RU2692648C2 - Lamp - Google Patents

Lamp Download PDF

Info

Publication number
RU2692648C2
RU2692648C2 RU2017141519A RU2017141519A RU2692648C2 RU 2692648 C2 RU2692648 C2 RU 2692648C2 RU 2017141519 A RU2017141519 A RU 2017141519A RU 2017141519 A RU2017141519 A RU 2017141519A RU 2692648 C2 RU2692648 C2 RU 2692648C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
leds
spectrum
radiation
frequency
light
Prior art date
Application number
RU2017141519A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2017141519A (en
RU2017141519A3 (en
Inventor
Юрий Николаевич Кульчин
Евгений Петрович Субботин
Михаил Иванович Звонарев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИАПУ ДВО РАН)
Priority to RU2017141519A priority Critical patent/RU2692648C2/en
Publication of RU2017141519A publication Critical patent/RU2017141519A/en
Publication of RU2017141519A3 publication Critical patent/RU2017141519A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2692648C2 publication Critical patent/RU2692648C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G9/00Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/20Forcing-frames; Lights, i.e. glass panels covering the forcing-frames
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01GHORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G7/00Botany in general
    • A01G7/04Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth
    • A01G7/045Electric or magnetic or acoustic treatment of plants for promoting growth with electric lighting
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B33/00Electroluminescent light sources
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P60/00Technologies relating to agriculture, livestock or agroalimentary industries
    • Y02P60/14Measures for saving energy, e.g. in green houses

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

FIELD: lighting.SUBSTANCE: invention relates to lighting devices providing illumination with light simulating a spectrum of sunlight by using light emitting diodes. Lamp contains a set of known LEDs with different emission spectra lying in the frequency range of the order of 400–800 nm, supplied with power drivers. Lamp used LEDs, the peaks of the emission spectra of which are in the frequency range 483–654 nm. Spectra of the LEDs used overlap in different spectral regions of the range, preferably at a level of 0.4–0.8 of the maximum amplitude at the centre frequency of the radiation. In this case, four types of light emitting diodes of different spectrum with a power from 0.1 to 200 W are used, and the emitted spectrum includes the emission spectra of such LEDs as Blue-Green, Green, Warm White and Red Light, with a possible deviation from the centre frequency at ±20 nm. 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 equal to 1.52; 1.34; 1.69 from the level of the luminous flux emitted by the Red Light LED, with the possible deviation of the indicated energy values by ±25 %, or each type of spectrum is formed by a set of similar LEDs emitting light of the same frequency, with the ability to generate the power of the light flux, the same for each type of spectrum. Besides these LEDs have a maximum emission at frequencies of 490, 524, 587 and 634 nm, respectively, with a possible deviation from the centre frequency at ±20 nm.EFFECT: technical result consists in providing the luminaire with a radiation spectrum close to that of sunlight in the simulated frequency range, while minimizing the total number of LEDs used.1 cl, 3 tbl, 5 dwg

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, 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 составе светильника использованы 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 luminaire containing a set of known LEDs with different emission spectra, lying in the range of about 400-800 nm, equipped with drivers (RU # 2504143, class A01G 7/04, A01G 9/24. Bull. No. 2. 2014). The luminaire uses at least two types of LEDs, and it is preferable that the first type LEDs emit in the blue with a wavelength of 400 nm to 500 nm, and the second type LEDs emit in the red with a wavelength of 600 nm up 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 перечисленные решения были 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 of these solutions were aimed at obtaining the optimal combination of wavelengths to enhance the growth rate of plants, as well as reducing energy consumption and increasing the service life of luminaires, while their technical implementation is compared with 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.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - обеспечение в светильнике спектра излучения соответствующего спектру солнечного света в моделируемом диапазоне частот.The problem to which the invention is directed is to provide the radiation spectrum in the luminaire corresponding to the spectrum of sunlight in the modeled frequency range.

Технический результат заключается в обеспечении для светильника спектра излучения близкого к спектру излучения солнечного света в моделируемом частотном диапазоне, при минимизации общего количества используемых светодиодов.The technical result is to provide for the lamp emission spectrum close to the emission spectrum of sunlight in the simulated frequency range, while minimizing the total number of LEDs used.

