RU180182U1 - Светодиодная лампа - Google Patents

Abstract

Полезная модель направлена на увеличение срока службы источника оптического излучения за счет снижения температуры элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации. Указанный технический результат достигается тем, что в светодиодной лампе, содержащей герметичную колбу 1 с цоколем 2 для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодом 3 или несколькими светодиодами, или светодиодной матрицей, или несколькими светодиодным матрицами, или светодиодной линейкой, или несколькими светодиодными линейками, соединенными в соответствии с требуемой электрической схемой на заданное напряжение постоянного или переменного тока, с драйвером 4 в защитном корпусе 5 и с опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды 6, заполненную изолирующим газом. Электроды соединяют с контактами цоколя вне колбы и входными выводами драйвера внутри колбы. Выходные выводы драйвера подключают к электрической схеме со светодиодом или несколькими светодиодами, или светодиодной матрицей, или несколькими светодиодным матрицами, или светодиодной линейкой, или несколькими светодиодными линейками. Корпус изготавливают из теплопроводящего материала, отношение коэффициента теплопроводности которого при температуре 400 К к коэффициенту теплопроводности изолирующего газа составляет величину от 1 до 500. Как вариант, корпус выполняют с дополнительными конструктивными элементами 7, обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции. 1 з.п. ф-лы; 1 ил.

Description

Полезная модель относится к светотехнике и может быть использована при проектировании новых энергоэффективных источников оптического излучения с повышенным сроком службы. Полезная модель направлена на увеличение срока службы (среднего ресурса непрерывной эксплуатации или работы) светодиодной лампы за счет снижения температуры элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации.

Известна лампа, содержащая герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, с нитью накала и опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды, вакуумированную, электроды которой соединяют с контактами цоколя вне колбы и контактами нити накала внутри колбы (Характеристики ламп накаливания. Каталог / «ГУП РМ Лисма», 2011, С. 32).

В качестве источника питания вакуумной лампы, относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть.

Недостатком вакуумной лампы накаливания является малый срок службы, что обусловлено испарением материала нити накала с последующим обрывом нити. Обрыв нити накала - это выход лампы из строя. Средний срок службы вакуумной лампы накаливания обычно не превышает 1000 час. Светоотдача известной электрической вакуумной лампы накаливания составляет 10 лм/Вт. Таким образом, вакуумная лампа накаливания не является энергоэффективным электротехническим устройством.

Известна лампа, содержащая герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, с нитью накала и опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды, заполненную изолирующим газом, электроды которой соединяют с контактами цоколя вне колбы и контактами нити накала внутри колбы (Spectrum. Каталог ламп 2009/2010 / «GE Lighting», 2009, С. 63).

В качестве изолирующего (буферного) газа обычно используют определенную (по различным соображениям) смесь газов, например, содержащую от 84 до 86% азота и от 14 до 16% аргона (или наоборот, 11% азота и 89% аргона) при давлении от 0,5 до 0,8 бар. Предпочтение для ламп накаливания следует отдавать газам, имеющим низкий коэффициент теплопроводности и химически инертным (аргон, криптон, ксенон), так как такие лампы работают при высоких рабочих температурах нити накала.

В качестве источника питания известной лампы, также относящейся к лампам накаливания, используется внешняя электрическая сеть переменного тока (или автономный источник переменного или постоянного тока).

Недостатком «газополной» лампы накаливания является малый средний срок службы, что обусловлено интенсивным испарением материала нити накала при высокой температуре с последующим ее обрывом. Обрыв нити накала - это выход лампы из строя. Средний срок службы газополной лампы накаливания обычно не превышает 1000 час. Максимальная светоотдача известной лампы накаливания составляет 14 лм/Вт (для ламп повышенной мощности).

Известна электрическая светодиодная лампа, содержащая колбу, установленную на корпусе с охладителем и цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодной матрицей внутри, драйвер, светодиодная матрица закреплена на охладителе и подключена к выходу драйвера, размещенного внутри корпуса, контакты цоколя соединены с контактами драйвера (П. 100637 Интегрированная светодиодная лампа / Е.М. Силкин // Опубл. 20.12.2010. Бюл. №35).

