Світильник аварійного (евакуаційного) освітлення

Реферат: Запропоновано світильник аварійного освітлення, який мас корпус, скло із прозорого полікарбонату, панелі під світлодіоди, автономне джерело живлення (акумулятор), при цьому панель виконана із теплопровідного матеріалу, на плоскій поверхні якої встановлені друковані плати ("зірочки") з алюмінію, на кожній з яких розміщений один потужний над'яскравий світлодіод, з'єднаний паралельно з іншими. Містить гальванічно розв'язаний від мережі змінної напруги перетворювач змінної напруги в сталий струм відповідної потужності та перетворювач напруги акумуляторної батареї в сталий струм, входи першого підключені до мережі змінного струму, а виходи, у відповідній полярності, підключені до перших входів електронного комутатора ліній живлення світильника та до входів зарядного пристрою, перший вихід якого підключений до третього входу перетворювача постійної напруги, другі виходи зарядного пристрою, також у відповідній полярності, підключені до акумуляторної батареї, яка, в свою чергу, підключена до перших входів понижуючого перетворювача постійної напруги в сталий постійний струм, до другого входу якого підключений перший вихід електронного комутатора ліній живлення, виходи перетворювача підключені до других входів комутатора ліній живлення, а другі виходи останнього підключені до ланцюгів живлення світлодіодів. Світильник має вбудований зарядний пристрій, а перетворювач постійної напруги в сталий струм виконаний керованим. Комутатор ліній живлення виконаний електронним. UA 106578 C2 (12) UA 106578 C2 UA 106578 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до електроніки та електротехніки, зокрема до освітлювальних приладів, виконаних на основі світлодіодів, наприклад світильники аварійного та евакуаційного освітлення. Відомо кілька типів світильників аварійного і евакуаційного освітлення, такі як: MIRA, ЕФ-Б60, ЛБА 3923, PK-109AW та інші. Найбільш близьким до запропонованого винаходу є "Світильник аварійного (евакуаційного) освітлення на основі над'яскравих світлодіодів" (заявка на корисну модель № u 2008 01567, опубл. 26.05.2008, патент UA 32785 U). Пристрій має корпус, скло із прозорого полікарбонату, панель, перемикальний пристрій ліній з робочої на резервну, RC-ланцюг, електронний блок живлення постійного струму, автономне джерело живлення (акумулятор). Цей світильник має ряд значних недоліків: використання великої кількості малопотужних над'яскравих світлодіодів у пластикових корпусах; використання двох ліній змінної напруги живлення, яких просто не існує у громадських, житлових і промислових будівлях, окрім спеціальних вибухонебезпечних та пожежонебезпечних приміщень; використання для комутації ліній живлення малонадійних електромеханічних елементів (реле); відсутність гальванічної розв'язки схеми приладу від мережі змінного струму - всі елементи схеми знаходяться під потенціалом мережі змінного струму; нестабільність світлового потоку приладу, через те, що світлодіодні модулі живляться через RC-ланцюг, який гасить надлишок змінної напруги і не забезпечує сталого струму через світлодіоди при коливаннях останньої; відсутність контролю за рівнем зарядки акумулятора, не допускаючи його глибокого розряду або перезаряду, акумулятор заряджається увесь час, поки пристрій працює від мережі змінного струму. Задачею винаходу, що заявляється, є створення світильника аварійного (евакуаційного) освітлення, конструкція і схемні рішення якого дозволяли б виробляти світильники різної потужності на основі типових модулів (незалежних джерел світла), економічні, надійні та безпечні в експлуатації і з великим терміном служби. Ця задача вирішується тим, що у світильнику аварійного освітлення, що має корпус, скло із прозорого полікарбонату, панелі під світлодіоди, автономне джерело живлення (акумулятор), панель виконана із теплопровідного матеріалу, на пласкій поверхні якої встановлені друковані плати ("зірочки") з алюмінію, на кожній з яких розміщений один потужний над'яскравий світлодіод, з'єднаний паралельно з іншими; а замість електронного випрямляча та