РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СВЕТОДИОДНОЙ ЛАМПЫ ДЛЯ ПРЯМОЙ ЗАМЕНЫ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Мальцев Е.Г.

Кандидат технических наук, доцент, Мордовский государственный университет имени Н.П. Огарева

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ СВЕТОДИОДНОЙ ЛАМПЫ ДЛЯ ПРЯМОЙ ЗАМЕНЫ ЛАМП НАКАЛИВАНИЯ

Аннотация

Светоизлучающие диоды (СД) быстро развивающая технология, которая становится всё более важной во многих системах общего освещения. В данной работе конструкция компактной светодиодной лампы, предназначенной для замены ламп накаливания мощностью 25 Вт.

Ключевые слова: освещение, светоизлучающий диод, лампа накаливания.

Maltsev E.G.

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Mordovian State  University

DESIGN OF LED LAMPS FOR DIRECT REPLACEMENT OF INCANDESCENT LAMPS

Abstract

Light-emitting diodes (LEDS) are rapidly developing technology that is becoming increasingly important in many general lighting systems. In this paper, the design of the compact led lamps intended to replace incandescent bulbs rated at 25 Watts. Keywords: lighting, led, incandescent.

Keywords: lighting, led, incandescent.

Светодиоды уже доказали свою эффективность при использовании в архитектурной подсветке. Сегодня СД завоёвывают массовый рынок устройств общего освещения благодаря целому ряду преимуществ:

• гораздо больший срок службы, чем у других источников света. СД могут работать до 50 000 ч., тогда как ресурс ламп накаливания (ЛН) составляет 1 000 – 2 000 ч., а у компактных люминесцентных ламп (КЛЛ) от 5 000 до 10 000 ч;
• существенно более высокая энергоэффективность по сравнению с ЛН и галогенными лампами, часто по этому параметру они эквиваленты ЛЛ;
• отсутствие стробоскопического эффекта;
• высокая устойчивость к перепадам сетевого напряжения, а также вандалоустойчивость;
• экологичность. СД не содержат вредных веществ, как это имеет место с ртутными ЛЛ [1].

Целью настоящей работы является создание серии СД ламп для прямой замены ламп накаливания мощностью 25. При этом необходимо отметить, что  существуют ограничения как по габаритам разрабатываемых ламп, так и по их светотехническим характеристикам.

В таблице 1 представлено соответствие мощностей существующих ламп накаливания и перспективных светодиодных ламп.

Таблица 1  - Соответствие мощностей лампы накаливания и светодиодной лампы

Исходя из представленных данных, для достижения требуемых параметров необходимо использование СД мощностью 1 Вт со световым потоком не менее 100 лм. Тогда для СД лампы эквивалентной лампе накаливания мощностью 25 Вт потребуется как минимум 3 светодиода мощностью 1 Вт, для СД лампы эквивалентной лампе накаливания мощностью 60 Вт – 8 светодиодов такой же мощности.

С учётом рекомендуемых площадей печатных плат с теплопроводящим основанием, для 3-х светодиодов мощностью 1 Вт потребуется печатная плата с площадью 25 кв. см. Такие площади можно получить только лишь с помощью  увеличения диаметра  печатных плат: 6,0 см для 3-х СД; 7,0 см для 5 СД; 9,0 см для 8 СД, что явно превосходит габариты ламп накаливания по диаметру. Поэтому для обеспечения надёжного теплоотвода необходимо использование дополнительного радиатора.

При определении качества СД, используемых для создания определённого светового потока, необходимо иметь ввиду, что прямое сложение световых потоков СД в СД-лампе не совпадает с реальной картиной в изготовленной лампе. Как правило, мы имеем световой поток на 10-12 % ниже суммарного значения светового потока СД, на который мы могли бы рассчитывать. Это связано с тем, что потери светового потока происходит за счёт коэффициента пропускания рассеивателя (5-7 %). Так при трех светодиодах со световым потоком 100 лм потери составят 50-70 лм. Световая отдача так же изменится в меньшую сторону в реальной лампе. Это связано с питанием СД, которые вместо 1 Вт могут потреблять на 10 % больше мощности для достижения требуемого светового потока, а так же потери мощности в встроенном устройстве управления (драйвере).