Поставленная задача решается тем, что светильник, содержащий набор известных светодиодов с разными спектрами излучения, лежащими в диапазоне частот порядка 400 - 800 нм, снабженных драйверами питания, дополнен следующим: использованы светодиоды, пики спектров излучения которых находятся в диапазоне частот 483-654 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 четыре типа светодиодов разного спектра мощностью от 0,1 до 200 Вт, а излучаемый спектр включает спектры излучения таких светодиодов, как Сине-зеленый, 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 1,52; 1,34; 1,69 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. Названные светодиоды имеют максимальное излучение, на частотах,The task is solved by the fact that the lamp containing a set of known LEDs with different emission spectra lying in the frequency range of the order of 400 - 800 nm, equipped with power drivers, is supplemented with the following: light-emitting diodes are used, the emission spectra peaks of which are in the frequency range 483-654 nm, at the same time, the spectra of the used LEDs 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 four e type of light emitting diodes of different spectrum with a power from 0.1 to 200 W, and the emitted spectrum includes the emission spectra of such LEDs as Blue-Green, Green, Warm White and Red Light, with a possible deviation of ± 20 nm from the center frequency, while the drivers of these LEDs are made with the possibility of supplying energy of such a magnitude that the level of luminous flux from the corresponding LEDs is equal to 1.52; 1.34; 1.69 from the level of the luminous flux emitted by the Red Light LED, 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. These LEDs have a maximum emission, at frequencies

соответственно, 490, 523, 587 и 634 нм с возможным отклонением от центральной частоты на ±20 нм.respectively, 490, 523, 587 and 634 nm with a possible deviation from the center frequency by ± 20 nm.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".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."

Совокупность признаков отличительной части формулы изобретения обеспечивают светильнику спектр излучения соответствующего солнечному свету в диапазоне частот 483-654 нм, причем отличительные признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение нижеследующего комплекса функциональных задач: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 483-654 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 483-654 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 483-654 nm”, provide the most complete approximation to the spectrum of sunlight in the specified range, with the minimum number of used types of LEDs.

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

Признаки, указывающие на то, 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 “may deviate from the center frequency by ± 20 nm” may set 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 1,52; 1,34; 1,69 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 value that the level of luminous flux from the corresponding LEDs is equal to 1.52; 1.34; 1.69 from the level of the luminous flux emitted by the Red Light LED ”provides 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 luminous flux power of the same for each type of spectrum” provide the ability to use both a single high-power LED and a matrix formed from several low-power LEDs giving a total radiation power required for the formation of a given level of luminous flux.

Признаки, указывающие, что «названные светодиоды имеют максимальное излучение, на частотах, соответственно, 490; 523; 587 и 634 нм» конкретизируют технические характеристики светодиодов.Signs indicating that “the named LEDs have a maximum emission, at frequencies, respectively, 490; 523; 587 and 634 nm specify the technical characteristics of the LEDs.

Сущность заявляемого изобретения иллюстрируется чертежами, гдеThe essence of the invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 показаны спектры излучения четырех типов использованных светодиодов, выровненных по мощности излучения;in fig. 1 shows the emission spectra of the four types of LEDs used, aligned with the radiation power;

на фиг. 2 показан спектр суммарного излучения четырех типов светодиодов, имитирующих солнечный спектр в диапазоне частот 483-654 нм (розовая кривая «Спектр Светильника» - спектр светильника из четырех 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; пунктирная голубая кривая - спектр Сине-зеленого светодиода);in fig. 2 shows the total emission spectrum of four types of LEDs that mimic the solar spectrum in the frequency range 483-654 nm (pink curve "Lamp Spectrum" - the spectrum of the lamp of four LEDs; the red curve "Spectrum of the Sun" - the spectrum of the sun, measured in Vladivostok 22.05.2017 g at 11:36 with a TKA spectrophotometer; dashed pink curve — Red LED spectrum; dashed gray curve — Warm White LED spectrum; dashed green curve — Green LED spectrum; dashed blue curve — Blue-green spectrum w);

на фиг. 3 показана светодиодная матрица, состоящая из четырех светодиодов с разным типом спектров, формирующая суммарный спектр излучения, имитирующего солнечный спектр в диапазоне частот 483-654 нм;in fig. 3 shows an LED array consisting of four LEDs with different types of spectra, forming a total emission spectrum simulating the solar spectrum in the frequency range 483-654 nm;

