RU2453012C1

RU2453012C1 - Lighting device

Info

Publication number: RU2453012C1
Application number: RU2011107089/28A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин (RU); Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Евгений Михайлович Силкин
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-06-10

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: according to the invention, in lighting device containing at least two light-emitting diodes 1 or light-emitting diode matrix consisting of several branches, or group of individual light-emitting diode matrixes, secondary electric power supply 2 and light-diffusing element 3 the light-emitting diodes or branches of light-emitting diode matrix, or individual light-emitting diode matrixes are connected antiparallel to each other and connected to output of secondary electric power supply through in-series capacitor 4. Secondary electric power supply is made in the form of adjustable alternating current source, and light-diffusing element is provided with additional phosphor coating 5.

EFFECT: enlarging application area of lighting device.

1 dwg

Description

Изобретение относится к светотехнике и может быть использовано при проектировании новых энергоэффективных световых приборов с полупроводниковыми (светодиодными) источниками света, в том числе универсальных линейных светодиодных ламп, предназначенных для прямой замены в светильниках линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления. Изобретение направлено на расширение области применения светового прибора, в частности за счет обеспечения возможности его питания непосредственно от промышленной сети или от специализированного источника вторичного электропитания, а также через пускорегулирующие аппараты различного типа, используемые для комплектования линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления.The invention relates to lighting engineering and can be used in the design of new energy-efficient lighting devices with semiconductor (LED) light sources, including universal linear LED lamps, designed for direct replacement of linear low-pressure fluorescent discharge lamps in luminaires. The invention is aimed at expanding the scope of the light device, in particular by providing the possibility of its power supply directly from the industrial network or from a specialized secondary power source, as well as through ballasts of various types used to complete linear low-pressure fluorescent discharge lamps.

Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (Полупроводниковая светотехника. Каталог производственного альянса «Контракт-Электроника» / ПА «Контракт-Электроника», 2010, с.24).A known light device containing an LED matrix consisting of several branches, a secondary power source and a light-scattering element (Semiconductor lighting technology. Catalog of the Contract-Electronics / PA "Contract-Electronics" alliance, 2010, p.24).

Недостатком светового прибора является узкая область применения, что обусловлено принятым способом электропитания светодиодной матрицы, конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофором, работой кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с повышенной температурой, приводящих к уменьшению светового выхода устройства, неравномерной яркостью светящейся поверхности, слепящим действием светодиодов матрицы, низкой световой и энергетической эффективностью, неуниверсальностью устройства, невозможностью эффективной работы в комбинации с люминесцентными газоразрядными лампами низкого давления, в том числе от электромагнитных и электронных пускорегулирующих аппаратов.The disadvantage of the light device is a narrow scope, which is due to the accepted method of power supply of the LED matrix, design, the use of LEDs with a phosphor applied directly to the crystal, the operation of the LED crystals and phosphor in high temperature modes, leading to a decrease in the light output of the device, uneven brightness of the luminous surface, the blinding effect of the matrix LEDs, low light and energy efficiency, device versatility, the impossibility of efficient operation in combination with low-pressure fluorescent discharge lamps, including from electromagnetic and electronic ballasts.

Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (LED Down Light/MEEK, 2010, с.32).A known light device containing an LED matrix consisting of several branches, a secondary power source and a light-scattering element (LED Down Light / MEEK, 2010, p. 32).

Известен световой прибор, содержащий светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент (Освещение вагонов поездов. Каталог Лихославльского завода светотехнических изделий «Светотехника»/Galad, 2010, с.12).A known light device containing an LED matrix consisting of several branches, a secondary power source and a light-scattering element (Lighting of train cars. Catalog of the Likhoslavl Plant of Lighting Products "Lighting Engineering" / Galad, 2010, p.12).

Указанный световой прибор является наиболее близким по технической сущности к изобретению и выбран в качестве прототипа.The specified light device is the closest in technical essence to the invention and is selected as a prototype.

