RU2476037C1

RU2476037C1 - Illumination device

Info

Publication number: RU2476037C1
Application number: RU2011137119/07A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иванович Хандогин; Владимир Иванович Бойко; Виктор Романович Гордиенко; Борис Георгиевич Рязанцев
Original assignee: ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ "ЭЛиПС"
Priority date: 2011-09-09
Filing date: 2011-09-09
Publication date: 2013-02-20

Abstract

FIELD: electrical engineering.SUBSTANCE: device contains a LED unit the power leads whereof are connected to the transformer secondary winding designed in the form of a heat-eliminating plate passed inside the core. The transformer primary winding is linked to a stabilised AC power supply. The LED unit consists of several pairs of anti-parallel connected LEDs. Installed on one of the plate sides projecting outside the transformer core are the anodes of LEDs of one switching-on direction, on the other such sides - those of the other. The LEDs' cathodes are respectively connected to the anodes of the opposite direction LEDs. With a large LEDs number, several identical transformers are used. In this case the primary windings of all the transformers are connected in series while the heat-eliminating plate passed through the cores of all the transformers represents their common secondary winding 2. Implemented in the device is the possibility of installation of numerous LEDs anodes on a common plate with simultaneous provision for identical currents flowing through the LEDs and uniform heating of the surface of the heat-eliminating plate and of the product as a whole.EFFECT: enhanced efficiency of the unit LEDs cooling, improvement of weight and dimension indices and prime cost reduction.2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании осветительных приборов широкого назначения, в конструкции которых задействованы энергосберегающие светодиодные модули.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of general-purpose lighting fixtures, the design of which involves energy-saving LED modules.

Известны устройства освещения, содержащие светодиодный блок, соединенный с источником переменного напряжения стабильного тока, светодиоды которого установлены на общей подложке, выполняющей одновременно функции радиатора. Для обеспечения надежной работы светодиодов при воздействии внешних дестабилизирующих факторов (увеличении температуры, давления), ухудшающих теплоотдачу, радиаторы выполняют из керамики (журнал «Полупроводниковая светотехника», №2, 2011 г.) или алюминия («Мощные светодиодные матрицы на анодированной алюминиевой подложке» «Температурные исследования надежности матриц мощных светодиодов» В.И.Мамушкин и др. УДК 621.315.592, 22.04.2010 г.).Known lighting devices containing an LED block connected to a source of alternating voltage of a stable current, the LEDs of which are mounted on a common substrate, which simultaneously performs the functions of a radiator. To ensure reliable operation of LEDs under the influence of external destabilizing factors (increase in temperature, pressure) that worsen heat transfer, radiators are made of ceramic (the journal "Semiconductor Lighting", No. 2, 2011) or aluminum ("Powerful LED arrays on anodized aluminum substrate" “Temperature studies of the reliability of high-power LED arrays” by V.I. Mamushkin et al. UDC 621.315.592, April 22, 2010).

Недостатком известных технических решений является низкая эффективность охлаждения светодиодов при воздействии внешних дестабилизирующих факторов. При стабилизации тока и напряжения на светодиодном модуле в случае снижения эффективности теплоотвода подложки и, следовательно, светодиода увеличивается температура его единичного кристалла, следствием чего является снижение надежности всего светодиодного модуля. Таким образом, в большинстве случаев одновременное воздействие дестабилизирующих факторов приводит к неучтенному снижению эффективности теплоотвода и надежности работы светодиодного модуля.A disadvantage of the known technical solutions is the low cooling efficiency of the LEDs when exposed to external destabilizing factors. When the current and voltage on the LED module are stabilized, in the case of a decrease in the heat sink efficiency of the substrate and, therefore, the LED, the temperature of its single crystal increases, as a result of which the reliability of the entire LED module is reduced. Thus, in most cases, the simultaneous influence of destabilizing factors leads to an unaccounted-for decrease in the efficiency of heat removal and the reliability of the LED module.

