Светодиодные модули для переоборудования ретрофонарей

Опубликовано: 15.10.2018

2010

В статье рассказывается о проекте обеспечения переход муниципалитетов, коммунальных служб и коммерческих застройщиков от традиционных источников света на базе разрядных ламп высокой интенсивности к более экологически чистым светодиодным источникам.

Замена обыкновенных ламп светодиодными всегда представляет собой сложную инженерную задачу, но компании Hadco Lighting пришлось столкнуться с дополнительными трудностями при разработке светодиодных ламп для переоборудования фонарных светильников с разрядными лампами высокой интенсивности. На мостовых и тротуарах Северной Америки установлены десятки тысяч фонарей с рефракционными плафонами (рис. 1), и компании необходим был светодиодный модуль, который бы не только обеспечивал надлежащее распространение света через характерные рефракционные призмы этих плафонов, но и позволял бы на месте оперативно заменить оригинальный модуль на базе разрядной лампы высокой интенсивности. На помощь пришли инженеры компании Future Lighting Solutions, которые оказали Hadco Lighting содействие в разработке осветительного модуля на базе светодиодов LUXEON Rebel производства Philips Lumileds. Результат их работы — светодиодный осветительный модуль LumiLock — отвечает всем требованиям к оптическим характеристикам и при этом позволяет переоборудовать фонарные светильники с разрядными лампами высокой интенсивности в светодиодные за считанные минуты.

Не просто модернизация

Целью проекта было обеспечить легкий переход муниципалитетов, коммунальных служб и коммерческих застройщиков от традиционных источников света на базе разрядных ламп высокой интенсивности к более экологически чистым светодиодным источникам. За основу были взяты фонарные светильники Fentress Refractive Series. Такой переход должен был снизить потребляемую мощность на 55–60% и продлить средний срок службы лампы до 14 лет, устранив издержки, связанные с необходимостью каждые четыре года заменять разрядные лампы высокой интенсивности. Чтобы учесть все имеющееся многообразие форм светодиодов и технических требований к твердотельным источникам освещения, был разработан специальный модуль на замену патрону со стартером, входящему в состав светильника. В новом светодиодном модуле LumiLock традиционная разрядная лампа высокой интенсивности заменена четырьмя прямоугольными планками, в каждой из которых смонтированы одна или две платы на 10 светодиодов. При этом в модуле сохранен патентованный механизм поворотной фиксации, позволяющий отсоединять и подсоединять проводку без использования инструмента. Этот механизм, разработанный ранее с целью упростить замену разрядных ламп высокой интенсивности в фонарных светильниках, теперь позволяет легко переоборудовать такие светильники светодиодными лампами.

Поскольку в штате компании не было специалистов по разработке светодиодных плат, решено было для работ по созданию твердотельного осветительного узла прибегнуть к внешней помощи. «Нам необходимо было принимать решения по целому ряду сложных вопросов, таких как выбор светодиода, конфигурация платы, регулирование температурных режимов, оптика и даже выбор производителя линейки, — поясняет Михаэль Риблинг (Michael Riebling), менеджер компании Hadco по НИОКР в области твердотельных источников света. — Такой проект необходимо было реализовывать с коллективом, специализирующимся на разработке светодиодных систем».

Рефракция в действии

Проанализировав системные требования, коллектив разработчиков почти сразу же остановил свой выбор на светодиодах холодного белого цвета LUXEON Rebel. Тому было несколько причин. Во-первых, весьма малая площадь посадочного места светодиодов Rebel обеспечивала возможность плотного монтажа 10 таких светодиодов на плату для оптимального их размещения в модуле LumiLock. Вовторых, эти светодиоды выдерживали больший управляющий ток и более высокую температуру p-n-перехода без сокращения срока службы или уменьшения надежности. В-третьих, в данное семейство светодиодов входит компонент с минимальным световым потоком 100 лм, который обеспечивает необходимый световой выход при меньшем количестве излучателей, позволяя таким образом минимизировать издержки без увеличения площади платы.

