RU2690647C2

RU2690647C2 - Lamp

Info

Publication number: RU2690647C2
Application number: RU2017141521A
Authority: RU
Inventors: Юрий Николаевич Кульчин; Евгений Петрович Субботин; Михаил Иванович Звонарев
Priority date: 2017-11-28
Filing date: 2017-11-28
Publication date: 2019-06-04
Also published as: RU2017141521A; RU2017141521A3

Abstract

FIELD: lighting equipment.SUBSTANCE: invention relates to lighting devices providing illumination with light simulating a spectrum of sunlight by using light emitting diodes. Device uses LEDs, the peaks of the emission spectra are in the frequency range 507–650 nm. Spectra overlap each other in different spectral regions of the range, preferably at a level of 0.4–0.8 of the maximum amplitude at the central frequency of the radiation. Three types of LEDs of different spectra with a power of 0.1 to 200 W and more are used, and the emitted spectrum includes the emission spectra of such LEDs as Green, Warm White and Red light, with possible deviation from the center frequency at ±20 nm. LED drivers are configured to supply power of such a value that the level of the light flux from the corresponding LEDs is 1.56 and 1.82 of the level of the light flux emitted by the red light LED, with a possible deviation of the indicated values by ±25 %, or each type of spectrum is formed by a set of the same type of LEDs that emit light of the same frequency, with the ability to generate the power of the light flux is the same for each individual type of spectrum. These LEDs have the maximum radiation at frequencies of 524, 587 and 634 nm, respectively, with a possible deviation from the central frequency at ±20 nm.EFFECT: radiation spectrum is close to the spectrum of solar radiation in the simulated frequency range, while minimizing the total number of LEDs used.1 cl, 5 dwg, 3 tbl

Description

Изобретение относится к осветительным устройствам, обеспечивающим освещение светом имитирующим спектр солнечного света за счет использования светоизлучающих диодов.The invention relates to lighting devices that provide illumination with light simulating the spectrum of sunlight through the use of light-emitting diodes.

Известен светильник, содержащий набор светодиодов с разными спектрами излучения, снабженных драйверами, при этом, в составе светильника использованы двенадцать красных светодиодов с длиной волны 660 нм, шесть оранжевых светодиодов с длиной волны 612 нм и один синий светодиод с длиной волны 470 нм (US №6921182, кл. А61В 1/32, 2005).A lamp is known that contains a set of LEDs with different emission spectra, supplied with drivers. In this case, the lamp contains twelve red LEDs with a wavelength of 660 nm, six orange LEDs with a wavelength of 612 nm and one blue LED with a wavelength of 470 nm (US 6921182, class A61B 1/32, 2005).

Известен также светильник, выбранный в качестве прототипа, содержащий набор известных светодиодов с разными спектрами излучения, лежащими в диапазоне порядка 400 - 800 нм, снабженных драйверами (RU №2504143, кл. A01G 7/04, A01G 9/24. Бюл. №2. 2014). В состав светильника входят, по меньшей мере, два типа светодиодов, причем, предпочтительно, чтобы светодиоды первого типа излучали в области синего цвета с длиной волны от 400 нм до 500 нм, а светодиоды второго типа излучали в области красного цвета с длиной волны от 600 нм до 700 нм, причем, свет, излучаемый первой группой светодиодов, состоит приблизительно из 80%-90% красного света и 10%-20% синего света.Also known lamp, selected as a prototype, containing a set of known LEDs with different emission spectra, lying in the range of about 400 - 800 nm, equipped with drivers (RU # 2504143, cl. A01G 7/04, A01G 9/24. Bull. No. 2 2014). The luminaire contains at least two types of LEDs, and it is preferable that LEDs of the first type radiate in the blue with a wavelength of 400 nm to 500 nm, and LEDs of the second type radiate in the red with a wavelength of 600 nm to 700 nm, moreover, the light emitted by the first group of LEDs consists of approximately 80% -90% red light and 10% -20% blue light.