Наиболее близким к изобретению является устройство освещения, содержащее светодиодный блок, подсоединенный к источнику напряжения стабилизированного переменного тока. Светодиодный блок состоит из одной либо нескольких пар встречно параллельно соединенных светодиодов (ж. «Рынок светотехники», №1, 2010 г., с.47). Для обеспечения достаточной надежности работы светодиодов необходимо наличие теплоотводящего радиатора. При встречно параллельном соединении светодиодов использовать общий радиатор (подложку) невозможно без введения дополнительных изолирующих шайб (для одного из пары светодиодов) либо применять для каждого из светодиодов свой радиатор, на котором установлен корпус его анода. Однако такие способы теплоотвода снижают эффективность охлаждения кристалла светодиода, как минимум, на 20%, при этом отрицательно влияют на габариты устройства и его себестоимость. Кроме того, при большом количестве светодиодных пар имеют место значительные перепады температуры на поверхности радиатора, которые могут привести к неравномерности степени охлаждения светодиодов.Closest to the invention is a lighting device comprising an LED unit connected to a stabilized alternating current voltage source. The LED block consists of one or several pairs of counter-parallel connected LEDs (f. "Lighting Market", No. 1, 2010, p. 47). To ensure sufficient reliability of the LEDs, a heat sink is required. When the LEDs are connected in parallel, it is impossible to use a common radiator (substrate) without introducing additional insulating washers (for one of a pair of LEDs) or to use a radiator for each of the LEDs on which its anode body is mounted. However, such methods of heat removal reduce the cooling efficiency of the LED crystal by at least 20%, while negatively affecting the dimensions of the device and its cost. In addition, with a large number of LED pairs, there are significant temperature differences on the surface of the radiator, which can lead to uneven cooling of the LEDs.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании изобретения, является повышение эффективности охлаждения кристаллов светодиодов при одновременном снижении себестоимости и уменьшении габаритов.The technical result that can be achieved by using the invention is to increase the cooling efficiency of LED crystals while reducing cost and reducing overall dimensions.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве освещения, содержащем светодиодный блок, состоящий из одной либо нескольких пар встречно параллельно соединенных светодиодов, выводы питания светодиодов подсоединены к вторичной обмотке трансформатора, выполненной в виде теплоотводящей пластины, пропущенной внутри сердечника трансформатора, первичная обмотка которого связана с источником напряжения стабилизированного переменного тока, при этом на одной из выступающих за пределы сердечника сторон теплоотводящей пластины установлены аноды светодиодов одного направления включения, а на другой - второго, при этом катоды светодиодов соединены соответственно с анодами светодиодов противоположного направления включения. Кроме того, в устройство может быть введено несколько дополнительных идентичных трансформаторов, при этом первичные обмотки всех трансформаторов соединены последовательно, а теплоотводящая пластина, являющаяся их общей вторичной обмоткой, пропущена через сердечники всех трансформаторов, на одной из выступающих за пределы сердечника каждого из трансформаторов сторон теплоотводящей пластины установлены аноды светодиодов одного направления, а на другой - второго, причем катоды светодиодов соединены с анодами светодиодов противоположного направления, а аноды светодиодных пар распределены на пластине равномерно в соответствии с количеством сердечников трансформаторов.The technical result is achieved due to the fact that in the lighting device containing an LED block consisting of one or several pairs of counter-parallel connected LEDs, the power leads of the LEDs are connected to the secondary winding of the transformer, made in the form of a heat sink plate passed through the core of the transformer, the primary winding of which connected to a voltage source of stabilized alternating current, while on one of the sides of the heatsink ins installed anodes of LEDs switching direction and on the other - second, the cathodes of the LEDs are connected respectively to the anodes of LEDs opposite switching directions. In addition, several additional identical transformers can be introduced into the device, while the primary windings of all transformers are connected in series, and the heat sink plate, which is their common secondary winding, is passed through the cores of all transformers, on one of the sides of the heat sink protruding beyond the core of each of the transformers the plates are mounted anodes of LEDs in one direction, and on the other - the second, and the cathodes of the LEDs are connected opposite th direction, and the anodes of LED pairs are uniformly distributed on the plate in accordance with the number of transformer cores.

В проанализированных источниках информации не обнаружено сведений о достижении подобного технического результата для большого количества встречно параллельно соединенных светодиодов (с помощью размещения их анодов на одном общем радиаторе) при обеспечении равномерного нагрева поверхности радиатора и равномерного распределения протекающих через светодиоды токов, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критериям охраноспособности.No information was found in the analyzed information sources on the achievement of a similar technical result for a large number of counter-parallel connected LEDs (by placing their anodes on one common radiator) while ensuring uniform heating of the radiator surface and uniform distribution of currents flowing through the LEDs, which allows us to conclude that inventions eligibility criteria.

На Фиг.1 представлена электрическая схема устройства с тремя парами светодиодов.Figure 1 presents the electrical circuit of the device with three pairs of LEDs.

На Фиг.2 представлена конструкция устройства с тремя парами светодиодов.Figure 2 presents the design of the device with three pairs of LEDs.

На Фиг.3 представлена конструкция устройства с тремя парами светодиодов и тремя трансформаторами.Figure 3 presents the design of the device with three pairs of LEDs and three transformers.

Устройство (Фиг.1, 2) содержит светодиодный блок 1, выводы питания которого подсоединены к вторичной обмотке 2 трансформатора, первичная обмотка 3 которого связана с источником напряжения 4 стабилизированного переменного тока. Светодиодный блок 1 состоит из нескольких пар встречно параллельно соединенных светодиодов 5, 6. Вторичная обмотка 3 трансформатора выполнена в виде пропущенной внутри сердечника теплоотводящей пластины. На одной из выступающих за пределы сердечника трансформатора сторон пластины установлены аноды светодиодов 5 одного направления, а на другой - второго (6). Катоды светодиодов соединены с анодами светодиодов противоположного направления.The device (Fig.1, 2) contains an LED block 1, the power leads of which are connected to the secondary winding 2 of the transformer, the primary winding 3 of which is connected to a voltage source 4 of a stabilized alternating current. The LED unit 1 consists of several pairs of counter-parallel connected LEDs 5, 6. The secondary winding 3 of the transformer is made in the form of a heat sink plate passed through the core. On one of the plate sides protruding beyond the transformer core, anodes of LEDs 5 are installed in one direction, and on the other, the second (6). The cathodes of the LEDs are connected to the anodes of the LEDs in the opposite direction.

