. Also, if we take into account that the amount of heat generated from a single-watt LED 1 is experimentally determined as 0.7 W, then from formula (1) it follows that a sufficient maximum area allocated to LED 1 is reduced to 16 cm ^2, respectively, the minimum distance between the LEDs 1 is reduced to 2.3 cm. If also be noted that in central Russia at night day temperature does not exceed 30 ° C, then sufficient for effective heat removal mp area under the LED 1 decreases to 11 cm ^2. Above, only convective heat transfer was taken into account in the calculations; in reality, we have a flow of air around plate 2, which significantly intensifies heat transfer. It was experimentally confirmed at an ambient temperature of 25 ° C and a pressure of 1 atm that the minimum effective area of the plate 2 for a single-watt LED is sufficient to remove heat and stabilize the temperature of the plate 2 with LEDs 1 (with the heat sink substrate 6) within the allowable range of 7 cm ² .

Оптимальная температура работы мощного светодиода 1, простота конструкции и небольшой вес светильника достигается применением плоской несущей пластины 2 из алюминиевого сплава, где под каждый мощный светодиод 1 отведен достаточный участок корпуса-пластины 2, необходимый для эффективного отведения тепла с подложки 6 светодиода и стабилизации температуры работающего светильника в допустимых пределах. Хороший теплоотвод обеспечивается тем, что температурные поля от соседних работающих светодиодов 1 не пересекаются и не влияют друг на друга, в связи с тем что лишний тепловой поток успевает перейти в окружающую среду непосредственно от каждого светодиода 1, а не накапливается в подложке 6 и теплоотводящей пластине 2.The optimum operating temperature of the powerful LED 1, the simplicity of the design and the light weight of the luminaire is achieved by using a flat carrier plate 2 made of aluminum alloy, where for each powerful LED 1 a sufficient portion of the housing-plate 2 is allocated, which is necessary for efficient heat removal from the LED substrate 6 and stabilization of the operating temperature lamp within acceptable limits. Good heat dissipation is ensured by the fact that the temperature fields from neighboring operating LEDs 1 do not intersect and do not affect each other, due to the fact that the excess heat flux manages to pass into the environment directly from each LED 1, and does not accumulate in the substrate 6 and the heat sink plate 2.

Благодаря этому достигается упрощение конструкции и сокращение габаритов и массы за счет обеспечения эффективного теплоотвода без использования оребренного радиатора или трубы с принудительным движением воздуха или иных специальных средств, а также без формирования специального корпуса, кроме того, расширяется температурный диапазон безотказной работы светодиодов и, следовательно, допустимый температурный диапазон применения светильника.Due to this, simplification of the design and reduction of dimensions and weight is achieved by providing efficient heat removal without the use of a finned radiator or pipe with forced air movement or other special means, as well as without the formation of a special housing, in addition, the temperature range of failure-free operation of LEDs is expanded allowable temperature range for the use of the lamp.

Claims

1. LED lamp containing several light emitting diodes as light sources, each of which is made with a heat sink substrate, placed at intervals on a printed circuit board on one side of the carrier plate and connected to at least one current driver, as well as an optical light diffuser for Fitting the supporting plate by placing the LEDs, and the value of gaps between the latter is chosen from the condition under each LED providing at least 7 cm ² area surrounding the carrier plate, which Execute, with ambient air flow from the side opposite to the installation of the PCB with LEDs.

2. The LED lamp according to claim 1, characterized in that the LEDs are interconnected in series and are connected by a flexible cable to the current driver.

3. The LED lamp according to claim 2, characterized in that it is made with several groups of LEDs, in each of which the LEDs are connected in series and connected by a flexible cable to the current driver.

4. LED lamp according to any one of paragraphs. 1-3, characterized in that the optical light diffuser is made in the form of a panel with transparent lenses for each of the LEDs.

5. The LED lamp according to claim 4, characterized in that the optical light diffuser with lenses is made integral.

6. The LED lamp according to claim 4, characterized in that the optical light diffuser with lenses is made in the form of a composite panel.

7. LED lamp according to any one of paragraphs. 5, 6, characterized in that the optical light diffuser with lenses is made of transparent polycarbonate.

8. LED lamp according to any one of paragraphs. 1-3, 5, 6, characterized in that each current driver is mounted on an additionally made portion of the carrier plate from the side of the LEDs and is equipped with a removable casing mounted on the carrier plate through a moisture-proof gasket.

9. The LED lamp according to any one of paragraphs. 1-3, 5, 6, characterized in that it contains LEDs with a power of at least 1 W, placed with a constant pitch on a carrier plate made of a material with a heat transfer coefficient of at least 5.2.

10. LED lamp according to any one of paragraphs. 1-3, 5, 6, characterized in that the carrier plate is made with the possibility of fastening with a gap to the elements of the supporting structures.

11. The LED lamp according to claim 10, characterized in that the carrier plate is provided with means for attaching to the elements of the supporting structures located at the current driver location.