Подобную конструкцию имеют большинство электрических ламп со светодиодами и светодиодными матрицами. В лампе, в качестве светоизлучающего тела, могут быть также использованы один светодиод или несколько светодиодов, или несколько светодиодных матриц, соединенных в соответствии с требуемой электрической схемой на заданное напряжение постоянного тока. Такая светодиодная лампа не является герметичной. Степень защиты известной светодиодной лампы низкая. Светоизлучающее тело и драйвер не изолированы от внешней среды и подвержены ее влиянию. Все ответственные элементы лампы находятся в среде окружающего воздуха, который может содержать пары воды, агрессивные вещества в недопустимых концентрациях, механические примеси и пыль, а также сравнительно плохо отводит тепло (от 7 до 10 раз менее интенсивно, чем, например, гелий или водород). Корпус лампы традиционной конструкции не выполняет специальной функции по отводу тепла от драйвера. Поэтому элементы драйвера в известной светодиодной лампе работает при повышенной температуре.

Недостатком светодиодной лампы рассмотренной конструкции является сравнительно малый срок службы, что обусловлено повышенным нагревом светодиодов и электронных элементов и узлов устройства (драйвера), высокой температурой корпуса (что затрудняет ее применение в замкнутых световых приборах), не герметичностью частей, в том числе, светоизлучающего тела и драйвера (что делает, в частности, затруднительным использование ее при наружном освещении), технической и технологической сложностью, снижающей надежность работы. Светоотдача известной лампы, относящейся, как отмечено, к типу светодиодных, достигает 70 лм/Вт, что является сравнительно низкой величиной для светодиодных источников света.

Известна светодиодная лампа, содержащая герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, с несколькими светодиодным матрицами, соединенными в соответствии с требуемой электрической схемой на заданное напряжение постоянного тока, и опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель и электроды, заполненную изолирующим газом, драйвер, установленный внутри цоколя, электроды соединены с выходными выводами драйвера вне колбы и подключены к электрической схеме со светодиодными матрицами внутри колбы, входные выводы драйвера соединены с контактами цоколя (Лампы СТАРТ с нитевидным светодиодом. Каталог ламп / «ООО Старт», Новгород, 2014).

Известная светодиодная лампа относится к типу так называемых филаментных ламп, использующих в конструкции матрицы последовательно соединенных маломощных светодиодов в форме линеек (технология СОВ или МСОВ). Светоизлучающее тело (комплект светодиодных матриц) в филаментных лампах изолировано от влияния окружающей среды. Драйвер остается неизолированным от окружающей среды. Размещение драйвера в цоколе лампы ограничивает размер платы драйвера и не позволяет выполнить его с высокими техническими параметрами. От элементов драйвера в очень ограниченном объеме затруднен отвод тепла. При изготовлении светодиодной филаментной лампы драйвер подвергается воздействию достаточно высокой температуры (цоколевание), что может приводить к выходу его из строя и снижению срока службы.

Недостатком известной светодиодной лампы является сниженный срок службы, что обусловлено не изолированностью драйвера от воздействия условий окружающей среды, работой элементов драйвера в ограниченном пространстве с недостаточно хорошим отводом тепла и при повышенной температуре, «термоударом» при изготовлении (цоколевание). Отрицательное значение имеет также сложность обеспечения хорошей электрической изоляции драйвера от элементов цоколя, находящихся под высоким сетевым напряжением. Ограничения на размер платы драйвера и невозможность выполнения его с требуемыми техническими характеристиками не позволяют обеспечить хороший режим и надежность работы светодиодов, самого драйвера и лампы в целом. Отмеченные факторы существенно снижают срок службы светодиодной филаментной лампы.

Известна светодиодная лампа, содержащая герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодом или несколькими светодиодами, или светодиодной матрицей, или несколькими светодиодным матрицами, соединенными в соответствии с требуемой электрической схемой на заданное напряжение постоянного или переменного тока, с драйвером и опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель и электроды, заполненную изолирующим газом, электроды соединяют с контактами цоколя вне колбы и входными выводами драйвера внутри колбы, выходные выводы драйвера подключают к электрической схеме со светодиодом или несколькими светодиодами, или светодиодной матрицей, или несколькими светодиодным матрицами, подложки светодиодов или светодиодных матриц выполняют из оптически прозрачного ситалла с повышенным коэффициентом теплопроводности или кварца, или сапфира, или оптически прозрачной теплопроводящей керамики (П. 153191. Светодиодная лампа / Е.М. Силкин // 3аявл. 15.01.2015 (RU 2015101075), Опубл. 10.07.2015. Бюл. №19).