Все выше перечисленные технические решения направлены на получение оптимального сочетания длин волн для усиления темпов роста растений, а также снижение энергопотребления и увеличение срока службы светильников, при их технической реализации по сравнению с существующими световыращивательными технологиями. Однако, эти решения не обеспечивают спектр излучения близкий к спектру солнца, к которому растения приспособлены генетически. Кроме того, сочетание длин волн, выбранных для усиления роста растений в существующих технических решениях непривлекательно для людей, наблюдающих освещенное растение, а иногда даже вредно для глаз.All the above technical solutions are aimed at obtaining the optimal combination of wavelengths to enhance the growth rate of plants, as well as reduce energy consumption and increase the service life of luminaires, with their technical implementation compared to existing light-growth technologies. However, these solutions do not provide a radiation spectrum close to that of the sun to which the plants are genetically adapted. In addition, the combination of wavelengths chosen to enhance plant growth in existing technical solutions is unattractive for people observing an illuminated plant, and sometimes even harmful to the eyes.

Задачей заявляемого изобретения является обеспечение в светильнике спектра излучения соответствующего спектру солнечного света в моделируемом диапазоне частот.The objective of the claimed invention is to provide in the lamp of the emission spectrum corresponding to the spectrum of sunlight in the simulated frequency range.

Технический результат, достигаемый в результате реализации заявляемого устройства, заключается в обеспечении спектра излучения близкого к спектру излучения солнечного света в моделируемом частотном диапазоне, при минимизации общего количества используемых светодиодов.The technical result achieved as a result of the implementation of the claimed device is to provide a radiation spectrum close to the radiation spectrum of sunlight in the simulated frequency range, while minimizing the total number of LEDs used.

Поставленная задача решается тем, что устройство, содержащее набор известных светодиодов с разными спектрами излучения, лежащими в диапазоне частот порядка 400-800 нм, снабженных драйверами питания, и дополнено следующим: использованы светодиоды, пики спектров излучения которых находятся в диапазоне частот 507-650 нм, при этом, спектры использованных светодиодов перекрывают друг друга в разных спектральных участках диапазона, предпочтительно, на уровне 0,4-0,8 от максимальной амплитуды на центральной частоте излучения, причем, использованы три типа светодиодов разного спектра мощностью от 0,1 до 200 Вт и более, а излучаемый спектр включает спектры излучения таких светодиодов, как Зеленый, Теплый белый и Красный свет, с возможным отклонением от центральной частоты на ±20 нм, при этом, драйверы названных светодиодов, выполнены с возможностью подачи энергии питания такой величины, чтобы уровень светового потока от соответствующих светодиодов был равным 1,56 и 1,82; от уровня светового потока, излучаемого светодиодом Красный свет, с возможным отклонением указанных значений на ±25%. Кроме того, каждый тип спектра сформирован набором однотипных светодиодов, излучающих свет одной и той же частоты, с возможностью генерирования мощности светового потока одинаковой для каждого отдельного типа спектра. Кроме того, названные светодиоды имеют максимальное излучение, на частотах, соответственно, 523, 587 и 634 нмс возможным отклонением от центральной частоты на ±20 нм.The task is solved by the fact that the device containing a set of known LEDs with different emission spectra lying in the frequency range of about 400-800 nm, equipped with power drivers, and supplemented with the following: LEDs are used, the peaks of the emission spectra of which are in the frequency range 507-650 nm , at the same time, the spectra of the used LEDs overlap each other in different spectral parts of the range, preferably, at a level of 0.4-0.8 of the maximum amplitude at the central radiation frequency, moreover, three types of LEDs of different spectrum with a power from 0.1 to 200 W and more, and the emitted spectrum includes the emission spectra of LEDs such as Green, Warm White and Red light, with a possible deviation from the center frequency of ± 20 nm, while the drivers of these LEDs , made with the possibility of supplying power supply of such a magnitude that the level of luminous flux from the corresponding LEDs was 1.56 and 1.82; from the level of the luminous flux emitted by the LED Red light, with a possible deviation of the indicated values by ± 25%. In addition, each type of spectrum is formed by a set of LEDs of the same type, emitting light of the same frequency, with the ability to generate the power of the luminous flux of the same for each type of spectrum. In addition, these LEDs have a maximum emission, at frequencies of, respectively, 523, 587 and 634 nm, with a possible deviation from the center frequency of ± 20 nm.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна". При этом совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивают светильнику спектр излучения соответствующего солнечному свету в диапазоне частот 507-650 нм, причем отличительные признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение нижеследующего комплекса функциональных задач:Comparative analysis of the signs of the claimed solution with the signs of the prototype and analogs indicates the compliance of the stated solution to the criterion of "novelty." The set of features of the distinctive part of the formula of the invention provides the lamp with a radiation spectrum corresponding to sunlight in the frequency range 507-650 nm, and the distinctive features of the distinctive part of the formula of the invention provide a solution to the following set of functional tasks:

