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基于传热基板灯罩自夹紧管灯设计.doc
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基于传热基板灯罩自夹紧管灯设计.doc
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基于传热基板灯罩自夹紧管灯设计
摘 要
传统的 LED 管灯因装配过慢,装配方法不够简洁,严重影响了 LED 照明的快速推广,
而提高装配效率是改善这一问题。本设计提供的传热基板自夹紧的 LED 管灯,由于在传
热基板安装部上设置有条形卡槽,可以将传热基板卡设在条形卡槽内,不再需要通过螺
钉将传热基板固定在散热器上。
本设计为基于传热基板灯罩自夹紧管灯设计,是一种针对合理照明装置的支撑、悬
挂或连接装置技术领域的设计,是一种对 LED 管灯进行高效快速装配的方法。设计出原
理演示模型,并且做出实物,检测在不影响光效的情况下可以达到预期的效果。最后仿
真了对流散热不良的情况下,铝材料表面氧化和未氧化所具有的不同红外辐射发射率对
照明灯具散热的影响。本设计中只涉及管灯。
本次设计对于 LED 照明的快速推广起到了助推作用。也对于可持续发展战略的国策
做出了贡献。
关键字:自夹紧;LED管灯;传热基板
Design of self clamping tube lamp based on heat transfer substrate
lampshade
Abstract
The traditional LED lamp assembly is too slow and the assembly method is not simple,
which seriously affects the rapid promotion of LED lighting, and improving the assembly
efficiency is to improve this problem. The heat transfer base plate self clamping LED tube
lamp provided by the design can be clamped in the strip clamp groove because the strip clamp
groove is arranged on the installation part of the heat transfer base plate, and the heat transfer
base plate can no longer be fixed on the radiator by screws.
This design is based on the heat transfer base plate lampshade self clamping tube lamp
design, is a design for the technical field of reasonable lighting device support, suspension or
connection device, is an efficient and fast assembly method for LED tube lamp. The principle
demonstration model is designed, and the object is made. The detection can achieve the
expected effect without affecting the light effect. At last, the influence of different infrared
emissivity of oxidized and unoxidized aluminum surface on the heat dissipation of lighting
fixture is simulated. In this design, only tube lamps are involved.
This design promotes the rapid promotion of LED lighting. It also contributes to the
national policy of sustainable development strategy.
Key words: Self clamping; LED tube lamp; Heat transfer substrate.
目录
1 绪论 ...............................................................................................................................................................6
1.1 发光二极管的含义................................................................................................................................6
1.2 LED 新型节能光源的发展概况............................................................................................................6
1.3 LED 新型节能光源的发展趋势............................................................................................................8
1.4 LED 新型节能光源的分类..................................................................................................................10
2 新型节能光源 LED 的工作原理...............................................................................................................11
2.1 LED 新型节能光源的原理..................................................................................................................12
2.2 PN 结特性 ............................................................................................................................................13
2.3 新型节能光源 LED 散热的原理........................................................................................................15
2.4 新型节能光源 LED 的光通量............................................................................................................16
3 传热基板灯罩自夹紧管灯的设计 .............................................................................................................18