Известная светодиодная лампа является наиболее близкой по технической сущности к полезной модели и выбрана в качестве прототипа.

Драйвер в известной светодиодной лампе размещается внутри колбы, что изолирует его от неблагоприятного воздействия окружающей среды. Известная светодиодная лампа имеет наивысшую степень защиты. За счет оптимизации наполнения колбы специальным газом (смесью газов) с повышенным коэффициентом теплопроводности может улучшаться отвод тепла от элементов светящегося тела и драйвера.

Недостатком прототипа является сниженный срок службы, что обусловлено еще относительно высокой температурой элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации лампы. Известно, что повышение рабочей температуры

элементов электронного узла на 10 К может приводить к снижению срока службы, приблизительно, в 2 раза. В известной лампе, из-за замкнутости рабочего объема колбы, имеет место недостаточно эффективный теплоотвод от элементов драйвера при затрудненном теплообмене в условиях естественной конвекции. Кроме того, при изготовлении лампы (заварка колбы, отпайка штенгеля, цоколевание) элементы драйвера подвергаются достаточно длительному воздействию высокой температуры (теплопередача) и теплового излучения, что приводит к старению материалов или даже выходу элементов драйвера из строя, размягчению припоев, возможному смещению пространственного положения установленных элементов. Снижается надежность работы. Конструкция светодионой лампы также не обеспечивает достаточной жесткости и технологичности при изготовлении.

Полезная модель направлена на решение задачи увеличения срока службы светодиодной лампы за счет снижения, в первую очередь, температуры элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации, что является целью полезной модели. Снижение предельной температуры элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации светодиодной лампы является техническим результатом. Кроме того, повышается жесткость конструкции, надежность и технологичность изделия.

Указанная цель и технический результат достигаются тем, что в:

1. Светодиодной лампе, содержащей герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодным светоизлучающим телом, с драйвером в защитном корпусе и с опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды, заполненную изолирующим газом, электроды соединяют с контактами цоколя вне колбы и входными выводами драйвера внутри колбы, выходные выводы драйвера подключают к светодиодному

светоизлучающему телу, защитный корпус изготавливают из теплопроводящего материала, отношение коэффициента теплопроводности которого при температуре 400 К к коэффициенту теплопроводности изолирующего газа составляет величину от 1 до 500;

2. По п.1, защитный корпус выполняют с дополнительными конструктивными элементами, обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции.

Существенным отличием, характеризующим полезную модель, является увеличение срока службы светодиодной лампы за счет снижения температуры элементов драйвера при изготовлении и эксплуатации, экранирования драйвера от теплового воздействия и теплового излучения при изготовлении и работе, улучшения теплоотвода от элементов при существенной интенсификации теплообмена в условиях естественной конвекции, сохранения эффекта качественного изолирования ответственных элементов и узлов лампы от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды (влаги, пыли, агрессивных веществ, температуры и т.д.), улучшения условий работы элементов драйвера и светодиодов светоизлучающего тела, улучшения условий охлаждения всех элементов и узлов лампы, качественной электрической изоляции драйвера, возможности его выполнения с более высокими техническими характеристиками, новых конструкций лампы, светодиодов и матриц на основе светодиодов, как элементов светоизлучающего тела, новых элементов и связей элементов, вариантов питания, как лампы, так и светодиодов светоизлучающего тела, на постоянном и переменном токе, повышения жесткости конструкции, надежности и технологичность изделия, то есть, отличительных признаков полезной модели. Таким образом, отличительные признаки заявляемой светодиодной лампы являются существенными.

На рисунке приведена типовая конструкция новой светодиодной одноцокольной

лампы со стандартным элементом внешнего токоподвода (сетевым цоколем класса Е14, Е26, Е27 или Е40).