Признаки «использованы светодиоды, спектры излучения которых находятся в диапазоне 507-650 нм», обеспечивают максимально полное приближение к спектру солнечного света в указанном диапазоне, при минимальном количестве используемых типов светодиодов.The signs "LEDs are used, whose emission spectra are in the range of 507-650 nm", provide the most complete approximation to the spectrum of sunlight in the specified range, with the minimum number of types of LEDs used.

Признаки «спектры использованных светодиодов перекрывают друг друга в разных спектральных участках диапазона» способствуют выравниванию (снижению волнистости)суммарного спектра светильника.The signs "the spectra of the used LEDs overlap each other in different spectral parts of the range" contribute to the alignment (reduction of waviness) of the total spectrum of the lamp.

Признаки, указывающие что спектры, составляющие набор светодиодов перекрывают друг друга «предпочтительно, на уровне 0,4-0,8 от максимальной амплитуды на центральной частоте излучения соответствующих светодиодов» также способствуют снижению волнистости суммарного спектра светильника.Signs indicating that the spectra constituting a set of LEDs overlap "preferably at a level of 0.4-0.8 of the maximum amplitude at the center frequency of the radiation of the corresponding LEDs" also help to reduce the waviness of the total spectrum of the lamp.

Признаки, указывающие что «использованы три типа светодиодов разного спектра мощностью от 0,1 до 200 Вт и более, а излучаемый спектр включает спектры излучения таких светодиодов, как Зеленый, Теплый белый и Красный свет» обеспечивают формирование светильником спектра излучения близкого к солнечному свету в заданном диапазоне частот.Signs indicating that “three types of light-emitting diodes of a different spectrum with a power from 0.1 to 200 W and more are used, and the emitted spectrum includes the emission spectra of LEDs such as Green, Warm White and Red Light” ensure that the lamp forms a radiation spectrum close to sunlight given frequency range.

Признаки указывающие, что возможно отклонение излучаемого светодиодами спектра «от центральной частоты на ±20 нм» задают параметры, обеспечивающие компоновку линейки или матрицы светодиодов.Signs indicating that the spectrum emitted by the LEDs “from the center frequency at ± 20 nm” may deviate the parameters that ensure the arrangement of the LED bar or array.

Признаки, указывающие что «драйверы названных светодиодов, выполнены с возможностью подачи энергии питания такой величины, чтобы уровень светового потока от соответствующих светодиодов был равным 1,56; 1,82 от уровня светового потока, излучаемого светодиодом Красный свет» обеспечивают необходимое выравнивание излучений светодиодов, снижающее волнистость суммарного спектра светильника.Signs indicating that “the drivers of these LEDs are made with the possibility of supplying the power supply of such a magnitude that the level of luminous flux from the corresponding LEDs is 1.56; 1.82 from the level of the luminous flux emitted by the LED Red Light provide the necessary equalization of the radiation emitted by the LEDs, reducing the waviness of the total spectrum of the lamp.

Признаки, указывающие, что возможно отклонение уровня энергии подаваемой на светодиоды на ±25%, задают параметры подачи энергии на светодиоды, обеспечивающие оптимальную компоновку линейки или матрицы светодиодов.Signs indicating that the level of energy supplied to the LEDs by ± 25% is possible to deviate, set the parameters for supplying energy to the LEDs, which ensure an optimal layout of the LED bar or array.

Признаки, указывающие что «каждый тип спектра сформирован набором однотипных светодиодов, с возможностью генерирования мощности светового потока одинаковой для каждого отдельного типа спектра» обеспечивают возможность использования, как одиночного светодиода большой мощности, так и матрицы, сформированной из нескольких светодиодов малой мощности, дающих суммарную мощность излучения, требующуюся для формирования заданного уровня светового потока.Signs indicating that “each type of spectrum is formed by a set of LEDs of the same type, with the ability to generate light power of the same spectrum for each type of spectrum” provide the ability to use both a single high-power LED and a matrix formed of several low-power LEDs giving total power radiation required for the formation of a given level of luminous flux.