Недостатком светового прибора является узкая область применения, что обусловлено принятым способом электропитания светодиодной матрицы, нетехнологичной и неэффективной конструкцией, использованием светодиодов с нанесенным непосредственно на кристалл люминофором, работой кристаллов светодиодов и люминофора в режимах с повышенной температурой, приводящих к уменьшению светового выхода устройства, неравномерной яркостью светящейся поверхности, слепящим действием светодиодов матрицы, низкой световой и энергетической эффективностью, неуниверсальностью устройства, невозможностью эффективной работы в комбинации с люминесцентными газоразрядными лампами низкого давления, в том числе от электромагнитных и электронных пускорегулирующих аппаратов.The disadvantage of the light device is a narrow scope, which is due to the accepted method of power supply of the LED matrix, low-tech and inefficient design, the use of LEDs applied directly to the crystal with a phosphor, the operation of the LED crystals and phosphor in high-temperature modes, leading to a decrease in the light output of the device, uneven brightness luminous surface, the glare of matrix LEDs, low light and energy efficiency , the versatility of the device, the inability to work effectively in combination with low-pressure fluorescent discharge lamps, including from electromagnetic and electronic ballasts.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения светового прибора, что является необходимым техническим результатом и целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of expanding the scope of the lighting device, which is a necessary technical result and the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в световом приборе, содержащем, как минимум, два светодиода или светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, или группу отдельных светодиодных матриц, источник вторичного электропитания и светорассеивающий элемент, светодиоды, или ветви светодиодной матрицы, или отдельные светодиодные матрицы соединены встречно-параллельно и подключены к выходу источника вторичного электропитания через последовательный конденсатор, источник вторичного электропитания выполнен в виде регулируемого источника переменного тока, а светорассеивающий элемент выполнен с дополнительным люминофорным покрытием.This goal is achieved by the fact that in a light device containing at least two light emitting diodes or an LED matrix consisting of several branches, or a group of individual LED arrays, a secondary power supply and a light-scattering element, LEDs, or branches of an LED matrix, or separate LED arrays connected counter-parallel and connected to the output of the secondary power source through a series capacitor, the secondary power source is made in the form of an adjustable source Single alternating current, and a light diffusing member is made with an additional phosphor coating.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения светового прибора, что достигается новыми принципами устройства и электропитания источника света в приборе и новыми элементами конструкции, работой кристаллов светодиодов и люминофорного покрытия в режимах с более низкой предельной температурой, обеспечивающих более высокий световой выход комплекта светодиодный источник излучения - светорассеивающий элемент с дополнительным люминофорным покрытием. Уменьшено слепящее действие светового прибора. Устройство имеет наивысшие энергетические показатели при питании от различных источников, в том числе непосредственно от промышленной сети переменного тока, пускорегулирующих аппаратов электромагнитного и электронного типов. Новый прибор обладает высокой световой эффективностью, возможностью регулирования или стабилизации светового потока в широких пределах за счет регулируемого источника вторичного электропитания. Источник вторичного электропитания, выполненный в виде источника переменного тока, имеет максимально возможный коэффициент полезного действия. При выполнении на заявляемом принципе аналогов линейных люминесцентных газоразрядных ламп низкого давления новый световой прибор может без ограничений заменять указанные лампы в одноламповых и мультиламповых светильниках в различных сочетаниях как полностью, так и частично. Все сказанное выше гарантирует широкую область применения нового светового прибора.A significant difference characterizing the invention is the expansion of the scope of the lighting device, which is achieved by new principles of the device and power supply of the light source in the device and new structural elements, the operation of LED crystals and phosphor coating in modes with a lower temperature limit, providing a higher light output of the LED set the radiation source is a light-scattering element with an additional phosphor coating. Reduced glare of the light device. The device has the highest energy performance when powered from various sources, including directly from an industrial AC network, ballasts of electromagnetic and electronic types. The new device has high luminous efficiency, the ability to control or stabilize the luminous flux over a wide range due to an adjustable secondary power source. The secondary power source, made in the form of an alternating current source, has the highest possible efficiency. When performing on the declared principle of analogues of linear low-pressure fluorescent gas-discharge lamps, a new light device can replace these lamps without restrictions with single-lamp and multi-lamp lamps in various combinations, in whole or in part. All of the above guarantees a wide scope of application of the new light fixture.