Светодиодная лампа содержит герметичную колбу 1 с цоколем 2 для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодным светоизлучающим телом 3 на основе светодиода или нескольких светодиодов, или светодиодной матрицы, или нескольких светодиодных матриц, или светодиодной линейки, или нескольких светодиодных линеек, соединенных в соответствии с требуемой электрической схемой на заданное напряжение постоянного или переменного тока, с драйвером 4 в защитном корпусе 5 и с опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды 6, заполненную изолирующим газом. Электроды соединяют с контактами цоколя вне колбы и входными выводами драйвера внутри колбы. Выходные выводы драйвера подключают к электрической схеме со светодиодом или несколькими светодиодами, или светодиодной матрицей, или несколькими светодиодным матрицами, или светодиодной линейкой, или несколькими светодиодными линейками. Защитный корпус изготавливают из теплопроводящего материала, отношение коэффициента теплопроводности которого при температуре 400 К к коэффициенту теплопроводности изолирующего газа составляет величину от 1 до 500. Как вариант, защитный корпус выполняют с дополнительными конструктивными элементами 7, обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции.

Светодиодная лампа в установившемся режиме работает следующим образом. Через цоколь 2 стандартного вида (Е14, Е26, Е27 или Е40) электрическая лампа подключается к обычной питающей сети переменного тока (внешнему источнику питания) непосредственно или к специальной сети (источнику) постоянного тока. Колба 1 из оптически прозрачного материала является основной частью конструкции светодиодной лампы, выполняющей несущую, защитную, светорассеивающую функции и функцию герметизации

рабочего пространства. Колба 1 жестко механически соединена (сопряжена) с цоколем 2. Контакты цоколя 2 через электроды 6, впаянные в опорную ножку, соединены с входными выводами платы драйвера 4. Светодиодная матрица 3 (или матрицы, светодиод или несколько светодиодов, светодиодная линейка или несколько светодиодных линеек) светоизлучающего тела (электрической схемы) электрически соединена с выходными выводами платы (узла) драйвера 4. Вся конструкция (опорная ножка, светоизлучающее тело, драйвер 4) размещается внутри колбы 1 и изолирована от окружающей среды. Драйвер 4 преобразует напряжение (энергию) внешнего источника питания (например, сети) в напряжение (ток) заданного уровня и частоты, необходимое для электропитания светодиодов (3). Питание светодиодов 3 (матриц, линеек) может осуществляться от драйвера 4 как на постоянном, так и на переменном токе. При питании на переменном токе электрическая схема соединения светодиодов 3 (матриц, линеек) несколько отличается от схемы на постоянном токе. Питание на переменном токе энергетически выгоднее. Число ступеней преобразования энергии уменьшается, что, в целом, повышает надежность работы драйвера 4. Увеличивается средний срок службы светодиодной лампы за счет снижения электрических потерь и работы элементов конструкции при более низких температурах.

Колба 1 заполнена изолирующим (буферным) газом. Откачка и заполнение внутреннего объема колбы 1 осуществляется через откачной штенгель опорной ножки. После заполнения колбы 1 изолирующим (буферным) газом штенгель отпаивается. В качестве буферного газа используют, например, смесь, содержащую более 90% азота и менее 10% аргона или азот, или технически чистый воздух, или неон, или (возможно для определенных условий) гелий и водород, или смеси указанных газов в технически достижимых сочетаниях и пропорциях при давлении от 0,4 до 30 бар. Состав изолирующего газа и его давление должны обеспечивать наилучший теплоотвод от элементов и узлов светодиодной лампы, установленных внутри колбы 1, в том числе, от элементов драйвера 4, и достаточную электрическую прочность. Для лучшего теплоотвода в условиях естественной конвекции необходимо использовать изолирующий газ, обладающий повышенной теплопроводностью, и увеличивать его давление в колбе 1. Поэтому устанавливать в колбе 1 давление изолирующего газа ниже 0,4 бар неэффективно. Практически же, абсолютное давление для большинства модификаций (исполнений) светодиодных ламп заявляемой конструкции должно находиться в пределах от 0,5 до 2,5 бар (что наиболее технологично). Обьем колбы 1 и ее форма должны быть также оптимизированы с целью улучшения теплоотвода. Близкими к оптимальным являются стандартные формы и размеры колб (1), применяемых для серийных ламп накаливания (в том числе декоративные, например, «витые»). При этом светодиоды 3 и (или) матрицы (линейки) должны размещаться (по возможности) на минимальном расстоянии от стенок колбы (1). При прохождении электрического тока через светодиоды матриц 3 они излучают световые волны, в частности, видимый свет. Возможно также, например, излучение в ультрафиолетовой (или инфракрасной) области спектра, что обеспечивается типом применяемых в лампах светодиодов (3).

