RU99104U1

RU99104U1 - MODULAR LED SPOTLIGHT

Info

Publication number: RU99104U1
Application number: RU2010125017/07U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Рафаилович Агафонов; Евгений Тофикович Алиев; Петр Павлович Аникин; Владимир Георгиевич Звонов; Валерий Викторович Кузнецов; Александр Александрович Михеев; Юрий Васильевич Ободовский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "РоСАТ ЦЕНТР"
Priority date: 2010-06-18
Filing date: 2010-06-18
Publication date: 2010-11-10

Abstract

1. Модульный светодиодный прожектор, содержащий защитный корпус с прозрачным колпаком, элементы схемы электрического питания, светоизлучающие диоды, оптическую систему, отличающийся тем, что светоизлучающий элемент выполнен на основе модульной конструкции, где светодиодные модули установлены внутри общего защитного корпуса. ! 2. Светодиодный прожектор по п.1, отличающийся тем, что каждый светодиодный модуль состоит из теплоотводящего корпуса, выполненного из металла или теплопроводящей керамики, на который установлена многослойная печатная плата на теплоотводящей основе с установленными светодиодами и элементами схемы электрического питания, а также оптической системы. ! 3. Светодиодный прожектор по п.2, отличающийся тем, что содержит электронную систему димирования, позволяющую осуществлять плавное регулирование осевой силы света прожектора. ! 4. Светодиодный прожектор по п.3, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде плоской матрицы из линз Френеля с параллельными оптическими осями, при этом светодиоды установлены в фокусе линз. ! 5. Светодиодный прожектор по п.3, отличающийся тем, что оптическая система выполнена в виде матрицы на основе асферических линз с параллельными оптическими осями, при этом светодиоды установлены в фокусе линз. !6. Светодиодный прожектор по п.3, отличающийся тем, что оптическая система выполнена из совокупности линз Френеля и асферических линз. ! 7. Светодиодный прожектор по любому из пп.4-6, отличающийся тем, что оптическая система прикреплена к корпусу каждого модуля посредством эластичного полимерного состава, обеспечивающего юстировку оптической системы и ге� 1. A modular LED floodlight comprising a protective housing with a transparent cap, elements of an electrical power circuit, light emitting diodes, an optical system, characterized in that the light emitting element is made on the basis of a modular design, where the LED modules are installed inside a common protective housing. ! 2. The LED spotlight according to claim 1, characterized in that each LED module consists of a heat sink body made of metal or heat-conducting ceramic, on which a multilayer printed circuit board on a heat sink is installed with LEDs and elements of the electrical power circuit, as well as an optical system . ! 3. The LED spotlight according to claim 2, characterized in that it contains an electronic dimming system that allows for smooth adjustment of the axial light intensity of the spotlight. ! 4. The LED searchlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made in the form of a flat matrix of Fresnel lenses with parallel optical axes, while the LEDs are installed in the focus of the lenses. ! 5. The LED searchlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made in the form of a matrix based on aspherical lenses with parallel optical axes, while the LEDs are installed in the focus of the lenses. ! 6. The LED searchlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made up of a combination of Fresnel lenses and aspherical lenses. ! 7. LED floodlight according to any one of claims 4-6, characterized in that the optical system is attached to the housing of each module by means of an elastic polymer composition, which ensures alignment of the optical system and

Description

Изобретение относится к осветительным устройствам и может использоваться в разных областях, в том числе в качестве прожектора для железнодорожных локомотивов. Техническим результатом изобретения является формирование узкоградусного светового луча с высоким значением осевой силы света, повышение энергетической эффективности и улучшение тепловых параметров светового прибора.The invention relates to lighting devices and can be used in various fields, including as a searchlight for railway locomotives. The technical result of the invention is the formation of a narrow-degree light beam with a high axial intensity of the light, increasing energy efficiency and improving the thermal parameters of the light device.