Расширение области применения светового прибора является полученным техническим результатом, обусловленным новыми принципами устройства и электропитания источника света в приборе, особенностями новой конструкции и новыми элементами устройства, то есть отличительными признаками изобретения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого светового прибора являются существенными.The expansion of the scope of the lighting device is the technical result due to new principles of the device and power supply of the light source in the device, features of a new design and new elements of the device, that is, the distinguishing features of the invention. Thus, the distinguishing features of the claimed light device are significant.

На рисунке приведена типовая схема с элементами конструкции светового прибора нового типа.The figure shows a typical circuit with structural elements of a new type of lighting device.

Световой прибор содержит, как минимум, два светодиода 1 или светодиодную матрицу, состоящую из нескольких ветвей, или группу отдельных светодиодных матриц, источник вторичного электропитания 2 и светорассеивающий элемент 3, светодиоды, или ветви светодиодной матрицы, или отдельные светодиодные матрицы соединены встречно-параллельно и подключены к выходу источника вторичного электропитания через последовательный конденсатор 4, источник вторичного электропитания выполнен в виде регулируемого источника переменного тока, а светорассеивающий элемент выполнен с дополнительным люминофорным покрытием 5.The light device contains at least two LEDs 1 or an LED matrix consisting of several branches, or a group of separate LED arrays, a secondary power supply 2 and a light-scattering element 3, LEDs, or branches of the LED matrix, or separate LED arrays are connected in opposite parallel and connected to the output of the secondary power source through a series capacitor 4, the secondary power source is made in the form of an adjustable AC source, and light diffuser The supporting element is made with an additional phosphor coating 5.

Световой прибор в установившемся режиме работает следующим образом. Светодиодный источник 1 (светодиоды, матрица, группа отдельных светодиодных матриц) излучают свет определенных длин волн, который преобразуется люминофорным покрытием 5, нанесенным на поверхность светорассеивающего элемента 3 и восстанавливающим недостающие части спектра с целью получения качественного «белого» света. Светодиодный источник излучения 1 имеет, например, голубой цвет свечения. Люминофорное покрытие 5, наносимое на оптически прозрачную часть устройства (светорассеивающий элемент 3), при воздействии исходного (первичного) излучения светодиодного источника 1 излучает энергию в недостающих областях спектра (желто-зеленый или зеленый и красный части спектра видимого света). При смешивании излучений светодиодного источника света 1 и люминофора люминофорного покрытия 3 образуется «белый» (или близкий к нему) свет. Светодиодный источник излучения (светодиоды, матрица, группа отдельных светодиодных матриц) 1 представляет собой два или группу (матрицу) полупроводниковых приборов с p-n-переходом (диодов), работающий при прямом включении и преобразующий энергию электрического тока непосредственно в световое излучение. Люминофорное покрытие 5, нанесенное на поверхность оптически прозрачного светорассеивающего элемента 3, повышает равномерность распределения яркости по длине светящейся поверхности светового прибора, частично рассеивает свет и устраняет слепящий эффект светодиодов, являющихся, фактически, точечным источником излучения. Для защиты люминофорного покрытия 5 от неблагоприятных воздействий (влага, излучение) внешней среды возможно нанесение дополнительного защитного покрытия. Одновременно такое защитное покрытие может служить дополнительным светорассеивающим слоем. Защитное покрытие светорассеивающего элемента 3 может быть выполнено, в том числе, путем простого ламинирования с использованием, например, пленки типа Aclar. Светодиоды светодиодного источника излучения 1, работающие с различными