В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности изолирующих (буферных) газов при температуре близкой к нулю градусов (273 К) по Цельсию (кроме элегаза), которые могут быть применены в новых светодиодных лампах.

Из таблицы следует, что из инертных газов лучшей теплопроводностью обладает гелий. Однако в качестве оптически прозрачного материала колб (1), обеспечивающего требуемую их герметичность (а также из-за технических, технологических и экономических ограничений), в светодиодных лампах следует использовать технические стекла, аналогичные применяемым для ламп накаливания. Для таких стекол значение имеет их проницаемость по водороду и гелию (проницаемость других газов ничтожно мала и ей обычно пренебрегают). Возможны также утечки через вакуумплотные впаи электродов (6). Проницаемость гелия через технические стекла (и, соответственно, через вакуумплотные впаи) примерно в 10 раз больше, чем водорода, несмотря на то, что атомный радиус гелия практически в 1,5 раза больше молекулярного радиуса водорода. Это объясняется тем, что при проникновении химически активного водорода через стекла могут образовываться гидроксильные группы, препятствующие потоку водорода. Наибольшей газопроницаемостью по водороду и гелию обладает, в частности, кварцевое стекло, а наименьшей - алюмосиликатное.

* Справочно.

Использовать чистый гелий в качестве изолирующего газа для новых светодиодных ламп затруднительно и не целесообразно. Однако можно достаточно эффективно применять смеси гелия с другими газами (например, азотом, неоном, водородом и другими газами), в том числе, двух и трехкомпонентные.

Водород - горючий (пожароопасный), взрывоопасный газ. Его применение (по сравнению с гелием) не дает заметного выигрыша (на 15…20%) и по теплопроводности (теплообмен улучшается на меньшую величину из-за различий в водороде и гелии конвекционных механизмов). Поэтому заполнять им (чистым водородом) колбы (1) в светодиодных лампах предлагаемой конструкции также не рекомендуется. Однако смеси водорода с гелием, другими (инертными) газами и азотом могут быть достаточно эффективными, и применяться в качестве изолирующего (буферного) наполнения колб (1) светодиодных ламп заявляемой конструкции.

Элегаз является наиболее «тяжелым» из всех известных газов (приблизительно в 5 раз тяжелее воздуха). А значение коэффициента теплопроводности элегаза в таблице соответствует высокой температуре (около 1000 градусов, по Цельсию, 1273 К). При рабочих температурах новой светодиодной лампы (температуры элементов светящегося тела и драйвера 4 около 400 К) теплопроводность элегаза (20,3 Вт/(м_*К) значительно ниже теплопроводности воздуха и азота. То есть, он менее эффективен (и очень дорог). Однако этот газ обладает хорошими электроизоляционными свойствами (и может использоваться в качестве добавок к применяемым газовым смесям).

Криптон и ксенон имеют сравнительно малую теплопроводность. Кроме того, криптон и, в еще большей степени, ксенон являются «дорогими» газами. В отличие от ламп накаливания, применение указанных газов в новых светодиодных лампах в чистом виде не оправдано (не эффективно и не рентабельно).

Необходимость в применении смесей газов продиктована требованиями по электрической прочности изолирующего наполнения, а также, в ряде случаев, экономическими причинами. Электрическая прочность возрастает с ростом давления. Цена используемых газов и газовых смесей имеет исключительно важное значение, так как влияет на конечную цену изделия при производстве. В этой связи перспективным является применение в заявляемой светодиодной лампе водорода (в смесях) и неона. Неон обеспечивает относительно хороший отвод тепла в условиях естественной конвекции от элементов конструкции и достаточную надежность работы светодиодной лампы.

Технически чистый воздух (осушенный, без механических примесей и пыли) также возможно применить в качестве изолирующего газа в светодиодных лампах (как и азот). Теплопроводность воздуха, приблизительно, в 2,6 раза выше теплопроводности криптона, что также позволяет снизить температуру внутри колбы. Теплопроводность азота близка к теплопроводности воздуха.