Известны прожекторы локомотива, где используются лампы накаливания типа ПЖ 50-500, КГМ 75-600, КГМ 110-600, размещенные в фокусе отражателя прожектора. Такие прожекторы характеризуются низкой надежностью. Лампы часто выходят из строя, что в свою очередь сказывается на безопасности движения. Низкая надежность таких прожекторов обусловила требования ГОСТ 12.2.056-81 о необходимости предусмотреть возможность осуществления замены электролампы прожектора из кабины машиниста, что создает дополнительные трудности для машиниста.Locomotive spotlights are known where incandescent lamps of the type ПЖ 50-500, КГМ 75-600, КГМ 110-600, located at the focus of the reflector of a searchlight, are used. Such floodlights are characterized by low reliability. Lamps often fail, which in turn affects traffic safety. The low reliability of such spotlights led to the requirements of GOST 12.2.056-81 on the need to provide for the possibility of replacing the electric lamp of the spotlight from the driver’s cab, which creates additional difficulties for the driver.

Известен Патент DE 10216393 A1 на светодиодный световой сигнальный прибор, где светодиоды установлены попарно на плате, а в качестве фокусирующей системы используется оптическая система, содержащая множество оптических элементов. В этом приборе источник света на основе светодиодов адаптируется к старой электрической и оптической конструкции сигнального устройства на основе ламп накаливания. Недостатком такого светосигнального прибора является то, что он не позволяет формировать световые потоки большой интенсивности и узкой направленности.Patent DE 10216393 A1 is known for a LED light signal device, where the LEDs are mounted in pairs on a board, and an optical system containing a plurality of optical elements is used as a focusing system. In this device, the light source based on LEDs adapts to the old electrical and optical design of the signal device based on incandescent lamps. The disadvantage of such a light-signal device is that it does not allow the formation of light fluxes of high intensity and narrow focus.

Более универсальным является световой прибор, предложенный в Патенте RU 2274801, где в многоцветном комбинированном прожекторе-фаре, содержащем корпус с ребрами охлаждения и прозрачный защитный элемент, средства токопровода с внутренним размещением пластин-держателей с лампами и диодными излучателями в виде ИК-диодов, белых и цветных светодиодов, часть которых помещена в фокусы плоских линз Френеля, изготовленных в шахматном порядке на прозрачной пластмассовой пластине, установленной около выходного отверстия прожектора-фары. На каждом участке прозрачной пластмассовой пластины между четырьмя плоскими линзами Френеля в ее середине и между двумя линзами Френеля на ее краях установлены дополнительные излучатели. Однако и этот световой прибор не позволяет сформировать узконаправленный световой луч высокой интенсивности, поскольку не предназначен для работы с мощными светодиодными системами.More versatile is the light fixture proposed in Patent RU 2274801, where in a multi-color combined searchlight-headlamp containing a housing with cooling fins and a transparent protective element, conductors with internal placement of holder plates with lamps and diode emitters in the form of infrared diodes, white and color LEDs, some of which are placed in the foci of flat Fresnel lenses staggered on a transparent plastic plate mounted near the outlet of the spotlight. On each section of a transparent plastic plate between the four flat Fresnel lenses in its middle and between two Fresnel lenses at its edges there are additional emitters. However, this light device does not allow the formation of a highly focused light beam, as it is not designed to work with powerful LED systems.

Технические параметры всех вышеуказанных световых устройств не соответствуют Межгосударственному стандарту ГОСТ 12.2.056-81 "Система стандартов безопасности труда. Электровозы и тепловозы колеи 1520 мм. Требования безопасности" (утв. постановлением Госстандарта СССР от 27 мая 1981 г. N2663), где указано, что номинальная осевая сила света должна быть (6,4-9,6)×10⁵ кд, а схема включения прожектора должна предусматривать возможность включения яркого света, обеспечивающего номинальную осевую силу света, и тусклого света, обеспечивающего силу света в пределах (0,7-1,2)×10⁵ кд. При этом угол рассеяния луча в вертикальной и горизонтальной плоскостях должен составлять ~3°The technical parameters of all the above lighting devices do not comply with GOST 12.2.056-81 Interstate Standard "Occupational Safety Standards System. Electric Locomotives and Locomotives of 1520 mm Gauge. Safety Requirements" (approved by Decree of the USSR Gosstandart of May 27, 1981 N2663), which states that the nominal axial luminous intensity should be (6.4–9.6) × 10 ⁵ cd, and the inclusion of the searchlight should provide for the inclusion of bright light, providing nominal axial luminous intensity, and dim light, providing luminous intensity in the limit x (0.7-1.2) × 10 ⁵ cd. In this case, the beam scattering angle in the vertical and horizontal planes should be ~ 3 °

