四玻管LED灯的结构设计研究

田子康

摘 要：由于LED灯具有环保、能耗低、光线柔和、节省成本、寿命长等特点，正在取代传统荧光灯或者白炽灯。本文创新性地设计一种玻管LED节能灯，即灯管由玻璃制作，加强节能灯中LED芯片的散热，满足塑料壳LED节能灯的所有要求，并且能够更好地提供照明服务。本文通过用UG绘图软件对玻管LED节能灯进行画图建模，设计出了由玻璃壳灯管、铝芯、LED芯片条和灯头等组成的新型四玻管LED节能灯。

关键词：照明；LED；玻管；节能灯结构

中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0055-02

1 引言

LED白光燈相比于传统的白炽灯以及现有的荧光灯，拥有体积小、散热少、能耗低、寿命长、没有污染等明显优点，所以使用LED节能灯照明来代替白炽灯和荧光灯，将产生巨大的社会效益与经济效益。

对于LED灯泡结构的良好设计，可以提高LED灯泡的发光性能和散热性能，这对于提高发光质量，降低价格，提高LED的工作寿命和工作性能，尤其是促进带动半导体照明产业链蓬勃发展具有不可抵挡的作用。本文通过对LED灯的结构进行解析，设计出一款用玻璃管作为灯罩新型LED节能灯。

2 玻璃管LED节能灯的结构设计

2.1 灯具的结构要求和设计根据

设计此四玻管LED节能灯的目的是代替市场上已有的5w传统节能灯，也就是说此LED节能灯能够适应5w传统节能灯的安装适用条件和照明功能，并且在保证节能灯正常生产和使用寿命的情况下，减少生产成本，在现有生产线情况下，减少装配工序，提高生产效率，并且在尽可能的情况下使用现有零件和标准件，那么此种LED节能灯可以沿用传统节能灯的零部件以及生产工艺。

2.2 整灯以及零部件的结构设计

2.2.1 整灯的结构

整灯结构如图1所示，灯具爆炸图如图2所示。

此种设计的四玻管LED节能灯整体结构主要由E27灯头，塑料上盖，塑料下盖，四根T4玻璃管，导热铝芯，四根LED灯条，固定盖，驱动电源八部分组成。

2.2.2 各零部件细节说明

（1）塑料下盖的改进。此塑料下盖采用勇发YF-D1110的配件，塑料下盖的示意图和尺寸图如图3，4所示。

（2）导热铝芯的改进。导热铝芯的示意图和尺寸图如图5，6所示。

（3）铝基板灯条的改进。本灯采用铝基板LED灯条作为光源，在导热铝芯的四个槽上各放一个灯条。由于导热铝芯的灯条槽宽5mm，铝芯长52mm，考虑到安装的空间，所以将铝基板的尺寸定位为长46mm，宽4.6mm，选用厚度为0.5mm的铝基板。考虑到整灯的功率为3W，且含有四根铝基板灯条，即每根铝基板灯条的功率为0.75W，所以使用额定功率为0.2W每颗的2835灯珠，考虑到电源电压输出和散热的问题，在每条铝基板上布置4颗灯珠。铝基板灯条的示意图如图7所示。

（4）固定盖。此固定盖的作用是将四根玻璃管与铝芯夹紧，避免玻璃管与铝芯的脱落。固定盖的示意图如图8所示。

2.2.3 热可靠性分析

将四玻管LED节能灯简化成如下模型，仅保留玻璃管，导热铝芯，灯条，并将灯条简化为0.4*0.1*40mm的长芯片条，用有限元分析软件NX Nastran对设计的LED节能灯进行热模拟。灯条的热耗散功率为2.4W。玻璃管与铝芯间，铝基板与铝芯间，芯片条与铝基板间的热阻都取0.1mm厚，导热系数为1W/（m*k）。设定环境温度为20℃时，通过FLOEFD模拟得到的温度场的切面图如图9所示，光源模组的最高温度为55.93℃。则当环境温度为35℃时，灯具的最高温度也达不到80℃。通过模拟的结果可以看出，此结构的可行性比较高，对于具体温度需要通过样品来进行测试。

3 结语

LED白光灯相比于传统的白炽灯以及现有的荧光灯，拥有下面优势，体积小、散热少、能耗低、寿命长、没有污染等明显优点，所以使用LED节能灯照明来代替白炽灯和荧光灯，将产生巨大的社会效益与经济效益。本文创新性地设计出一款玻璃管LED节能灯，用有限元分析软件NX Nastran对设计的LED节能灯进行热模拟，并通过模拟结果逐步对节能灯的结构和材料进行优化，最后使得设计出的四玻管LED节能灯在经济性和效果性方面都获得比较满意的结果。

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