一种新型LED灯丝灯泡的设计

林 庆

佛山电器照明股份有限公司，广东 佛山 528000

0 引言

LED灯丝灯泡由于具有360°全发光、节能环保、使用寿命长等特点，在市场上得以广泛使用[1-4]。目前常用的LED灯丝灯泡主要存在以下问题：（1）为了保证LED灯泡能够正常工作，电源均安装在灯头内部。在装配过程中，需要先将光源伸入泡壳内部，再对泡壳进行封口，使封口后的毛泡与灯头相匹配，便于实现毛泡与灯头的连接，然后将电源置于灯头内腔，最后连接毛泡与灯头，这种装配方式过程烦琐，生产效率低，生产成本高。（2）LED灯丝本身的成本偏高，使用贴片SMD灯珠，密封在泡壳内，均含有焊锡和PCB板，而焊锡和PCB板含有有机挥发性物质，在密闭的泡壳内部容易集聚有机挥发性物质，在高温情况下会污染LED灯珠，造成LED灯珠发黑，从而造成较大的光衰，缩短了LED灯泡的使用寿命。为了解决上述问题，文章设计了一种新型LED灯丝灯泡。

1 LED灯丝灯泡构成

所设计的LED灯丝灯泡主要由灯头、泡壳、芯柱、LED光源、电源、线路板、导丝等组成，如图1、图2所示。

图1 LED灯丝灯泡分解图

图2 LED灯丝灯泡结构示意图

1.1 灯头

灯头部件一般为由金属灯头组成或由金属灯头与注塑件共同组成。灯头用于实现LED灯丝灯泡与外界电源之间的机械连接及电连接，灯头与电源及LED光源之间通过连接结构电连接，保证LED灯丝灯泡正常工作，可以为螺纹灯头，也可以为卡口灯头，具体可根据实际需要选择。

1.2 泡壳

LED泡壳包裹在LED灯丝外面，主要起保护作用。泡壳的形状为A、B、C、G、S、ST、CA、R、BR或PAR型，用于透射LED灯丝灯泡发出的光，一般为玻璃泡壳，也可以为聚碳酸酯（PC）泡壳，可根据实际需要选择泡壳的类型。文章选用玻璃泡壳，其内部设置有空腔，可以用于容置并保护芯柱、电源以及LED光源。

1.3 芯柱

芯柱用于安装LED光源和电源，呈柱状，伸入泡壳的空腔内部，并与泡壳形成密闭的腔体，用于将LED光源和电源密封于腔体内部，保证LED光源及电源的使用寿命，其高度可以根据泡壳与LED光源之间的高度差以及安装方式而变化。为了便于实现LED光源及电源与灯头之间的电连接，芯柱内部设置有至少2个通孔，便于实现连接结构的固定安装。

芯柱呈一体结构，包括第一芯柱和第二芯柱，均呈柱状结构，第一芯柱的直径大于第二芯柱的直径，故第一芯柱与第二芯柱构成一个台阶结构，便于实现电源的固定。

为了提高LED灯丝灯泡的散热能力，泡壳内部设置有保护气，保护气填充于泡壳与芯柱构成的密闭的腔体内部，用于散热并提高LED灯丝灯泡的寿命。

此外，LED光源与导丝也通过焊锡焊接在一起，因此在密闭的LED灯丝灯泡内部会有焊锡的挥发性材料，该种挥发物会污染LED光源，造成比较大的光衰，此时由于氧气的强氧化作用，可以氧化焊锡的挥发物，使其变成水和二氧化碳/一氧化碳等物质，而H2O、CO、CO2不会污染LED光源，从而起到保护LED光源的作用，并延长LED灯丝灯泡的使用寿命。

试验结果显示，内部有焊锡的LED灯丝灯泡，采用纯氦气作为保护气，其使用寿命为500 h；将保护气设置为氧气和氦气的混合气，其中氧化的体积占氦气体积5%的情况下，表面贴装LED灯丝灯泡的使用寿命为3 000 h以上，故通过增加泡壳内部氧气的含量，可以将LED灯丝灯泡的使用寿命至少延长6倍。