Большое значение имеет и конструкция применяемых в лампах светодиодов 3 (светодиодных матриц, линеек или филаментов). Ситаллы обладают преимущественно поликристаллической структурой и более высокими электроизоляционными, прочностными, температурными (жаропрочность) и теплопроводящими свойствами, а также химостойкостью, чем широко используемые в ламповой промышленности стекла. Они хорошо шлифуются (до чистоты поверхности 13…14 класса), что обеспечивает достаточную технологичность и качество при производстве светодиодных матриц по технологии СОВ и МСОВ. Оптически прозрачными ситаллами являются, например, цельзиановые, сапфириновые, пироксеновые. Оптически прозрачной керамикой считается, в частности, корундовая керамика (поликор, лукалокс). Корундовая керамика применяется для изготовления колб металлогалогенных и, реже, натриевых ламп. Кристаллический кварц характеризуется повышенными оптическими, теплопроводящими и прочностными свойствами. Хорошими теплопроводящими свойствами обладает и сапфир. Лейкосапфир нашел применение при производстве разрядных трубок для натриевых ламп высокого давления.

Использование оптически прозрачных подложек для светодиодов 3 и светодиодных матриц (линеек) с повышенными теплопроводящими свойствами позволяет снизить потери энергии оптического излучения и уменьшить нагрев полупроводниковых структур светодиодов, что положительно сказывается на стабильности характеристик ламп и среднем сроке их службы.

На надежность и срок службы светодиодной лампы оказывают значительное влияние предельные температуры (при производстве изделия и рабочие) элементов драйвера 4. Драйвер 4 в светодиодной лампе, преимущественно, изготавливается в виде печатных узлов на печатных платах с использованием технологий пайки и, реже, склеивания. При «термоударах» (заварка колб 1, отпайка штенгеля, цоколевание) в условиях вращательных манипуляций возможно смещение элементов драйвера 4 при размягчении припоя, а также и стекание припоя, закорачивание проводников (дорожек) или снижение электрической прочности поверхностных изоляционных промежутков. В условиях «термоударов» и работы элементов драйвера 4 при повышенных температурах происходит интенсивное старение материалов. Надежность и срок службы светодиодной лампы, в значительной мере, определяется сроком службы драйвера 4. Экранирование от теплового воздействия при изготовлении светодиодной лампы и улучшение теплоотвода (теплообмена в условиях естественной конвекции) при работе драйвера 4 осуществляется с помощью защитного корпуса 5 из теплопроводящего материала. Учитывая теплопроводящие свойства изолирующего Таза относительная величина коэффициента теплопроводности используемого материала корпуса 5 (отношение коэффициента теплопроводности материала при рабочей температуре 400 К к коэффициенту теплопроводности изолирующего газа) может составлять от 0,5 до, приблизительно, 1700 (абсолютные величины - 0,012…380 Вт/(м_*К). Однако при очень малых значениях коэффициента теплопроводности материала защитного корпуса 5 теплообмен элементов драйвера 4 с изолирующим газом затруднен (имеет место теплоизоляция), а при высоких значениях относительного коэффициента теплопроводности (более 500) теплообмен практически перестает зависеть от величины указанного коэффициента (насыщение). Учитывая требование по доступности материалов, их технологичности, применение материалов для защитного корпуса 5 с относительным коэффициентом теплопроводности более 500 нецелесообразно (эффективность теплоотвода от элементов драйвера 4 не возрастает, а материалы менее доступны и менее технологичны).

В качестве достаточно эффективных и доступных материалов для защитного корпуса 5 возможно применять стекла, ситаллы, керамики, а также пластмассы и, различного рода, композиты, в том числе, теплорассеивающие (относительный коэффициент теплопроводности - 10…200).

Для улучшения теплоотвода и снижения предельной рабочей температуры элементов драйвера 4 рекомендуется защитный корпус 5 выполнять с дополнительными конструктивными элементами 7 (поверхностными каналами, в том числе, специальной формы, оребрением, перфорацией и другими), обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции.

Предельные температуры элементов драйвера 4 в заявляемой конструкции светодиодной лампы при оптимальной реализации (материал, форма) защитного корпуса 5, выполненной с дополнительными конструктивными элементами 7, обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции в среде изолирующего газа (или смеси) с высокой теплопроводностью, могут быть снижены, как минимум, на 15…20%.