Целью настоящего изобретения является создание конструкции осветительного устройства с улучшенными оптическими характеристиками и высокой эффективностью, обусловленной оптимальной системой теплоотвода.The aim of the present invention is to provide a design of a lighting device with improved optical characteristics and high efficiency, due to the optimal heat removal system.

Указанная цель достигается за счет того, что оптическое осветительное устройство, включающее плату, светоизлучающие элементы, оптическую систему, герметизирующий защитный корпус с прозрачным колпаком, схему электрического питания, систему теплоотвода, - выполнено на основе совокупности отдельных модулей, каждый из которых содержит многослойную печатную плату на металлической, керамической основе с размещенными на ней светоизлучающими элементами, а оптическая система каждого модуля выполнена в виде матрицы узкоградусных оптических линз, корпус устройства имеет систему дополнительного охлаждения.This goal is achieved due to the fact that the optical lighting device, including a board, light-emitting elements, an optical system, a sealing protective case with a transparent cap, an electrical power circuit, a heat sink system, is made on the basis of a set of individual modules, each of which contains a multilayer printed circuit board on a metal, ceramic basis with light-emitting elements placed on it, and the optical system of each module is made in the form of a matrix of narrow-degree optical l Inz, the device case has an additional cooling system.

Сущностью изобретения является то, что в осветительном устройстве используются сверхяркие дискретные светодиоды или светодиодные кристаллы, установленные на многослойной плате с металлической (керамической) основой с однослойной, двуслойной (или с большим количеством слоев) топологией разделенных металлизированных слоев, что обеспечивает оптимальный отвод тепла от полупроводниковых кристаллов, выделяющегося во время работы светоизлучающих полупроводниковых структур, за счет высокой теплопроводности металлической (керамической) основы, выполненной из металла и/или керамики (металло-керамики) с высокой теплопроводностью. Улучшенный теплоотвод позволяет существенно увеличить максимально допустимые токи, протекающие через светодиодный кристалл. В случае использования дискретных светодиодов, установленных на многослойной плате с металлическим (керамическим) основанием, имеется возможность поднять рабочие токи на 30%, а в случае использования конструкции со светодиодными кристаллами, установленными непосредственно на многослойной плате на металлической (керамической) основе (Chip-on-Board (СОВ)-технология) - на величину более 50%. При увеличении рабочих токов увеличивается и яркость светодиодных кристаллов. Данная конструкция позволяет использовать мощные, сверъяркие светодиоды и светодиодные кристаллы. При этом, высокая тепловая стабилизация светоизлучающих кристаллов способствует высокой стабильности оптических характеристик. Тепловой контакт многослойной платы с металлической (керамической) основой с теплоотводящими элементами, интегрированными в защитный корпус осветительного устройства, будут способствовать дополнительному повышению тепловой стабилизации светоизлучающих кристаллов и, следовательно, дополнительной стабилизации оптических характеристик светосигнального устройства. Система воздушного охлаждения теплоотводящих элементов защитного корпуса встречным потоком воздуха (при движении локомотива) позволяет обеспечить непрерывную работу осветительного устройства в течение долгого времени при различных температурах окружающей среды.The essence of the invention is that the lighting device uses ultra-bright discrete LEDs or LED crystals mounted on a multilayer board with a metal (ceramic) base with a single-layer, two-layer (or with a large number of layers) topology of separated metallized layers, which ensures optimal heat removal from semiconductor crystals released during the operation of light-emitting semiconductor structures due to the high thermal conductivity of the metal (ceramic) Again, made of metal and / or ceramic (metal-ceramic) with high thermal conductivity. Improved heat sink can significantly increase the maximum allowable currents flowing through the LED crystal. In the case of using discrete LEDs mounted on a multilayer board with a metal (ceramic) base, it is possible to increase the operating currents by 30%, and in the case of using a design with LED crystals mounted directly on a multilayer board on a metal (ceramic) basis (Chip-on -Board (SOV) technology) - by more than 50%. With an increase in operating currents, the brightness of LED crystals also increases. This design allows the use of powerful, super bright LEDs and LED crystals. At the same time, high thermal stabilization of light-emitting crystals contributes to high stability of optical characteristics. The thermal contact of the multilayer board with a metal (ceramic) base with heat-removing elements integrated into the protective housing of the lighting device will further increase the thermal stabilization of light-emitting crystals and, therefore, additional stabilization of the optical characteristics of the light-signal device. The air cooling system of the heat-releasing elements of the protective housing with the oncoming air flow (when the locomotive is moving) allows for continuous operation of the lighting device for a long time at various ambient temperatures.