Признаки, указывающие что «названные светодиоды имеют максимальное излучение, на частотах, соответственно, 523, 587 и 634» конкретизируют технические характеристики светодиодов.Signs indicating that the “named LEDs have a maximum emission at frequencies of 523, 587 and 634, respectively, specify the technical characteristics of the LEDs.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показаны спектры излучения трех типов использованных светодиодов, выровненных по мощности излучения;The essence of the invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the emission spectra of the three types of LEDs used, aligned with the radiation power;

на фиг. 2 показан спектр суммарного излучения трех светодиодов, имитирующих солнечный спектр в диапазоне частот 507-650 нм (розовая кривая «Спектр Светильника» - спектр светильника из трех светодиодов; красная кривая «Спектр Солнца» - спектр солнца, измеренный во Владивостоке 22.05.2017 г. в 11:36 спектрофотометром ТКА; пунктирная розовая кривая - спектр Красного светодиода; пунктирная серая кривая - спектр Теплого Белого светодиода; пунктирная зеленая кривая - спектр Зеленого светодиода);in fig. 2 shows the spectrum of the total radiation of three LEDs simulating the solar spectrum in the frequency range 507-650 nm (pink curve "Lamp Spectrum" - spectrum of the lamp from three LEDs; red curve "Spectrum of the Sun" - spectrum of the sun, measured in Vladivostok 05.22.2017, at 11:36 with a TKA spectrophotometer; dotted pink curve — Red LED spectrum; dotted gray curve — Warm White LED spectrum; dotted green curve — Green LED spectrum);

на фиг. 3 показана светодиодная матрица, состоящая из трех светодиодов с разным типом спектров, формирующая суммарный спектр излучения, имитирующего солнечный спектр в диапазоне частот 507-650 нм; на фиг. 4 показаны реальные спектральные и энергетические параметры трех типов светодиодов, которые позволили сформировать излучение светильника близкое к солнечному спектру в заданном диапазоне;in fig. 3 shows an LED array consisting of three LEDs with different types of spectra, forming a total emission spectrum simulating the solar spectrum in the frequency range 507-650 nm; in fig. 4 shows the real spectral and energy parameters of the three types of LEDs, which allowed to form the radiation of the lamp close to the solar spectrum in a given range;

на фиг. 5 показан реальный суммарный спектр излучения матрицы из трех светодиодов с уровнем светового потока от Зеленого и Теплого Белого светодиодов равных 1,56 и 1,82 от уровня светового потока, излучаемого Красным светодиодом.in fig. 5 shows the real total emission spectrum of a matrix of three LEDs with a level of luminous flux from Green and Warm White LEDs equal to 1.56 and 1.82 of the level of luminous flux emitted by the Red LED.

В настоящее время промышленность выпускает различные светодиоды с узкой и широкой полосой излучения, с пиком излучения, приходящимся на одну или несколько определенных частот света. Охвачен широкий диапазон частот света от УФ излучения до красного и инфракрасного света. Кроме того, имеются светодиоды белого света с различной цветовой температурой.Currently, the industry produces various LEDs with a narrow and wide emission band, with a radiation peak falling on one or several specific frequencies of light. A wide range of light frequencies from UV to red and infrared light is covered. In addition, there are white light LEDs with different color temperatures.

Таким образом, если имеется набор светодиодов с различными спектрами (Фиг. 1), то из них можно набрать линейку или матрицу светодиодов с перекрытием спектральных кривых на уровне примерно 0,4-0,8 и тогда они, суммируя свои энергетические параметры, будут формировать спектр излучения соответствующий солнечному свету в заданном диапазоне частот (Фиг. 2).Thus, if there is a set of LEDs with different spectra (Fig. 1), then one can type a ruler or a matrix of LEDs with overlapping spectral curves at a level of about 0.4-0.8 and then, summing up their energy parameters, they will form radiation spectrum corresponding to sunlight in a given frequency range (Fig. 2).