полярностями полуволн тока, с целью снижения пульсаций светового потока и слепящего эффекта, при значительном числе светодиодов, в частности в линейках линейных светодиодных ламп, целесообразно подключать в «шахматном» порядке (через один). Регулируемый источник переменного тока 2 следует выполнять в виде источника синусоидального или квазисинусоидального тока. Регулирование источника вторичного электропитания 2 позволяет изменять световой поток светодиодного источника излучения 1 в широких пределах. Последовательный конденсатор 4 служит для емкостной развязки электрических цепей устройства и ограничения тока через светодиоды источника излучения 1. Работа последовательного конденсатора 4 позволяет обеспечить универсальность способов электропитания светового прибора. При работе устройства часть энергии рассеивается в элементах, что приводит к их разогреву. Отвод рассеиваемого тепла от люминофорного покрытия 5 осуществляется, в первую очередь, светорассеивающим элементом 3. Светорассеивающий элемент 3 выполняется из стекла или оптически прозрачного пластика.The light fixture in steady state operates as follows. LED source 1 (LEDs, a matrix, a group of individual LED arrays) emit light of certain wavelengths, which is converted by a phosphor coating 5 applied to the surface of the light-scattering element 3 and restoring the missing parts of the spectrum in order to obtain high-quality "white" light. The LED light source 1 has, for example, a blue glow. The phosphor coating 5 applied to the optically transparent part of the device (light-scattering element 3), when exposed to the initial (primary) radiation of the LED source 1, emits energy in the missing spectral regions (yellow-green or green and red parts of the spectrum of visible light). When mixing the radiation of the LED light source 1 and the phosphor of the phosphor coating 3, “white” (or close to it) light is formed. The LED radiation source (LEDs, matrix, group of individual LED arrays) 1 is two or a group (matrix) of semiconductor devices with a pn junction (diodes), which operates upon direct connection and converts the energy of the electric current directly into light radiation. The phosphor coating 5 deposited on the surface of the optically transparent light scattering element 3 increases the uniformity of the distribution of brightness along the length of the luminous surface of the light device, partially diffuses the light and eliminates the glare effect of LEDs, which are, in fact, a point source of radiation. To protect the phosphor coating 5 from the adverse effects (moisture, radiation) of the external environment, it is possible to apply an additional protective coating. At the same time, such a protective coating can serve as an additional light-scattering layer. The protective coating of the light-scattering element 3 can be performed, inter alia, by simple lamination using, for example, Aclar-type films. The LEDs of the LED radiation source 1, operating with different polarities of half a wave of current, in order to reduce ripple of the light flux and the blinding effect, with a significant number of LEDs, in particular in the line of linear LED lamps, it is advisable to connect in a “checkerboard” manner (through one). Adjustable AC source 2 should be in the form of a source of sinusoidal or quasi-sinusoidal current. Regulation of the secondary power source 2 allows you to change the luminous flux of the LED radiation source 1 over a wide range. The series capacitor 4 is used for capacitive isolation of the device’s electrical circuits and current limitation through the LEDs of the radiation source 1. The operation of the series capacitor 4 allows the universality of the power supply methods of the light device. During operation of the device, part of the energy is dissipated in the elements, which leads to their heating. The heat dissipation from the phosphor coating 5 is carried out, first of all, by the light-scattering element 3. The light-scattering element 3 is made of glass or optically transparent plastic.