Многослойная топология металлизированных проводящих слоев платы с наличием проводящих перемычек между ними позволяет оптимизировать электрические коммутационные цепи и обеспечивает возможность расположения драйверов питания (источников тока) отдельных цепочек светодиодов, непосредственно на многослойной плате. Электронная система питания предусматривает возможность изменения (димирования) яркостных характеристик осветительного устройства в широких пределах.The multilayer topology of the metallized conductive layers of the board with the presence of conductive jumpers between them allows you to optimize the electrical switching circuits and provides the ability to arrange power drivers (current sources) of individual LED circuits directly on the multilayer board. The electronic power system provides for the possibility of changing (dimming) the brightness characteristics of the lighting device over a wide range.

Посадка светодиодных кристаллов в лунки на металлической (керамической) основе многослойной платы при использовании технологии СОВ (Chip-On-Board) или в лунку подложки дискретного светодиода способствует уменьшению геометрического размера источника изучения и упрощает формирование узкоградусного светового излучения осветительного устройства. В узкоградусных осветительных устройствах предлагается использовать цилиндрические лунки.The landing of LED crystals in the holes on the metal (ceramic) basis of the multilayer board using the CIP (Chip-On-Board) technology or in the hole of the discrete LED substrate helps to reduce the geometric size of the study source and simplifies the formation of narrow-degree light emission from the lighting device. In narrow-degree lighting devices, it is proposed to use cylindrical holes.

Для получения осветительного устройства белого цвета с заданными угловыми характеристиками, применяется конформное (равномерное) покрытие светоизлучающего кристалла слоем люминофора толщиной порядка 50-200 микрон с отклонениями не более 15%. Подобные конфорные слои люминофра на поверхности светоизлучающего кристалла формируются посредством применения метода осаждения люминофора из силикон-люминофорного компаунда за счет действия гравитационных или центробежных сил, а также посредством электрофорезного нанесения люминофора на поверхность кристалла или каким-либо иным способом.To obtain a white lighting device with specified angular characteristics, a conformal (uniform) coating of the light-emitting crystal with a phosphor layer of a thickness of about 50-200 microns with deviations of no more than 15% is used. Such conformal luminophore layers on the surface of a light-emitting crystal are formed by applying the method of deposition of a phosphor from a silicone-phosphor compound due to the action of gravitational or centrifugal forces, as well as by electrophoretic deposition of the phosphor on the surface of the crystal or by any other method.

Совокупность светодиодных кристаллов или дискретных светодиодов с интегрированной индивидуальной оптикой, а также плоская оптическая система, выполненной в виде совокупности узкоградусных линз Френеля или асферических линз, либо сочетания обоих типов линз, обеспечивает получение требуемых значений осевой силы света светодиода в заданном пространственном угле.The combination of LED crystals or discrete LEDs with integrated individual optics, as well as a flat optical system made in the form of a combination of narrow-angle Fresnel lenses or aspherical lenses, or a combination of both types of lenses, provides the required axial luminous intensity of the LED in a given spatial angle.