Таким образом, если известен моделируемый диапазон спектра солнечного излучения, то подбирая различные светодиоды с разным спектром и задавая им разную интенсивность излучения, можно получить источник света очень похожий по своему спектру на солнечное излучение. Трудность заключается в том, что отдельные монохромные светодиоды имеют очень узкий спектр генерирования излучения определенной частоты и непостоянный уровень мощности излучения при одних и тех же номиналах выпускаемой продукции у разных производителей и даже в пределах одной партии, у одного и того же производителя. Поэтому, для перекрытия всего диапазона частот фотосинтетически активной радиации солнечного спектра (от 400 до 800 нм) требуется большое количество разных типов светодиодов. Однако, чем больше количество используемых светодиодов, тем труднее подобрать их точные параметры, к которым относятся мощность, частота излучения и режимы питания по току, чтобы синтезируемая полоса частот в точности соответствовала солнечному спектру. Необходимое условие перекрытия спектральных кривых на уровне примерно 0,4-0,8 вызывает сильное влияние отдельных спектров друг на друга. Изменение мощности излучения всего одного из светодиодов, например, Красного, вызывает изменение уровня пиков излучения всех других светодиодов, в первую очередь максимальное влияние будет оказано на Теплый белый светодиод и меньшее влияние на Зеленый светодиод. Последующая регулировка уровня излучения Теплого белого светодиода приведет к изменению уровня пиков излучения и Красного и Зеленого светодиодов. Последовательный перебор всех возможных значений уровней излучения каждого светодиода для приближения к солнечному спектру может занять очень много времени.Thus, if the simulated range of the spectrum of solar radiation is known, then selecting different LEDs with a different spectrum and setting them different radiation intensity, you can get a light source very similar in its spectrum to solar radiation. The difficulty lies in the fact that individual monochrome LEDs have a very narrow spectrum of radiation generation of a certain frequency and a non-constant level of radiation power with the same product ratings from different manufacturers and even within the same batch, from the same manufacturer. Therefore, to cover the entire frequency range of photosynthetically active radiation of the solar spectrum (from 400 to 800 nm) a large number of different types of LEDs are required. However, the greater the number of LEDs used, the more difficult it is to select their exact parameters, which include power, radiation frequency and current supply modes, so that the synthesized frequency band exactly matches the solar spectrum. The necessary condition for the overlap of the spectral curves at a level of approximately 0.4-0.8 causes a strong influence of individual spectra on each other. A change in the radiation power of just one of the LEDs, for example, Red, causes a change in the level of the emission peaks of all the other LEDs, first and foremost, the Warm White LED will have the maximum effect and the Green LED less impact. Subsequent adjustment of the Warm White LED's radiation level will cause a change in the level of the peaks of the radiation and the Red and Green LEDs. Sequential iteration of all possible values of the radiation levels of each LED to approach the solar spectrum can take a very long time.

По каждому типу светодиодов спектрофотометром "ТКА-Спектр" были сняты спектральные и энергетические параметры (Фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 4), которые позволили сформировать излучение светильника близкое к солнечному спектру (Фиг. 2, фиг. 4).For each type of LEDs, spectral and energy parameters were taken with a TKA-Spectrum spectrophotometer (Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 4), which allowed the luminaire to form close to the solar spectrum (Fig. 2, Fig. 4).