Таким образом, выбор оптимальных параметров СД модуля позволяет упростить конструкцию СД лампы, которая представлена на рисунке 1. Она состоит из светодиодного модуля, выполненного в виде платы с алюминиевым основанием, на котором с помощью ручного метода поверхностного монтажа установлены светодиоды типа «эмиттер» (2) с заданной суммарной мощностью. К светодиодному модулю прикреплена осветительная арматура, выполненная в виде теплорассеивающего радиатора (3), резьбового цоколя Е27 (4), блока питания (5), светорассеивающего колпачка (6).

Рис. 1 -  Вид светодиодной лампы

Рис. 2 - Светодиод типа «эмиттер»

СД (2) установлены на печатной плате (1) равномерно, каждый из них имеет мощность 1 Вт, а печатная плата имеет место для крепления её к корпусу радиатора и имеет площадь не менее 4 кв. см на каждый СД. Между резьбовым цоколем и радиатором находится изолирующая втулка (корпус) из пластмассы. Таким образом, комбинируя технико-эксплуатационные характеристики основных элементов светодиодных источника света, различных видов светодиодов, печатных плат, драйверов можно найти оптимальный вариант их взаимного расположения для создания конструкции лампы с требуемыми характеристиками [2,3].

Нами применен светодиод  типа «эмиттер» (рис.2) для поверхностного монтажа. Этот светодиод был выбран по величине светового потока, цене, и способу крепления к печатной плате. Использовались радиаторы для СД ламп с тремя, пятью и семью светодиодами. Площадь радиаторов для эффективного отвода тепла составляет 20 см² для трех светодиодов, 40 см² для пяти светодиодов и 50 см² для семи светодиодов. Материал – алюминий. Изготовление методом штамповки с последующей полировкой специальным порошком.

Драйверы светодиодов без корпуса имеют невысокую цену и отличную функциональность. Безкорпусные  драйверы, благодаря улучшенному охлаждению,  имеют увеличенный срок службы.  Большинство моделей имеют гальваническую развязку с питающей сетью, что делает их абсолютно безопасными при эксплуатации.

Светорассеивающий колпачок относится к элементу вторичной оптики СД лампы, который обеспечивает рассеивание концентрированного светового излучения СД равномерно по поверхности колпачка. Колпачки изготовлены из поликарбоната. Корпус предназначен для крепления цоколя Е27 к радиатору.  Материал корпуса – пластмасса (поликарбонат).

Литература

1. Глухов А.В. Конструкция светодиодной лампы для прямой замены ламп накаливания общего назначения // Полупроводниковая светотехника. 2010г., №2.
2. С.И. Лишик, А.А. Паутино, В.С. Поседько, Ю.В. Трофимов, В.И. Цвирко, Конструктивно-технологические решения светодиодных ламп прямой замены // Светотехника 2010г., №2.
3. Дадонов В.Ф., Ламков Е.А., Мальцев Е.Г. Разработка конструкции компактной энергоэкономичной лампы на основе светодиодов для прямой замены ламп накаливания. Проблемы и перспективы развития отечественной светотехники, электротехники и энергетики: Сб. науч. тр. ХI Междунар. науч.-техн. конф. в рамках II Всероссийского светотехнического форума с междунар. участием, Саранск, 3-4 декабря 2013 г. / редкол.: О.Е. Железникова (отв.ред) [и др.]. – Саранск: 2013. С. 67-71

References

1. Gluhov A.V. Konstrukcija svetodiodnoj lampy dlja prjamoj zameny lamp nakalivanija obshhego naznachenija // Poluprovodnikovaja svetotehnika. 2010g., №2.
2. S.I. Lishik, A.A. Pautino, V.S. Posed'ko, Ju.V. Trofimov, V.I. Cvirko, Konstruktivno-tehnologicheskie reshenija svetodiodnyh lamp prjamoj zameny // Svetotehnika 2010g., №2.
3. Dadonov V.F., Lamkov E.A., Mal'cev E.G. Razrabotka konstrukcii kompaktnoj jenergojekonomichnoj lampy na osnove svetodiodov dlja prjamoj zameny lamp nakalivanija. Problemy i perspektivy razvitija otechestvennoj svetotehniki, jelektrotehniki i jenergetiki: Sb. nauch. tr. HI Mezhdunar. nauch.-tehn. konf. v ramkah II Vserossijskogo svetotehnicheskogo foruma s mezhdunar. uchastiem, Saransk, 3-4 dekabrja 2013 g. / redkol.: O.E. Zheleznikova (otv.red) [i dr.]. – Saransk: 2013. S. 67-71