Светодиоды или светоизлучающие кристаллы, устанавливаются на многослойной печатной плате различной формы в количестве, требуемом для формирования светового луча требуемой силы света в определенном телесном угле.LEDs or light-emitting crystals are mounted on a multilayer printed circuit board of various shapes in the amount required to form a light beam of the required light intensity in a certain solid angle.

Плоская оптическая система крепится к корпусу модуля путем совмещения оптических осей линз плоской оптической системы с оптическими осями дискретных светодиодов.The flat optical system is attached to the module housing by combining the optical axes of the lenses of the flat optical system with the optical axes of discrete LEDs.

Многослойная печатная плата на металлической (керамической) основе со светодиодами или светоизлучающими кристаллами, с установленной плоской оптической системой, располагаются в герметизирующем корпусе, имеющем контакты для подключения внешнего питания, а также отверстия для крепления изделия.A multilayer printed circuit board on a metal (ceramic) basis with LEDs or light emitting crystals, with a flat optical system installed, are located in a sealing case that has contacts for connecting external power, as well as holes for mounting the product.

Печатная плата, на которой размещаются дискретные светодиоды или светодиодные кристаллы, а также элементы драйвера электропитания, выполняется по технологии МСРСВ.The printed circuit board, which houses discrete LEDs or LED crystals, as well as elements of the power supply driver, is made according to the MSRSV technology.

Для изготовления прожектора с требуемыми световыми характеристиками применяется модульная конструкция. Совокупность определенного количества светодиодных модулей позволяет создать прожектор с требуемой силой света. Рис.1 демонстрирует принцип формирования мощного источника света на основе модульной светодиодной системы. Отдельные светодиодные модули 1 помещаются в корпус прожектора 2, который изготавливается из металла или композитного материала с высокой теплопроводностью. Корпус прожектора 2 играет роль дополнительного радиатора, для обеспечения отвода тепла. Каждый модуль имеет прямой тепловой контакт с корпусом прожектора (для простоты на рисунке не показано). Для защиты светодиодных модулей от влияния внешней среды, корпус прожектора закрыт прозрачным защитным колпаком, который изготавливается из стекла или полимерного материала, прозрачного в диапазоне 0,4-1 мкм. Колпак может иметь просветляющее покрытие с внутренней стороны для уменьшения потерь света и/или упрочняющее покрытие с наружной стороны, для уменьшения абразивного воздействия пыли на оптический элемент. В корпусе прожектора 2 имеются отверстия 4, 5 для обеспечения обдува модулей встречным потоком воздуха и обеспечения дополнительного охлаждения.For the manufacture of a searchlight with the required light characteristics, a modular design is used. The combination of a certain number of LED modules allows you to create a spotlight with the required light intensity. Fig. 1 demonstrates the principle of forming a powerful light source based on a modular LED system. Separate LED modules 1 are placed in the housing of the spotlight 2, which is made of metal or composite material with high thermal conductivity. The body of the spotlight 2 plays the role of an additional radiator, to ensure heat dissipation. Each module has direct thermal contact with the spotlight housing (not shown in the figure for simplicity). To protect the LED modules from the influence of the external environment, the body of the spotlight is closed with a transparent protective cap, which is made of glass or a polymer material, transparent in the range of 0.4-1 microns. The cap may have an antireflection coating on the inside to reduce light loss and / or a reinforcing coating on the outside to reduce the abrasive effect of dust on the optical element. In the housing of the searchlight 2 there are openings 4, 5 to ensure blowing of the modules with a counter flow of air and to provide additional cooling.