Моделируемый диапазон 507-650 нм из диапазона фотосинтетически активной радиации солнечного спектра, в общем случае составляющего 400-800 нм, реализуется набором из трех типов светодиодов, имеющих разную мощность и разные спектры. Например, в этом наборе есть три светодиода мощностью по 50 Вт следующего состава: Зеленый, Теплый белый и Красный (Фиг. 3). На фиг. 4 приведены спектры излучения каждого светодиода. Видно, что максимальные значения плотности мощности излучения, измеренные прибором спектрофотометром "ТКА-Спектр" на расстоянии 50 см от центра светодиодов, по их оси, имеют разную амплитуду пиков излучения и разное расположение на оси частот. В данном случае на все 50 Вт светодиоды подавался один и тот же ток 1500 мА (Табл. 1). Параметры светодиодов и их излучающая способность подобраны таким образом, чтобы мощности излучения их спектров соответствовали параметрам коэффициентов мощности излучения светодиодов приведенных в таблице 3. В этом случае, если просто просуммировать мощности всех спектров излучения указанных светодиодов, то суммарный спектр будет иметь форму очень близкую к спектру солнечного света в заданном диапазоне частот (на фиг. 5 кривая «Светильник» розового цвета; желтым фоном подсвечен моделируемый диапазон частот). Но часто бывает, что светодиоды имеют другие мощности излучения и при их простом суммировании получающаяся кривая будет очень далека от формы солнечного света. В этом случае, для того чтобы из этого набора светодиодов получить спектр солнца в диапазоне частот 507-650 нм необходимо привести все пики излучения к одной и той же величине, т.е. пронормировать. Для этого существует два способа: первый - регулировка осуществляется изменением тока питания с помощью токовых драйверов питания у каждого светодиода; второй - регулировка осуществляется подбором количества однотипных по частоте излучения светодиодов, работающих в номинальном рабочем режиме, но которые имеют разную мощность излучения, т.е. разный паспортный номинал мощности. Подбирая количество однотипных по частоте излучения светодиодов, добиваются необходимой суммарной мощности излучения. После приведения уровня излучения всех типов светодиодов к одной и той же величине, спектр излучения всех светодиодов примет вид, изображенный на фиг. 1. При этом названные области спектров излучения светодиодов перекрывают друг друга в разных спектральных участках моделируемого диапазона излучения, где-то, на уровне 0,4-0,8 от максимальной амплитуды.The simulated range of 507–650 nm from the photosynthetically active radiation range of the solar spectrum, in the general case of 400–800 nm, is implemented by a set of three types of LEDs with different power and different spectra. For example, in this set there are three 50 W LEDs of the following composition: Green, Warm White, and Red (Fig. 3). FIG. 4 shows the emission spectra of each LED. It is seen that the maximum values of the radiation power density measured by the TKA-Spectrum spectrophotometer at a distance of 50 cm from the center of the LEDs, along their axis, have different amplitudes of radiation peaks and different locations on the frequency axis. In this case, the same 1500 mA current was applied to all 50 W LEDs (Table 1). The parameters of the LEDs and their emissivity are chosen in such a way that the radiation powers of their spectra correspond to the parameters of the power coefficients of the radiation of the LEDs given in Table 3. In this case, if we simply sum up the powers of all the emission spectra of these LEDs, then the total spectrum will have a shape very close to the spectrum sunlight in a given frequency range (in Fig. 5, the “Luminaire” curve is pink in color; the simulated frequency range is highlighted with a yellow background). But it often happens that the LEDs have other radiation powers and, if they are simply summed, the resulting curve will be very far from the shape of sunlight. In this case, in order to obtain the spectrum of the sun from this set of LEDs in the frequency range 507-650 nm, it is necessary to reduce all the radiation peaks to the same value, i.e. normalize. There are two ways to do this: the first is to adjust it by changing the supply current with the help of the current supply drivers for each LED; the second - adjustment is carried out by selecting the number of LEDs of the same frequency, which operate in the nominal operating mode, but which have different radiation powers, i.e. different passport power rating. Selecting the number of LEDs of the same frequency, emitting LEDs, achieve the required total radiation power. After bringing the radiation level of all types of LEDs to the same value, the emission spectrum of all LEDs will take the form shown in FIG. 1. At the same time, the mentioned areas of the emission spectra of the LEDs overlap each other in different spectral regions of the simulated emission range, somewhere, at a level of 0.4–0.8 of the maximum amplitude.

Теплый белый светодиод имеет два пика излучения: на частоте 440 нм меньшего размера и на частоте 587 нм максимум излучения.A warm white LED has two peaks of radiation: at a frequency of 440 nm of a smaller size and at a frequency of 587 nm, the maximum radiation.

Желтым фоном на фиг. 2 выделена область моделирования солнечного спектра в диапазоне частот 507-650 нм. В таблице 2 приведены параметры трех типов светодиодов (или наборов светодиодов одного и того же типа) моделирующих диапазон 507-650 нм солнечного спектра после их приведения к одной и той же плотности излучения и нормирования.The yellow background in FIG. 2 highlighted the area of modeling the solar spectrum in the frequency range 507-650 nm. Table 2 shows the parameters of three types of LEDs (or sets of LEDs of the same type) simulating the range of the 507-650 nm solar spectrum after they are reduced to the same radiation density and standardization.