Источник вторичного электропитания 2 может быть выполнен по любой из известных схем на заданную мощность светодиодного источника излучения 1. В частности, за счет встречно-параллельного соединения светодиодов (1) источник вторичного электропитания 2 реализуется в виде источника переменного тока (преобразователя частоты). Регулирование источника вторичного электропитания осуществляется, например, известным способом регулирования напряжения в звене постоянного тока.The secondary power supply 2 can be performed according to any of the known schemes for a given power of the LED radiation source 1. In particular, due to the counter-parallel connection of the LEDs (1), the secondary power supply 2 is implemented as an alternating current source (frequency converter). The regulation of the secondary power source is carried out, for example, by a known method of regulating the voltage in the DC link.

По сравнению с прототипом расширяется область применения нового светового прибора. Устройство становится универсальным и может работать от любого источника электропитания, а также, в любых сочетаниях, в составе светильников в комбинации с линейными люминесцентными газоразрядными лампами, либо при полной их замене. Это обеспечивается за счет работы кристаллов светодиодов и люминофора люминофорного покрытия в режимах с более низкими предельными температурами. За счет вынесения люминофорного покрытия за пределы конструкции светодиодного источника излучения (светодиодов, матриц) уменьшается нагрев как самого кристалла светодиодов за счет исключения теплопередачи от люминофорного покрытия и эффективного рассеивания отраженной люминофором энергии излучения, так и самого люминофорного покрытия за счет улучшения условий отвода тепла от люминофорного покрытия и отсутствия разогрева за счет теплопередачи от кристалла. Люминофорное покрытие в заявляемом устройстве работает при сравнительно низкой температуре и может быть надежно изолировано от неблагоприятных воздействий внешней среды защитным слоем. Световой выход устройства, выполненного на основе заявляемого принципа, и, следовательно, его коэффициент полезного действия являются максимально возможными. За счет встречно-параллельного соединения светодиодов улучшаются условия их работы и могут быть увеличены загрузка по току и надежность, а также срок службы светодиодов и устройства в целом. Заявляемый световой прибор может быть применен в системах, обеспечивающих наибольший срок службы. Дополнительно, по сравнению с прототипом, за счет выравнивания яркости по площади светорассеивающего элемента и исключения слепящего эффекта существенно расширяется область применения нового светового прибора. В том числе, новое устройство может эффективно применяться в системах освещения с длительным пребыванием людей. За счет обеспечения регулирования светового потока в широких пределах заявляемый световой прибор целесообразно использовать, в частности, в новых перспективных энергосберегающих системах освещения.Compared with the prototype, the scope of the new lighting device is expanding. The device becomes universal and can work from any power source, as well as, in any combination, as part of the fixtures in combination with linear fluorescent gas-discharge lamps, or when completely replaced. This is ensured by the operation of LED crystals and phosphor phosphor coating in modes with lower temperature limits. Due to the removal of the phosphor coating beyond the design of the LED radiation source (LEDs, matrices), the heating of both the LED crystal itself is reduced due to the elimination of heat transfer from the phosphor coating and the efficient dissipation of the radiation energy reflected by the phosphor, and the phosphor coating itself due to improved conditions for heat removal from the phosphor coating and lack of heating due to heat transfer from the crystal. The phosphor coating in the inventive device operates at a relatively low temperature and can be reliably isolated from the adverse effects of the external environment with a protective layer. The light output of the device, made on the basis of the claimed principle, and, therefore, its efficiency are the maximum possible. Due to the counter-parallel connection of the LEDs, their operating conditions are improved and the current load and reliability can be increased, as well as the service life of the LEDs and the device as a whole. The inventive lighting device can be used in systems that provide the longest service life. Additionally, in comparison with the prototype, due to the alignment of brightness over the area of the light-scattering element and the elimination of the dazzling effect, the scope of the new lighting device is significantly expanded. In particular, the new device can be effectively used in lighting systems with a long stay of people. Due to the provision of regulation of the light flux over a wide range, the inventive light device is advisable to use, in particular, in new promising energy-saving lighting systems.

За счет снижения рабочих температур кристаллов светодиодов светодиодного источника излучения и люминофорного покрытия светорассеивающего элемента повышается не только светоотдача прибора, но и снижается спад светового потока при длительной эксплуатации устройства, что является дополнительным преимуществом нового светового прибора по сравнению с прототипом. Устройство, таким образом, сохраняет более высокий коэффициент полезного действия и в процессе длительной эксплуатации, что также расширяет область его применения.By reducing the operating temperature of the crystals of the LEDs of the LED radiation source and the phosphor coating of the light-scattering element, not only the light output of the device is increased, but also the decrease in light flux during long-term operation of the device, which is an additional advantage of the new light device compared to the prototype. The device, thus, maintains a higher coefficient of performance during long-term operation, which also expands the scope of its application.

При этом, по сравнению с прототипом, срок службы светового прибора (согласно экспертным оценкам) может быть увеличен в 1,5-1,7 раза за счет ограничения деградации кристаллов светодиодов и люминофорного покрытия светорассеивающего элемента в процессе эксплуатации. Срок службы нового светового прибора практически ограничен сроком службы светодиодов без люминофора, то есть является максимально возможным. Это расширяет область применения на системы, в которых ограничена частая замена световых приборов.Moreover, in comparison with the prototype, the life of the light device (according to expert estimates) can be increased by 1.5-1.7 times due to the limitation of the degradation of LED crystals and the phosphor coating of the light-scattering element during operation. The service life of a new light fixture is practically limited by the service life of LEDs without a phosphor, that is, it is the maximum possible. This extends the application to systems in which frequent replacement of lighting fixtures is limited.

Claims

A light device containing at least two LEDs or an LED matrix consisting of several branches, or a group of individual LED arrays, a secondary power supply and a diffusing element, characterized in that the LEDs, or branches of the LED matrix, or individual LED arrays are connected in parallel connected to the output of the secondary power source through a series capacitor, the secondary power source is made in the form of an adjustable variable source ka, and the light-scattering element is made with an additional phosphor coating.