RC-ланцюга використаний гальванічно розв'язаний від мережі змінної напруги перетворювач змінної напруги в сталий струм відповідної потужності та перетворювач напруги акумуляторної батареї в сталий струм; входи першого підключені до мережі змінного струму 220В, 50Гц, а виходи, у відповідній полярності, підключені до перших входів електронного комутатора ліній живлення світильника та до входів зарядного пристрою, перший вихід якого підключений до третього входу перетворювача постійної напруги, другі виходи зарядного пристрою, також у відповідній полярності, підключені до акумуляторної батареї, яка, в свою чергу, підключена до перших входів понижуючого перетворювача постійної напруги в сталий постійний струм, до другого входу якого підключений перший вихід електронного комутатора ліній живлення, виходи перетворювача підключені до других входів комутатора ліній живлення, а другі виходи останнього підключені до ланцюгів живлення світлодіодів. Суть винаходу пояснюється кресленням, на якому зображено: 1) перетворювач змінної напруги в сталий струм; 2) електронний комутатор; 3) зарядний пристрій; 4) акумуляторна батарея; 5) перетворювач постійної напруги в сталий струм; 6) світлодіоди; 7) вхід "лінія" перетворювача напруги; 8) вхід "нейтраль" перетворювача напруги; 9) "плюсовий" вихід перетворювача напруги; 10) "мінусовий" вихід перетворювача напруги; 1 1 ) перший "плюсовий" вхід електронного комутатора; 12) перший "мінусовий" вхід електронного комутатора; 1 UA 106578 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 13) другий "плюсовий" вхід електронного комутатора; 14) другий "мінусовий" вхід електронного комутатора; 15) перший вихід електронного комутатора; 16) другий "плюсовий" вихід електронного комутатора; 17) другий "мінусовий" вихід електронного комутатора; 18) "мінусовий" вхід зарядного пристрою; 19) "плюсовий" вхід зарядного пристрою; 20) другий "плюсовий" вихід зарядного пристрою; 21) другий "мінусовий" вихід зарядного пристрою; 22) перший вихід зарядного пристрою; 23) перший "плюсовий" вхід перетворювача постійної напруги; 24) перший "мінусовий" вхід перетворювача постійної напруги; 25) "плюсовий" вихід перетворювача постійної напруги; 26) "мінусовий" вихід перетворювача постійної напруги; 27) другий вхід перетворювача постійної напруги; 28) третій вхід перетворювача постійної напруги. На кресленні зображена структурна схема світильника. Перетворювач змінної напруги в сталий постійний струм 1 стандартний відповідної потужності, наприклад відомої фірми MEANWELL. Електронний комутатор 2 найкраще виконати на польових MOSFET- транзисторах з мінімальним опором витік-стік та кількох логічних мікросхемах КМОП. Це дозволить до мінімуму звести втрати енергії. Зарядний пристрій 3 найкраще виконати на одній з відомих мікросхем, що призначені для контролю напруги та формування графіку зарядки відповідного типу акумуляторної батареї. Зараз існують багато типів акумуляторних батарей 4, які можуть забезпечити резервне живлення аварійного світильника, у тому числі нікель-кадмієві, нікель метал гідридні, літієві і такс інше. Перші два типи батарей мають напругу 1,2В на елемент, а літієві 3,6-3,7В на один елемент. З урахуванням того, що пряма напруга на світлодіоді може бути від 2,5 до 3,5В в залежності від його типу, потрібно не менше трьох батарей перших двох типів, або одна літієва. Треба відмітити, що саморозряд нікелевих акумуляторів значно більший, ніж у літієвих, а кількість циклів заряд/розряд менша. При цьому ціна потрібної кількості нікелевих акумуляторів вища, а маса значно більша, ніж у літієвих батарей однакової з ними ємності. При живленні світлодіодів від акумуляторів будь-якого типу важливі дві проблеми забезпечення сталого струму і гашення надлишку напруги. У найпростішому випадку послідовно із світлодіодами можна включити резистори, на яких впаде і виділиться у вигляді тепла надлишкова напруга. Крім того по мірі розряду акумуляторів їх напруга буде падати, а струм через світлодіоди і, як наслідок, їх яскравість буде зменшуватись можливо до повного їх згасання. Найкращим рішенням вказаних вище