Из табл. 2 видно, что у Теплого Белого светодиода имеется два спектральных пика мощности излучения, один из которых на частоте 587 нм (максимальная амплитуда равна 1), а на частоте 440 нм - 0,67. Все остальные светодиоды имеют один пик излучения. Измерения проводились спектрофотометром "ТКА-Спектр", на расстоянии 500 мм от центра светодиодов по их оси.From tab. 2 that the Warm White LED has two spectral peaks of the radiation power, one of which is at a frequency of 587 nm (the maximum amplitude is 1), and at a frequency of 440 nm it is 0.67. All other LEDs have one peak of radiation. The measurements were carried out with a TKA-Spectr spectrophotometer, at a distance of 500 mm from the center of the LEDs along their axis.

Если каждый светодиод будет излучать световую энергию измеренную в Вт/м², в пропорциях соответствующих коэффициентам приведенными в табл. 3, то получится суммарный спектр мощности излучения светильника, показанный на фиг. 2. (кривая Спектр Светильника) который хорошо совпадает со спектром мощности излучения Солнца в этом диапазоне.If each LED will emit light energy measured in W / m ² , in the proportions corresponding to the coefficients given in Table. 3, then we obtain the total power spectrum of the radiation of the lamp, shown in FIG. 2. (curve Spectrum of the Lamp) which well coincides with the power spectrum of the solar radiation in this range.

В этом случае все светодиоды должны получать энергию от токовых драйверов питания таким образом, чтобы их излучение соответствовало коэффициентам таблицы 3. В результате будет сформирован суммарный спектр излучения светильника, практически полностью повторяющий спектр излучения солнечного света (фиг. 2, розовый цвет кривой). Спектр мощности солнечного света измерялся спектрофотометром марки "ТКА-Спектр" во Владивостоке 22.05.2017 в 11-36 местного времени.In this case, all LEDs should receive energy from the current power drivers in such a way that their radiation corresponds to the coefficients of table 3. As a result, the total emission spectrum of the lamp will be almost the same as the emission spectrum of sunlight (Fig. 2, the pink color of the curve). The power spectrum of sunlight was measured with a TKA-Spectr brand spectrophotometer in Vladivostok on 05.22.2017 at 11-36 local time.

В процессе работы была сформирована действующая матрица светодиодов (Фиг. 3), в которой каждый светодиод был запитан током с помощью токового драйвера таким образом, чтобы мощность излучения каждого типа светодиода, измеренная на расстоянии 50 см от светодиодов, давала вклад в суммарное излучение в соответствии с режимами, указанными в таблице 3. Спектры каждого типа светодиодов, измеренные спектрофотометром, приведены на фиг. 4.In the process, an active LED matrix was formed (Fig. 3), in which each LED was powered by a current using a current driver so that the radiation power of each type of LED, measured 50 cm from the LEDs, contributed to the total radiation in accordance with the modes shown in Table 3. The spectra of each type of LED, measured with a spectrophotometer, are shown in FIG. four.

При включении всех светодиодов с указанными режимами спектр мощности излучения светильника характеризовался зависимостью, показанной на фиг. 5 (кривая «Светильник» розового цвета; кривая красного цвета - спектр солнца; желтый фон показывает моделируемый диапазон). Полученная спектральная облученность в диапазоне частот 507-650 нм равна 97 мВт/м на расстоянии 50 см от светильника и имеет гладкий характер, практически полностью соответствует солнечному спектру со среднеквадратичной ошибкой отклонения не превышающей 6,5%.When all the LEDs with the above modes were turned on, the radiation power spectrum of the luminaire was characterized by the dependence shown in FIG. 5 (curve "Lamp" pink color; curve of red color - the spectrum of the sun; yellow background shows the simulated range). The obtained spectral irradiance in the frequency range 507-650 nm is equal to 97 mW / m at a distance of 50 cm from the luminaire and has a smooth character, almost completely corresponds to the solar spectrum with a root-mean-square deviation error not exceeding 6.5%.