При большом количестве светодиодов целесообразно использовать несколько идентичных трансформаторов (Фиг.3). В этом случае первичные обмотки всех трансформаторов соединяются последовательно, а теплоотводящая пластина, пропущенная через сердечники всех трансформаторов, является их общей вторичной обмоткой 2. Установленные на одних сторонах пластины (относительно соответствующих сердечников) аноды светодиодных пар распределены равномерно, например по одному.With a large number of LEDs, it is advisable to use several identical transformers (Figure 3). In this case, the primary windings of all transformers are connected in series, and the heat sink plate passed through the cores of all transformers is their common secondary winding 2. The anodes of the LED pairs mounted on one side of the plate (relative to the corresponding cores) are evenly distributed, for example, one at a time.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении источника переменного напряжения стабилизированного тока на первичной и вторичной обмотках трансформатора наводятся напряжения разной полярности. В первом полупериоде напряжения на вторичной обмотке 2 открыты диоды 5, а в другом - 6. Коэффициент трансформации трансформатора должен обеспечивать формирование напряжения на вторичной обмотке, достаточного для открытия светодиодов.When a stabilized current alternating voltage source is connected, voltages of different polarity are induced on the primary and secondary windings of the transformer. In the first half-cycle of the voltage on the secondary winding 2, diodes 5 are open, and in the other - 6. The transformation coefficient of the transformer must ensure that the voltage on the secondary winding is sufficient to open the LEDs.

При значительном количестве встречно параллельно включенных диодов возможно некоторое неравномерное распределение протекающих через них токов. Для исключения этого явления включены дополнительные трансформаторы, имеющие общую вторичную обмотку 2, выполненную в виде пластины.With a significant number of countercurrently connected diodes, some uneven distribution of the currents flowing through them is possible. To eliminate this phenomenon, additional transformers are included, having a common secondary winding 2, made in the form of a plate.

Таким образом, в устройстве реализована возможность установки большого количества анодов светодиодов на общей пластине (как при их параллельном соединении) при одновременном обеспечении одинаковых токов через светодиоды (как при их последовательном соединении).Thus, the device implements the ability to install a large number of anodes of LEDs on a common plate (as when they are connected in parallel) while simultaneously ensuring the same currents through the LEDs (as when they are connected in series).

За счет возможности использования одного общего теплоотводящего элемента для всех встречно параллельно соединенных светодиодов отпадает необходимость применения дополнительных изолирующих шайб и индивидуальных встроенных подложек. Кроме того, обеспечивается равномерное (с минимальным градиентом) распределение температуры по поверхности теплоотвода. Реализация данного технического решения повышает эффективность охлаждения светодиодов, улучшает массогабаритные показатели и снижает себестоимость всего изделия.Due to the possibility of using one common heat sink element for all counter-parallel connected LEDs, there is no need to use additional insulating washers and individual built-in substrates. In addition, a uniform (with a minimal gradient) temperature distribution is provided over the surface of the heat sink. The implementation of this technical solution increases the cooling efficiency of LEDs, improves overall dimensions and reduces the cost of the entire product.

Высокая эффективность охлаждения светодиодов, хорошие массогабаритные показатели и низкая себестоимость изделия позволяют рекомендовать изобретение при проектировании современных осветительных устройств широкого назначения.High cooling efficiency of LEDs, good overall dimensions and low cost of the product allow us to recommend the invention when designing modern lighting devices for general purposes.

Claims

1. A lighting device comprising an LED block consisting of one or several pairs of counter-parallel connected LEDs, the power leads of which are connected to the secondary winding of the transformer, made in the form of a heat sink plate passed through the core of the transformer, the primary winding of which is connected to a voltage source of stabilized alternating current moreover, on one of the sides of the heat-removing plate protruding beyond the core, anodes of LEDs of the same direction are installed in for prison, and on the other - second, the cathodes of the LEDs are connected respectively to the anodes of LEDs opposite switching directions.

2. The lighting device according to claim 1, characterized in that several additional identical transformers are introduced, while the primary windings of all transformers are connected in series, and the heat sink plate, which is their common secondary winding, is passed through the cores of all transformers, on one of which extends beyond of the core of each of the transformers on the sides of the heat sink plate, the anodes of the LEDs are installed in one direction and the second on the other, the LED cathodes being connected to the LED in opposite directions, and the anodes of LED pairs are uniformly distributed on the plate in accordance with the number of transformer cores.