проблем буде використання знижуючого перетворювача постійної напруги в сталий струм 5. Зараз існує багато компонентів, у тому числі спеціалізованих мікросхем, які дозволяють створювати перетворювачі напруги з ККД біля 9295 %. Таким чином, у винаході, що заявляється, потужні над'яскраві світлодіоди 6 завжди живляться сталим струмом чи від мережі змінного струму, чи від акумуляторної батареї і будуть світитися однаково до повного розряду останньої. Працює пристрій наступним чином. Якщо мережа змінного струму діє, то на виходах 9 і 10 перетворювача змінної напруги в сталий струм існує напруга відповідної полярності, яка приходить на електронний комутатор 2 та зарядний пристрій 3. У цьому випадку на виходах 16 та 17 комутатора присутня напруга живлення світлодіодів 6, а на виході 15 існує сигнал, що забороняє роботу перетворювача 5 постійної напруги в сталий струм. У цей час зарядний пристрій 3, що постійно аналізує стан акумулятора 4, може працювати по одному з двох алгоритмів: якщо останній повністю заряджений, то зарядний пристрій 3 формує мінімальний струм підзарядки батареї, достатній тільки для того, щоб компенсувати саморозряд останньої; якщо ж батарея розряджена, то зарядний пристрій по графіку зарядки акумуляторів даного типу видає відповідний струм, поки батарея не отримає відповідну ємність. Коли мережева напруга відсутня, то відсутня і напруга на виходах 9 і 10 перетворювача 1. У цьому випадку на виході 15 комутатора 2 з'являється сигнал, що дозволяє запуск перетворювача 5. Останній починає працювати, перетворюючи напругу акумулятора 4 в сталий струм, який з виходів 24 і 25 потрапляє на входи 13 і 14 комутатора 2, а з його виходів 16 та 17 на світлодіоди. Перетворювач 5 буде працювати до тих пір, поки не з'явиться мережева напруга, або батарея не розрядиться повністю. В останньому випадку на першому виході 2 UA 106578 C2 5 зарядного пристрою 3 з'явиться сигнал, який заблокує роботу перетворювача 5, і світильник згасне. Було створено дослідну модель аварійного світильника з трьома потужними над'яскравими світлодіодами потужністю ІВт кожен з віддачею 120 лм/Вт при струмі 350 мА. Під час випробувань з'ясувалось, що яскравість такого світильника достатня і при струмі 100 мА через світлодіод. При цьому, від літієвого акумулятора ємністю 5 А/год. світильник працював більше 20 годин. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 1. Світильник аварійного (евакуаційного) освітлення, який має корпус, скло із прозорого полікарбонату, панелі під світлодіоди, автономне джерело живлення (акумулятор), який відрізняється тим, що панель виконана із теплопровідного матеріалу, на плоскій поверхні якої встановлені друковані плати ("зірочки") з алюмінію, на кожній з яких розміщений один потужний над'яскравий світлодіод, з'єднаний паралельно з іншими, містить гальванічно розв'язаний від мережі змінної напруги перетворювач змінної напруги в сталий струм відповідної потужності та перетворювач напруги акумуляторної батареї в сталий струм, входи першого підключені до мережі змінного струму, а виходи, у відповідній полярності, підключені до перших входів електронного комутатора ліній живлення світильника та до входів зарядного пристрою, перший вихід якого підключений до третього входу перетворювача постійної напруги, другі виходи зарядного пристрою, також у відповідній полярності, підключені до акумуляторної батареї, яка, в свою чергу, підключена до перших входів понижуючого перетворювача постійної напруги в сталий постійний струм, до другого входу якого підключений перший вихід електронного комутатора ліній живлення, виходи перетворювача підключені до других входів комутатора ліній живлення, а другі виходи останнього підключені до ланцюгів живлення світлодіодів. 2. Світильник за п. 1, який відрізняється тим, що має вбудований зарядний пристрій. 3. Світильник за п. 1, який відрізняється тим, що перетворювач постійної напруги в сталий струм виконаний керованим. 4. Світильник за п. 1, який відрізняється тим, що комутатор ліній живлення виконаний електронним. Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3