Важно отметить, что коэффициенты в табл. 3 относятся к плотности мощности излучения света, или к спектральной облученности, измеренной на одном и том же расстоянии одним и тем же прибором в данном случае спектрофотометром "ТКА-Спектр". При этом, приведенные в табл. 3 коэффициенты никак не характеризуют потребляемую светодиодами энергию или величину тока, протекающую через светодиоды. Это связано с тем, что К.П.Д. у каждого светодиода разный и режимы питания светодиодов тоже все разные. Например, если есть два светодиода одинакового типа, но с разными К.П.Д., например 15% и 30%, то спектральная облученность, полученная на одном и том же расстоянии у первого светодиода будет в 2 раза меньше при одном и том же питании по току или потребляемой мощности, чем у второго. И если их запитать по току в соответствии с таблицей 3, то суммарный спектр всех светодиодов будет сильно отличаться от расчетного спектра, изображенного на фиг. 2. В случае, если имеются два светодиода с одинаковой частотой излучения, но разным номиналом мощности, например 1 Вт и 10 Вт, то первый тип светодиода можно запитать максимальным током 300 мА, а второй тип - 900 мА. Соответственно плотности мощности излучения световой энергии у них будут очень сильно отличаться. Поэтому, коэффициенты, приведенные в таблице 3, должны характеризовать только соотношение величин облученности для каждого типа светодиодов, измеренных спектрофотометром на одном и том же расстоянии от светодиода.It is important to note that the coefficients in the table. 3 refers to the power density of light emission, or to spectral irradiance measured at the same distance by the same device in this case with a TKA-Spectr spectrophotometer. In this case, are given in table. 3 factors do not characterize the energy consumed by the LEDs or the amount of current flowing through the LEDs. This is due to the fact that K.P.D. Each LED is different and the power modes of the LEDs are also all different. For example, if there are two LEDs of the same type, but with different KPD, for example, 15% and 30%, then the spectral irradiance obtained at the same distance from the first LED will be 2 times less with the same power supply current or power consumption than the second. And if they are powered by current in accordance with Table 3, then the total spectrum of all LEDs will differ greatly from the calculated spectrum shown in FIG. 2. If there are two LEDs with the same radiation frequency but different power ratings, for example, 1 W and 10 W, then the first type of LED can be powered with a maximum current of 300 mA, and the second type - 900 mA. Accordingly, the power density of the radiation of light energy they will be very different. Therefore, the coefficients given in Table 3 should characterize only the ratio of irradiance values for each type of LED, measured with a spectrophotometer at the same distance from the LED.

Кроме того, очень важно использовать такие режимы питания всех трех типов светодиодов или групп однотипных по частоте излучения светодиодов в сборке, чтобы в каждой группе однотипные светодиоды, излучающие свет одной и той же частоты, давали суммарный пик излучения одинаковой величины, которую удобно приравнять к относительной единице, как это изображено на фиг. 1.In addition, it is very important to use such power modes for all three types of LEDs or groups of LEDs of the same type of radiation in the assembly, so that each group of LEDs of the same type emitting light of the same frequency gives a total peak of radiation of the same size, which is convenient to equate to a relative unit, as shown in FIG. one.

Claims

A luminaire containing a set of known LEDs with different emission spectra lying in the frequency range of about 400-800 nm, supplied with power drivers, characterized in that the LEDs used, the peaks of the emission spectra of which are in the frequency range 507-650 nm, while the spectra of the LEDs used overlap each other in different spectral regions of the range, preferably at a level of 0.4-0.8 of the maximum amplitude at the center frequency of the radiation, and three types of LEDs of different power spectrum are used from 0.1 to 200 W and more, and the emitted spectrum includes the emission spectra of LEDs such as Green, Warm White and Red light, with a possible deviation from the center frequency of ± 20 nm, while the drivers of these LEDs are designed to supply power supply of such a value that the level of luminous flux from the corresponding LEDs was 1.56 and 1.82 of the level of luminous flux emitted by the Red Light LED, with a possible deviation of the indicated energy values by ± 25%, or each type of spectrum formed a set m of the same type of LEDs emitting light of the same frequency, with the ability to generate light power the same for each type of spectrum, in addition, these LEDs have a maximum emission at frequencies of 524, 587 and 634 nm with a possible deviation from the center frequency by ± 20 nm.