На Рис.2 показан отдельный светодиодный модуль, который используется для формирования светодиодного прожектора. Конструкция модуля включает в себя: 1 - корпус модуля, 2 - печатная плата, 3 - светодиоды, 4 - оптический элемент (для ясности рисунка показан только сегмент с линзами Френеля), 5 - управляющие драйверы питания светодиодов.Figure 2 shows a separate LED module that is used to form the LED spotlight. The module design includes: 1 - module case, 2 - printed circuit board, 3 - LEDs, 4 - optical element (for clarity of the figure, only the segment with Fresnel lenses is shown), 5 - control drivers for power supply of LEDs.

Корпус 1 светодиодного модуля выполнен из металла или композитного теплопроводящего материала. Оптическая система 4 может изготавливаться из полимерного материала (например, Макролона и др.) посредством литья в соответствующую литьевую форму или прессования. Оптический элемент 4 крепится к корпусу (1) посредством полимерных (например, силиконовых) клеев, которые позволяют произвести фиксацию и юстировку оптического элемента для обеспечения совмещения оптических осей линз и светодиодов.The housing 1 of the LED module is made of metal or composite heat-conducting material. The optical system 4 can be made of a polymeric material (for example, Macrolon and others) by casting in an appropriate injection mold or pressing. The optical element 4 is attached to the housing (1) by means of polymer (for example, silicone) adhesives, which allow fixing and alignment of the optical element to ensure alignment of the optical axes of the lenses and LEDs.

Печатная плата 2 со светодиодами 3 и драйверами питания 5 крепится к теплоотводящему корпусу 1 с использованием теплопроводящей пасты и фиксирующих приспособлений. Питание модуля осуществляется через кабель 6.A printed circuit board 2 with LEDs 3 and power drivers 5 is attached to the heat sink body 1 using heat-conducting paste and fixing devices. The module is powered through cable 6.

Печатная плата, на которой размещаются дискретные светодиоды или светодиодные кристаллы, а также элементы драйвера электропитания, выполняется, например, из многослойной системы металлизированных слоев и изолирующих слоев (препрег) на металлической (керамической) основе.The printed circuit board on which discrete LEDs or LED crystals are placed, as well as elements of the power supply driver, is made, for example, from a multilayer system of metallized layers and insulating layers (prepreg) on a metal (ceramic) basis.

Для получения узкоградусного белого излучения с заданными цветовыми координатами, необходимо обеспечить формирование, по возможности, небольшого источника белого излучения, который можно было бы рассматривать в оптической системе чип-люминофор-линза, как точечный источник. С целью уменьшения геометрических размеров источника света, необходимо использовать в светодиодах лунки с минимальным размером, требуемым для осуществления посадки светодиодного кристалла и осуществления электрической разводки с помощью золотых проводов. Для изготовления светодиода с узконаправленной диаграммой углового распределения силы света, следует использовать лунки, например, с вертикальными боковыми стенками для уменьшения геометрического размера источника излучения света.To obtain narrow-degree white radiation with specified color coordinates, it is necessary to ensure the formation of, if possible, a small source of white radiation, which could be considered in a chip-phosphor lens optical system as a point source. In order to reduce the geometric dimensions of the light source, it is necessary to use in the LEDs the wells with the minimum size required for the landing of the LED crystal and the electrical wiring using gold wires. For the manufacture of LEDs with a narrow directional diagram of the angular distribution of light intensity, you should use wells, for example, with vertical side walls to reduce the geometric size of the light source.

Для создания источника излучения белого цвета используется известный подход, основаный на формировании белого цвета за счет смешивания излучения синего светодиодного кристалла и люминесценции желтого люминофора, возбуждаемого синим излучением кристалла. Для получения белого излучения с высокой степенью пространственной и угловой однордности по цветовым координатам, необходимо обеспечить получение заданного по толщине конформного слоя люминофора с небольшими отклонениями по толщине (не более 15%) по всей поверхности светодиодного кристалла.A well-known approach is used to create a white radiation source, based on the formation of white color by mixing the radiation of a blue LED crystal and the luminescence of a yellow phosphor excited by blue crystal radiation. To obtain white radiation with a high degree of spatial and angular uniformity in color coordinates, it is necessary to obtain a given conformal phosphor layer with a small thickness with small deviations in thickness (not more than 15%) over the entire surface of the LED crystal.

