四玻管LED燈的結構設計研究

田子康

摘 要：由于LED燈具有環保、能耗低、光線柔和、節省成本、壽命長等特點，正在取代傳統熒光燈或者白熾燈。本文創新性地設計一種玻管LED節能燈，即燈管由玻璃制作，加強節能燈中LED芯片的散熱，滿足塑料殼LED節能燈的所有要求，并且能夠更好地提供照明服務。本文通過用UG繪圖軟件對玻管LED節能燈進行畫圖建模，設計出了由玻璃殼燈管、鋁芯、LED芯片條和燈頭等組成的新型四玻管LED節能燈。

關鍵詞：照明；LED；玻管；節能燈結構

中圖分類號：TM923 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0055-02

1 引言

LED白光燈相比于傳統的白熾燈以及現有的熒光燈，擁有體積小、散熱少、能耗低、壽命長、沒有污染等明顯優點，所以使用LED節能燈照明來代替白熾燈和熒光燈，將產生巨大的社會效益與經濟效益。

對于LED燈泡結構的良好設計，可以提高LED燈泡的發光性能和散熱性能，這對于提高發光質量，降低價格，提高LED的工作壽命和工作性能，尤其是促進帶動半導體照明產業鏈蓬勃發展具有不可抵擋的作用。本文通過對LED燈的結構進行解析，設計出一款用玻璃管作為燈罩新型LED節能燈。

2 玻璃管LED節能燈的結構設計

2.1 燈具的結構要求和設計根據

設計此四玻管LED節能燈的目的是代替市場上已有的5w傳統節能燈，也就是說此LED節能燈能夠適應5w傳統節能燈的安裝適用條件和照明功能，并且在保證節能燈正常生產和使用壽命的情況下，減少生產成本，在現有生產線情況下，減少裝配工序，提高生產效率，并且在盡可能的情況下使用現有零件和標準件，那么此種LED節能燈可以沿用傳統節能燈的零部件以及生產工藝。

2.2 整燈以及零部件的結構設計

2.2.1 整燈的結構

整燈結構如圖1所示，燈具爆炸圖如圖2所示。

此種設計的四玻管LED節能燈整體結構主要由E27燈頭，塑料上蓋，塑料下蓋，四根T4玻璃管，導熱鋁芯，四根LED燈條，固定蓋，驅動電源八部分組成。

2.2.2 各零部件細節說明

（1）塑料下蓋的改進。此塑料下蓋采用勇發YF-D1110的配件，塑料下蓋的示意圖和尺寸圖如圖3，4所示。

（2）導熱鋁芯的改進。導熱鋁芯的示意圖和尺寸圖如圖5，6所示。

（3）鋁基板燈條的改進。本燈采用鋁基板LED燈條作為光源，在導熱鋁芯的四個槽上各放一個燈條。由于導熱鋁芯的燈條槽寬5mm，鋁芯長52mm，考慮到安裝的空間，所以將鋁基板的尺寸定位為長46mm，寬4.6mm，選用厚度為0.5mm的鋁基板?？紤]到整燈的功率為3W，且含有四根鋁基板燈條，即每根鋁基板燈條的功率為0.75W，所以使用額定功率為0.2W每顆的2835燈珠，考慮到電源電壓輸出和散熱的問題，在每條鋁基板上布置4顆燈珠。鋁基板燈條的示意圖如圖7所示。

（4）固定蓋。此固定蓋的作用是將四根玻璃管與鋁芯夾緊，避免玻璃管與鋁芯的脫落。固定蓋的示意圖如圖8所示。

2.2.3 熱可靠性分析

將四玻管LED節能燈簡化成如下模型，僅保留玻璃管，導熱鋁芯，燈條，并將燈條簡化為0.4*0.1*40mm的長芯片條，用有限元分析軟件NX Nastran對設計的LED節能燈進行熱模擬。燈條的熱耗散功率為2.4W。玻璃管與鋁芯間，鋁基板與鋁芯間，芯片條與鋁基板間的熱阻都取0.1mm厚，導熱系數為1W/（m*k）。設定環境溫度為20℃時，通過FLOEFD模擬得到的溫度場的切面圖如圖9所示，光源模組的最高溫度為55.93℃。則當環境溫度為35℃時，燈具的最高溫度也達不到80℃。通過模擬的結果可以看出，此結構的可行性比較高，對于具體溫度需要通過樣品來進行測試。

3 結語

LED白光燈相比于傳統的白熾燈以及現有的熒光燈，擁有下面優勢，體積小、散熱少、能耗低、壽命長、沒有污染等明顯優點，所以使用LED節能燈照明來代替白熾燈和熒光燈，將產生巨大的社會效益與經濟效益。本文創新性地設計出一款玻璃管LED節能燈，用有限元分析軟件NX Nastran對設計的LED節能燈進行熱模擬，并通過模擬結果逐步對節能燈的結構和材料進行優化，最后使得設計出的四玻管LED節能燈在經濟性和效果性方面都獲得比較滿意的結果。

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