Далее специалисты-оптики выполнили ряд экспериментов по оптическому моделированию, чтобы решить, как наилучшим образом воспроизвести распределение света, создаваемое разрядной лампой высокой интенсивности. Рефракционные призмы для плафонов всех форм вырезаются с расчетом на круговой металлогалогенный источник света (рис. 2). Они распределяют свет по горизонтали для охвата максимальной площади и минимизации нежелательного рассеивания света, возникновения бликов и теней. Задача компании Future Lighting Solutions состояла в том, чтобы разработать конструкцию платы, обеспечивающую аналогичные характеристики рефракции для направленных лучей светодиодов. «Необходимо было выполнить оптическое моделирование, чтобы определить места расположения светодиодных линеек в модуле LumiLock и на самих платах, при которых оптические характеристики будут эквивалентны характеристикам разрядной лампы высокой интенсивности, — говорит Майкл Квиджано (Michael Quijano), инженер-проектировщик оптического оборудования компании Future Lighting Solutions. — Мы знали, что светодиоды нужно группировать в центре каждой планки, чтобы свет приходил приблизительно из того же места, что и в разрядной лампе высокой интенсивности, но при этом перемещение линейки всего на 1–2 миллиметра вверх или вниз уже меняло эффект».

Тепловыделение, световой поток и срок службы

По завершении оптического моделирования и формулировки нескольких сценариев на выбор эстафета перешла к инженерам-термистам и электротехникам. С помощью фирменного программного обеспечения коллектив рассчитал наилучшее значение управляющего тока, обеспечивавшее оптимальные световой выход и срок службы. Кроме того, специальные программные средства использовались для расчета теоретически ожидаемого светового потока при различных сочетаниях управляющего тока, температуры окружающей среды и теплового сопротивления радиатора, а также для определения требований к тепловым характеристикам разрабатываемого нестандартного радиатора. Это дало возможность оценить альтернативные варианты конструкции путем точного моделирования светодиодов — без изготовления прототипов, замедляющего процесс разработки. Результатом явилась окончательная версия светодиодного осветительного модуля с оптимально подобранными характеристиками. Кроме того, инженеры рассчитали ожидаемый срок службы светодиодной системы, исходя из выбранной модели светодиода, управляющего тока и температуры p-n-перехода в предложенной конструкции. Анализ дал цифру минимум в 50 000 ч при поддержании 70%-ного светового потока — именно тот показатель, который был задан в расчетных критериях.

Миссия выполнена

Окончательный вариант конструкции оказался более гибким и универсальным, чем специалисты Hadco могли себе представить. Например, один и тот же светодиодный модуль LumiLock с четырьмя световыми планками можно использовать для переоборудования фонарных светильников мощностью 100 и 175 Вт — для этого достаточно задействовать на планке одну или две платы по 10 светодиодов соответственно. Тот же базовый модуль пригоден для установки в светильники с узкими и широкими плафонами лишь с незначительными производственными модификациями. Это, в свою очередь, упрощает управление производством и материальнотехническим снабжением. «Чтобы охватить весь ассортимент рефракционных светильников, нашим дистрибьюторам достаточно держать на складах всего четыре различные товарные позиции — это модификации светодиодных модулей LumiLock с одной и двумя платами для узких и широких плафонов», — поясняет Михаэль Риблинг.

Кроме того, система кронштейнов, на которую подана патентная заявка, обеспечивает быстрый переход между симметричным и асимметричным распределением света путем отвинчивания и переориентации двух из четырех световых планок (рис. 3). Это избавляет от необходимости менять плафоны или использовать внутренние экраны для получения различных шаблонов освещения. По завершении исходного проекта коллектив разработчиков приступил к созданию осветительных модулей на базе светодиодов LUXEON для переоборудования оставшейся части ассортимента фонарных светильников Hadco. В итоге компания планирует предложить светодиодные модули практически для всех фонарных светильников из своего каталога, в идеале используя при этом один и тот же базовый модуль для плафонов любой формы. С их помощью владельцы светильников смогут сократить затраты на электроэнергию, продлить срок службы ламп и уменьшить совокупную стоимость владения.

Примечание . Оригинал статьи опубликован на сайте www.led-professional.com

Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке

rss