В качестве люминофоров в светосигнальных устройствах могут использоваться различные люминофоры, такие как, например, YAG люминофоры, ортосиликатные, TAG люминофоры, теогаллаты, нитридные люминофоры и др., что определяется требованиями к оптическим параметрам осветительного устройства.Various phosphors can be used as phosphors in light-signaling devices, such as, for example, YAG phosphors, orthosilicate, TAG phosphors, theogallates, nitride phosphors, etc., which is determined by the requirements for the optical parameters of the lighting device.

В качестве связующего вещества, помимо силикона (например, Wacker), могут использоваться и другие полимерные (сополимерные) соединения, обеспечивающие оптимальное оптическое согласование внутри системы, а также гидроизоляцию светодиодного кристалла и люминофора.As a binder, in addition to silicone (for example, Wacker), other polymer (copolymer) compounds can be used that provide optimal optical matching within the system, as well as waterproofing the LED crystal and phosphor.

Питание светодиодов осуществляется посредством использования драйверов питания (источников тока) в качестве которых могут использоваться, например, драйверы LM3404 National Semiconductor - источники тока, каждый из которых обеспечивает работу 4 мощных одноваттных светодиодов (например, Cree XPE). Драйверы устанавливаются непосредственно на печатной плате, что обеспечивает им надлежащий тепловой режим работы.The LEDs are powered by using power drivers (current sources) which can be used, for example, LM3404 National Semiconductor drivers - current sources, each of which provides 4 powerful single-watt LEDs (for example, Cree XPE). Drivers are installed directly on the printed circuit board, which ensures proper thermal operation.

Осветительное устройство работает следующим образом (см. Рис.2). Напряжение от источника питание через питающий кабель 6 подается на печатную плату 2 и далее через драйверы 5 на светодиоды 3, где полупроводниковый кристалл преобразует электрическую энергию в световую. Излучение кристалла собирается оптическим элементом 4 в определенном телесном угле, обеспечивая формирование требуемого светораспределения с заданной кривой силы света (КСС).The lighting device operates as follows (see Fig. 2). The voltage from the power source through the supply cable 6 is supplied to the printed circuit board 2 and then through the drivers 5 to the LEDs 3, where the semiconductor chip converts electrical energy into light. The radiation of the crystal is collected by the optical element 4 in a certain solid angle, ensuring the formation of the required light distribution with a given light intensity curve (CSC).

Пример исполнения светодиодного прожектора: в собранных образцах осветительных устройств использовались 16 сверхъярких белых светодиодов (например, светодиоды Cree XPE) мощностью 1 ватт, рабочий ток 350 mA, питание которых обеспечивали 4 драйвера LM3404 National Semiconductor - источника тока. Оптический элемент содержал 16 линз Френеля. Данное осветительное устройство позволяло обеспечить осевую силу света свыше 10⁶ кандел при угле рассеяния луча ~3°. Угловое распределение кривой силы света показано на Рис.4. Наличие электронной схемы димирования позволяла плавно менять осевую силу света в широких пределах (более чем на порядок).An example of the design of an LED spotlight: 16 super-bright white LEDs (for example, Cree XPE LEDs) with a power of 1 watt, an operating current of 350 mA, powered by 4 LM3404 National Semiconductor drivers - a current source, were used in the assembled samples of lighting devices. The optical element contained 16 Fresnel lenses. This lighting device made it possible to provide an axial luminous intensity of more than 10 ⁶ candelas with a beam scattering angle of ~ 3 °. The angular distribution of the light intensity curve is shown in Fig. 4. The presence of an electronic dimming circuit made it possible to smoothly change the axial luminous intensity over a wide range (more than an order of magnitude).

