四玻管LED燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

田子康

摘 要：由于LED燈具有環(huán)保、能耗低、光線柔和、節(jié)省成本、壽命長等特點(diǎn)，正在取代傳統(tǒng)熒光燈或者白熾燈。本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)一種玻管LED節(jié)能燈，即燈管由玻璃制作，加強(qiáng)節(jié)能燈中LED芯片的散熱，滿足塑料殼LED節(jié)能燈的所有要求，并且能夠更好地提供照明服務(wù)。本文通過用UG繪圖軟件對玻管LED節(jié)能燈進(jìn)行畫圖建模，設(shè)計(jì)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(jié)能燈。

關(guān)鍵詞：照明；LED；玻管；節(jié)能燈結(jié)構(gòu)

中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)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(tǒng)的白熾燈以及現(xiàn)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(yōu)點(diǎn)，所以使用LED節(jié)能燈照明來代替白熾燈和熒光燈，將產(chǎn)生巨大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。

對于LED燈泡結(jié)構(gòu)的良好設(shè)計(jì)，可以提高LED燈泡的發(fā)光性能和散熱性能，這對于提高發(fā)光質(zhì)量，降低價(jià)格，提高LED的工作壽命和工作性能，尤其是促進(jìn)帶動半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展具有不可抵擋的作用。本文通過對LED燈的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，設(shè)計(jì)出一款用玻璃管作為燈罩新型LED節(jié)能燈。

2 玻璃管LED節(jié)能燈的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 燈具的結(jié)構(gòu)要求和設(shè)計(jì)根據(jù)

設(shè)計(jì)此四玻管LED節(jié)能燈的目的是代替市場上已有的5w傳統(tǒng)節(jié)能燈，也就是說此LED節(jié)能燈能夠適應(yīng)5w傳統(tǒng)節(jié)能燈的安裝適用條件和照明功能，并且在保證節(jié)能燈正常生產(chǎn)和使用壽命的情況下，減少生產(chǎn)成本，在現(xiàn)有生產(chǎn)線情況下，減少裝配工序，提高生產(chǎn)效率，并且在盡可能的情況下使用現(xiàn)有零件和標(biāo)準(zhǔn)件，那么此種LED節(jié)能燈可以沿用傳統(tǒng)節(jié)能燈的零部件以及生產(chǎn)工藝。

2.2 整燈以及零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1 整燈的結(jié)構(gòu)

整燈結(jié)構(gòu)如圖1所示，燈具爆炸圖如圖2所示。

此種設(shè)計(jì)的四玻管LED節(jié)能燈整體結(jié)構(gòu)主要由E27燈頭，塑料上蓋，塑料下蓋，四根T4玻璃管，導(dǎo)熱鋁芯，四根LED燈條，固定蓋，驅(qū)動電源八部分組成。

2.2.2 各零部件細(xì)節(jié)說明

（1）塑料下蓋的改進(jìn)。此塑料下蓋采用勇發(fā)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(dǎo)熱鋁芯的改進(jìn)。導(dǎo)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(jìn)。本燈采用鋁基板LED燈條作為光源，在導(dǎo)熱鋁芯的四個(gè)槽上各放一個(gè)燈條。由于導(dǎo)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。考慮到整燈的功率為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(jié)能燈簡化成如下模型，僅保留玻璃管，導(dǎo)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(shè)計(jì)的LED節(jié)能燈進(jìn)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(dǎo)熱系數(shù)為1W/（m*k）。設(shè)定環(huán)境溫度為20℃時(shí)，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(dāng)環(huán)境溫度為35℃時(shí)，燈具的最高溫度也達(dá)不到80℃。通過模擬的結(jié)果可以看出，此結(jié)構(gòu)的可行性比較高，對于具體溫度需要通過樣品來進(jìn)行測試。

3 結(jié)語

LED白光燈相比于傳統(tǒng)的白熾燈以及現(xiàn)有的熒光燈，擁有下面優(yōu)勢，體積小、散熱少、能耗低、壽命長、沒有污染等明顯優(yōu)點(diǎn)，所以使用LED節(jié)能燈照明來代替白熾燈和熒光燈，將產(chǎn)生巨大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益。本文創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出一款玻璃管LED節(jié)能燈，用有限元分析軟件NX Nastran對設(shè)計(jì)的LED節(jié)能燈進(jìn)行熱模擬，并通過模擬結(jié)果逐步對節(jié)能燈的結(jié)構(gòu)和材料進(jìn)行優(yōu)化，最后使得設(shè)計(jì)出的四玻管LED節(jié)能燈在經(jīng)濟(jì)性和效果性方面都獲得比較滿意的結(jié)果。

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