на фиг. 4 показаны реальные спектральные и энергетические параметры четырех типов светодиодов, которые позволили сформировать излучение светильника близкое к солнечному спектру в заданном диапазоне;in fig. 4 shows the actual spectral and energy parameters of the four 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 четырех светодиодов с уровнем светового потока от Сине-зеленого, Зеленого и Теплого Белого светодиодов равных 1,52; 1,34; 1,69 от уровня светового потока, излучаемого Красным светодиодом.in fig. 5 shows the real total emission spectrum of a matrix of four LEDs with the level of luminous flux from the Blue-Green, Green and Warm White LEDs equal to 1.52; 1.34; 1.69 from the level of the 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). 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 и Сине-зеленый светодиоды. Последующая регулировка уровня излучения Теплого белого светодиода приведет к изменению уровня пиков излучения и Красного, Зеленого и Сине-зеленого светодиодов. Последовательный перебор всех возможных значений уровней излучения каждого светодиода для приближения к солнечному спектру может занять очень много времени.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). 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 maximum effect will be on the Warm White LED and less effect on the Green and Blue-Green LEDs. Subsequent adjustment of the radiation level of the Warm White LED will change the level of the peaks of the radiation and the Red, Green and Blue-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 483-654 нм из диапазона фотосинтетически активной радиации солнечного спектра, в общем случае составляющего 400-800 нм, реализуется набором из четырех типов светодиодов имеющих разную мощность и разные спектры. Например, в этом наборе есть три светодиода мощностью по 50 Вт следующего состава: Зеленый, Теплый белый, Красный и 10 Вт Сине-зеленый (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, на Сине-зеленый 870 мА (Таблица 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 483-654 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. Теплый белый светодиод имеет два пика излучения: на частоте 440 нм меньшего размера и на частоте 587 нм максимум излучения.The simulated range of 483–654 nm from the photosynthetically active radiation range of the solar spectrum, in the general case of 400–800 nm, is realized by a set of four 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, Red and 10 W Blue-Green (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, and 870 mA to Blue-Green (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 483-654 nm, it is necessary to reduce all 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. 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.

Figure 00000001
Figure 00000001

Желтым фоном на фиг. 2 выделена область моделирования солнечного спектра в диапазоне частот 483-654 нм. В таблице 2 приведены параметры четырех типов светодиодов (или наборов светодиодов одного и того же типа) моделирующих диапазон 483-654 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 483-654 nm. Table 2 shows the parameters of four types of LEDs (or sets of LEDs of the same type) simulating the range of the 483-654 nm solar spectrum after they are reduced to the same radiation density and standardization.

Из таблицы 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 Table 2 it can be seen 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.

Figure 00000002
Figure 00000002

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

Figure 00000003
Figure 00000003

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 483-654 нм равна 97.5 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 483-654 nm is equal to 97.5 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 таблице 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 таблице 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 Table 3 refer to the power density of the light emitted, or to the spectral irradiance measured at the same distance by the same device in this case with a TKA-Spectr spectrophotometer. In this case, the coefficients in Table 3 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 четырех 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 four types of LEDs or groups of radiation types of LEDs of the same type 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 (1)

Светильник, содержащий набор известных светодиодов с разными спектрами излучения, лежащими в диапазоне частот порядка 400-800 нм, снабженных драйверами питания, отличающийся тем, что использованы светодиоды, пики спектров излучения которых находятся в диапазоне частот 483-654 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 четыре типа светодиодов разного спектра мощностью от 0,1 до 200 Вт, а излучаемый спектр включает спектры излучения таких светодиодов, как Сине-зеленый, 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 1,52; 1,34; 1,69 от уровня светового потока, излучаемого светодиодом Красный свет, с возможным отклонением указанных значений энергии на ±25%, либо 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 490, 524, 587 и 634 нм с возможным отклонением от центральной частоты на ±20 нм.A luminaire containing a set of known LEDs with different emission spectra lying in the frequency range of the order of 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 483-654 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 radiation, and four types of LEDs of different spectrum are used; awn from 0.1 to 200 W, and the emitted spectrum includes the emission spectra of LEDs such as Blue-Green, Green, Warm White, and Red Light, with a possible ± 20 nm deviation from the center frequency, while the drivers of these LEDs are designed to energizing the power supply of such a value so that the luminous flux from the corresponding LEDs is equal to 1.52 1.34; 1.69 from the level of the luminous flux emitted by the LED Red light, with a possible deviation of the indicated energy values by ± 25%, or 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 luminous flux the same for of each individual type of spectrum, moreover, these LEDs have a maximum emission at frequencies of 490, 524, 587 and 634 nm, respectively, with a possible deviation from the center frequency of ± 20 nm.
RU2017141519A 2017-11-28 2017-11-28 Lamp RU2692648C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141519A RU2692648C2 (en) 2017-11-28 2017-11-28 Lamp

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017141519A RU2692648C2 (en) 2017-11-28 2017-11-28 Lamp