Помимо основного светового луча с расхождением ~3°, формировалась также световая составляющая с углом около 40°. Данная световая составляющая осветительного устройства позволяет обеспечить освещение области, которая находится вне основной зоны освещения. Например, при использовании данного осветительного устройства в качестве прожектора на локомотиве, боковая составляющая позволяет обеспечить подсветку территории, прилегающей к железнодорожному полотну в непосредственной близости от локомотива, а также подсветку подвесной линии питающих электропроводом и непосредственно самого железнодорожного полотна, что повышает уровень внешнего контроля, осуществляемого машинистом, и увеличивает безопасность движения.In addition to the main light beam with a divergence of ~ 3 °, a light component with an angle of about 40 ° was also formed. This light component of the lighting device makes it possible to provide illumination of an area that is outside the main lighting zone. For example, when using this lighting device as a spotlight on a locomotive, the side component allows you to provide illumination of the territory adjacent to the railway track in the immediate vicinity of the locomotive, as well as the illumination of the suspension line supplying the electric wire and the railway track itself, which increases the level of external control carried out driver, and increases traffic safety.

Наличие в оптическом элементе отдельных линз со смещенной (отклоненной под определенным углом) оптической осью позволит формировать дополнительные световые реплики или же регулировать уровень силы света в боковой световой составляющей. Также, для расширения функциональных и оптических характеристик осветительного устройства возможно сочетание в одном оптическом элементе (4) линз с различными оптическими характеристиками, что позволит формировать световой луч с любым требуемым угловым распределением.The presence in the optical element of individual lenses with a displaced (deflected at a certain angle) optical axis will allow the formation of additional light replicas or adjust the level of light intensity in the side light component. Also, to expand the functional and optical characteristics of the lighting device, it is possible to combine lenses with different optical characteristics in one optical element (4), which will allow forming a light beam with any desired angular distribution.

Пример исполнения предлагаемого светодиодного прожектора, непосредственно установленного на электровозе, показан на Рис.4 и Рис.5.An example of the proposed LED spotlight directly mounted on an electric locomotive is shown in Fig. 4 and Fig. 5.

Claims

1. A modular LED floodlight comprising a protective housing with a transparent cap, elements of an electrical power circuit, light emitting diodes, an optical system, characterized in that the light emitting element is made on the basis of a modular design, where the LED modules are installed inside a common protective housing.

2. The LED spotlight according to claim 1, characterized in that each LED module consists of a heat sink body made of metal or heat-conducting ceramic, on which a multilayer printed circuit board on a heat sink is installed with LEDs and elements of the electrical power circuit, as well as an optical system .

3. The LED spotlight according to claim 2, characterized in that it contains an electronic dimming system that allows for smooth adjustment of the axial light intensity of the spotlight.

4. The LED searchlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made in the form of a flat matrix of Fresnel lenses with parallel optical axes, while the LEDs are installed in the focus of the lenses.

5. The LED searchlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made in the form of a matrix based on aspherical lenses with parallel optical axes, while the LEDs are installed in the focus of the lenses.

6. The LED spotlight according to claim 3, characterized in that the optical system is made of a combination of Fresnel lenses and aspherical lenses.

7. LED floodlight according to any one of claims 4 to 6, characterized in that the optical system is attached to the housing of each module by means of an elastic polymer composition, which ensures alignment of the optical system and the sealing of the LED module.

8. The LED searchlight according to claim 7, characterized in that the protective housing of the searchlight has air channels to provide cooling of the heat-removing elements with the oncoming air flow.

9. LED floodlight according to claim 8, characterized in that the air channels of the protective housing have screens / filters to prevent contamination of the cooling system.

10. The LED searchlight according to claim 9, characterized in that the housing of the searchlight has a built-in system of additional forced cooling.

11. The LED spotlight of claim 10, wherein the transparent cap has an antireflective coating applied to the inner surface of the cap.

12. The LED spotlight of claim 10, wherein the transparent cap has a reinforcing coating deposited on the outer surface of the cap.

13. The LED spotlight of claim 10, wherein the transparent cap has an antireflection coating on the inner surface and a reinforcing coating on the outer surface of the cap.