Штабик опорной ножки служит для центрирования и фиксации драйвера 4, корпуса 5, а также (при необходимости) и светящегося тела (3) лампы. В некоторых вариантах исполнения светодиодной лампы штабик может отсутствовать. Принцип действия устройства при этом не изменяется.

По сравнению с прототипом существенно увеличивается срок службы светодиодной лампы, в том числе, за счет значимого снижения предельных температур элементов драйвера при изготовлении и работе (эксплуатации).

Действительно, установка защитного корпуса специальной конструкции и из специального теплопроводящего материала эффективно экранирует драйвер от теплового воздействия («термоудара» за счет теплопроводности и теплового излучения при заварке колбы, отпайке штенгеля, цоколевании) и интенсифицирует теплообмен его элементов с изолирующим газом в колбе в условиях естественной конвекции при длительной эксплуатации. Предотвращаются выход элементов из строя (или снижение интервала времени надежной работы), а также ускоренное старение используемых в конструкции материалов.

Аналогично светодиодной лампе, выбранной за прототип, если рассматривать заявляемую лампу как электротехническое изделие, то она также будет иметь высокую степень (класс) защиты от внешних воздействий окружающей среды. Заявляемая светодиодная лампа может характеризоваться наивысшей степенью защиты (IP68). Изоляция ответственных элементов и узлов светодиодной лампы от воздействия окружающей среды обеспечивает стабильную и надежную работу всего устройства в любых, в том числе, и в жестких условиях эксплуатации (замкнутый объем, повышенная температура, влажность и запыленность окружающего воздуха). Новая светодиодная лампа может эффективно использоваться как для внутреннего, так и для наружного освещения.

Новая конструкция светодиодной лампы позволяет разработать и применить драйверы постоянного (или переменного) тока с высокими техническими характеристиками, как и в лампе, выбранной за прототип, и, при этом, обеспечить значительно более качественную электрическую изоляцию самого драйвера. Последнее также повышает надежность работы и увеличивает средний срок службы светодиодной лампы.

Применение рекомендуемых материалов для подложек светодиодов и защитного корпуса позволяет улучшить режимы их работы, обеспечивает стабильную и надежную эксплуатацию светодиодной лампы.

Применение защитного корпуса дает возможность (дополнительно) повысить жесткость конструкции светодиодной лампы, что положительно сказывается на надежности и значительно увеличивает срок службы изделия.

Дополнительно, новая светодиодная лампа более технологична (по сравнению с лампой, выбранной за прототип), что снижает, в частности, ее цену. Могут быть, например, существенно увеличены допустимые скорости технологических манипуляций с конструкцией в процессе изготовления новой светодиодной лампы, что повышает производительность труда (и снижает цену).

Снижение цены и увеличение надежности и срока службы расширяют области применения заявляемой светодиодной лампы.

Срок службы новой светодиодной лампы (согласно экспертной оценки и испытаний образцов) превышает срок службы лампы, выбранной за прототип, в 1,5…2,5 раза за счет комплексного улучшения условий работы (в том числе, снижения предельных температур) светодиодных матриц (светодиодов, светодиодных линеек), а также и элементов драйвера.

Claims (2)

1. Светодиодная лампа, содержащая герметичную колбу с цоколем для подключения к внешнему источнику питания, выполненную из оптически прозрачного материала, со светодиодным светоизлучающим телом, с драйвером в защитном корпусе и с опорной ножкой внутри, имеющей откачной штенгель, штабик и электроды, заполненную изолирующим газом, электроды соединяют с контактами цоколя вне колбы и входными выводами драйвера внутри колбы, выходные выводы драйвера подключают к светодиодному светоизлучающему телу, защитный корпус изготавливают из теплопроводящего материала, отношение коэффициента теплопроводности которого при температуре 400 К к коэффициенту теплопроводности изолирующего газа составляет величину от 1 до 500.

2. Светодиодная лампа по п. 1, отличающаяся тем, что защитный корпус выполняют с дополнительными конструктивными элементами, обеспечивающими улучшение теплообмена с изолирующим газом в условиях естественной конвекции.

Images