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017141519A RU2017141519A (en) 2019-05-28
RU2017141519A3 RU2017141519A3 (en) 2019-05-28
RU2692648C2 true RU2692648C2 (en) 2019-06-25

Family

ID=66793085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017141519A RU2692648C2 (en) 2017-11-28 2017-11-28 Lamp

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2692648C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766838C1 (en) * 2021-02-16 2022-03-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Led lamp

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9060468B2 (en) * 2011-02-25 2015-06-23 Illumitex, Inc. Plant growth lighting device and method
RU153089U1 (en) * 2015-02-09 2015-07-10 Никита Сергеевич Ефремов LED LAMP
RU2554982C2 (en) * 2013-07-02 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства" (ФГБНУ ИАЭП) Method for energy-saving pulse radiation of plants and device for its implementation
US20160198638A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Circle Design Technology, LLC Systems and methods for providing grow lighting
WO2017103874A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Daniele Rossi Apparatus for growing vegetables, mushrooms, ornamental plants and the like
GB2548695A (en) * 2016-02-04 2017-09-27 Aurora Ltd Horticultural lighting device
RU2632961C2 (en) * 2012-07-11 2017-10-11 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В., Nl Lighting device, capable support of garden lighting, and method of lighting in gardening

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9060468B2 (en) * 2011-02-25 2015-06-23 Illumitex, Inc. Plant growth lighting device and method
RU2632961C2 (en) * 2012-07-11 2017-10-11 Филипс Лайтинг Холдинг Б.В., Nl Lighting device, capable support of garden lighting, and method of lighting in gardening
RU2554982C2 (en) * 2013-07-02 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Институт агроинженерных и экологических проблем сельскохозяйственного производства" (ФГБНУ ИАЭП) Method for energy-saving pulse radiation of plants and device for its implementation
US20160198638A1 (en) * 2015-01-09 2016-07-14 Circle Design Technology, LLC Systems and methods for providing grow lighting
RU153089U1 (en) * 2015-02-09 2015-07-10 Никита Сергеевич Ефремов LED LAMP
WO2017103874A1 (en) * 2015-12-18 2017-06-22 Daniele Rossi Apparatus for growing vegetables, mushrooms, ornamental plants and the like
GB2548695A (en) * 2016-02-04 2017-09-27 Aurora Ltd Horticultural lighting device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2766838C1 (en) * 2021-02-16 2022-03-16 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Краснодарское высшее военное авиационное училище летчиков имени Героя Советского Союза А.К. Серова" Led lamp

Also Published As

Publication number Publication date
RU2017141519A (en) 2019-05-28
RU2017141519A3 (en) 2019-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6921182B2 (en) Efficient LED lamp for enhancing commercial and home plant growth
US9137874B2 (en) Illumination and grow light system and associated methods
US10602669B2 (en) Narrowband photosynthetically active radiation (“PAR”) substantially only at each of multiple emission wavelengths yields good photosynthesis at reduced energy cost
US20050281027A1 (en) Device and method for observing plant health
US20090199470A1 (en) Device and Method for Observing Plant Health
RU2013142885A (en) METHOD AND MEANS OF IMPROVED LIGHTING OF GREENHOUSES
KR20100057849A (en) Led lighting device for growing plants
RU2013142886A (en) LIGHTING DEVICE FOR GROWING PLANTS AND METHOD FOR STIMULATING PLANT GROWTH
RU2013152440A (en) METHOD AND MEANS FOR INCREASING PLANT PRODUCTIVITY BY IMPROVING INSECT SPRAYING
TW200930951A (en) LED solar simulator
RU2692648C2 (en) Lamp
RU2690647C2 (en) Lamp
Trivellin et al. Effects and exploitation of tunable white light for circadian rhythm and human-centric lighting
CN102405777A (en) Periodic timing and dimming control method for plant illumination
RU2668841C1 (en) Luminary
CN104006306A (en) Light-emitting diode (LED) lamp, use of same applied to plant growth and LED unit
RU2661329C1 (en) Luminaire
KR20130114880A (en) Apparatus for lighting in growthing plants and system and method for lighting in growthing plants using thereof
Anindito et al. Indoor Agriculture: Measurement of The Intensity of LED for Optimum Photosynthetic Recovery
RU2675320C2 (en) Luminaire
RU2666454C1 (en) Luminary
RU2660244C1 (en) Luminaire
RU2660245C1 (en) Luminaire
KR101194684B1 (en) Apparatus for measuring conversion efficiency of a solar cell
RU2278408C2 (en) Universal polychromatic irradiator