需要说明的是，文章设计的LED灯丝灯泡，其LED光源位于线路板上，线路板位于台阶结构上，通过导丝将LED光源与电源连接之后，实现了LED光源、电源以及芯柱之间的固定连接，再将连接好的LED光源、电源及芯柱伸入泡壳的空腔内部，对泡壳进行封口，安装方便快捷，机械化生产效率高，生产成本低。

文章所设计的LED灯丝灯泡内部充有适量的保护气后，使得泡壳内部的压力为350～1 500 mm·Hg，若充气量小于350 mm·Hg，则影响其散热和保护效果；若充气量大于1 500 mm·Hg，则生产工艺难度，灯泡漏气的比例会增加，灯泡跌破时的声响较大，带来一定的安全隐患。

1.4 LED光源

LED光源为LED灯丝或表面贴装器件（SMD）光源，用于提供照明，不同的LED光源的类型所对应的电源也有相应的调整。文章选用的LED光源为LED灯丝，LED灯丝通过芯柱固定安装，LED灯丝的数量为至少1个，根据实际需要设置LED灯丝的数量，该设计选用4个LED灯丝。

1.5 电源

如图3所示，电源与LED光源电连接，包括线路板，线路板的一面与LED光源相连接，实现LED光源与电源之间的固定连接及电连接；线路板呈圆形，呈圆形的线路板中心区域设置有安装孔，安装孔的直径大于第二芯柱的直径，小于第一芯柱的直径，其位于台阶结构上，以实现电源的固定安装。LED光源的一端位于线路板上，线路板固定于台阶结构上，安装方便快捷，可靠性高。

图3 LED灯丝灯泡的电源的结构示意图

为了提高LED灯丝灯泡的美观程度，电源还包括保护壳，保护壳位于电源的外围，将电源包围在保护壳的内部，保护位于内部的电源。为了提高电源的散热能力，保护壳由陶瓷或塑料制成，可以防止热量在LED灯丝灯泡内部集聚，以免影响LED灯丝灯泡的使用寿命。

1.6 导丝

为了便于实现LED光源和电源与灯头之间的电连接，文章所设计的LED灯丝灯泡还设置有导丝，导丝位于芯柱通孔内部，贯穿芯柱，由杜镁丝制成，其内部设置有保险丝，导丝与LED光源及电源相连接。

2 LED灯丝灯泡研制成果

所设计的LED灯丝灯泡将连接好的LED光源、电源及芯柱伸入泡壳的空腔内部，再对泡壳进行封口，安装方便快捷，机械化生产效率高，生产成本低。同时，通过设置保护气，可以延长表面贴装LED灯丝灯泡的使用寿命。为了提高所设计的LED灯丝灯泡的美观程度，光源还包括保护壳，保护壳位于电源的外围，将电源包围保护壳的内部，保护位于保护壳内部的电源。为了提高电源的散热能力，保护壳由金属材料制成，以防止热量在LED灯丝灯泡内部集聚，影响LED灯丝灯泡的使用寿命。

3 结束语

文章设计了一种LED灯丝灯泡，包括灯头、与灯头相连接的泡壳、伸入泡壳内部的芯柱、位于泡壳内的LED光源、与LED光源相连接的电源以及保护气。LED光源安装于芯柱上，并位于泡壳内部；电源包括线路板，LED光源位于线路板上，线路板安装于芯柱上；泡壳与芯柱形成密闭的腔体，保护气位于密闭的腔体内部；保护气包括氧气和氦气。所设计的LED灯丝灯泡，将连接好的LED光源、电源及芯柱伸入泡壳的空腔内部，再对泡壳进行封口，安装方便快捷，机械化生产效率高，生产成本低。此外，通过设置保护气，可以延长LED灯丝灯泡的使用寿命。