3.1 现有技术中条形的 LED 管灯介绍....................................................................................................18
3.2 整体装置的设计和安装步骤 ..............................................................................................................19
3.3 热基板灯罩自夹紧管灯的优势 ..........................................................................................................23
3.4 自夹紧 LED 管灯内部装配.................................................................................................................24
4 传热基板管灯散热器红外辐射散热的仿真 .............................................................................................28
4.1LED 灯具的散热机理 ...........................................................................................................................28
4.2LED 散热器的散热仿真 .......................................................................................................................28
4.3 红外仿真结果分析 .............................................................................................................................30
5 展望与结论 .................................................................................................................................................31
结论 ............................................................................................................................................................32
参考文献 ........................................................................................................................................................33
致谢 ................................................................................................................................................................34
附录 1 外文文献 ............................................................................................................................................35
附录 2 中文翻译 ............................................................................................................................................40
4
1 绪论
1.1 发光二极管的含义
LED(light emitting diode)新型节能光源。由含镓(Ga)、氮(N)等多种化合物复
合化合制成。
人们发现二极管当电子跟空穴复合时可辐射产出可见光照,也就因此,人们产生了
启示。这个东西,可以作为指示灯来提醒人们,也可以组合成数字、文字来给人们提供
讯息。久而久之人们发现用砷化镓做成的二极管发出的光为红色,二极管发出绿色的光
照是用
aPG
制的、发出的可视光为黄色是用
iCS
做成的,发蓝色可见光是用
GaN
做成的。
发光二极管与普通二极管他们两者的关键构成因素都是一样的,他们都是由一个
P-N-P结构成,具有二极管都具备的单项导电的特性,假设给发光二极管一个正向电压
时,N区的空穴和P区的电子在P-N-P结复合,辐射产生可见光源。当然,根据视半导体
材料的性质和复合释放的能量数目而定,可见光波长也各就不相同。我们生活中常用的
是发出红可见光、绿色可见光或黄色可见光的二极管。值得注意的时当反向击穿电压过
大的时候,我们必须串联接通电路。不然便会损坏二极管,造成危险的事故发生。
发光二极管的核心是由由P型晶片和N型晶片,两者的中间有一个过渡的P-N-P结,
在这些中间发生载流子的复合就会使能量以光的形式释放出来。如果逆向给他施加电能,
那么载流子很难通过P-N-P结,所以二极管不工作(不发光源)。当它处于工作模式时
(即加上正向电路),半导体晶体就发出不同颜色的光线,强弱和电流强弱息息相关。
1.2 LED 新型节能光源的发展概况
从20世纪开始人们已经知道半导体材料可发出光源的常规知识,第一个发出红色光
的商业用途二极管产生于1960年。于是人们在此基础成功开发出可以发出蓝光的GaN肖
特基管该管是由
aNG
制成,自从20世纪“蓝线”的蓝光二极管由日本LED制造厂商开发
出来之后,LED走上了快速发展的道路。经过近些年的发展,大家已经十分熟悉了解并
知道如何使用新的LED,现在LED已经丰富到可以发出红、橙、黄、绿、蓝等多种颜色的
色光。
于是各国相继出台各式各样的政策来鼓励LED的发展如下表所示:
5
表1.1各个国家针对LED发展的方针
国家
政策
日本
21世纪照明计划
美国
下一代照明计划
欧盟
半导体照明计划
韩国
氮化镓半导体开发计划
英国
“用于有效照明解决方案的新型发光二极管”计划
中国
半导体照明工程
在这种大环境的推动下,目前传统照明已经逐渐被LED所取代,以西安市这近5年来
的数据为例,白炽灯的销量比往年下降了80% ,而LED灯的销量却上升了前所未有的高度。
一些发达国家也开始了逐步淘汰白织灯的步伐。
针对这一系列的策略。各个国家都在加紧研制新的 LED 照明产品,希望领先于时代
走在前列,根据美国光电工业发展协会(OIDA)统计如表 1.2 所示
表 1.2 OIDA 统计的发展 LED 历史时间线
时间
开发厂家
产品
2006 年 6 月
日本 LED 厂商日亚化学工业公司
开发出 100
lm/W
@20mA 的白光 LED
2006 年 7 月
美国科锐(Cree)
开发出 131
lm/W
@20mA 的白光 LED
2006 年 12 月
日本 LED 厂商日亚化学工业公司
开发出 150
lm/W
的实验室内照明灯用
白光 LED
2007 年初
飞利浦照明和美国的安捷伦科技合
资 Lumileds 公司
开发出 115
lm/W
@350mA ,光通量为 136
lm
的大功率白光 LED
2009 年 2 月
日本 LED 厂商日亚化学工业公司
开发出效率高达 249
lm/W
的 LED
2010 年 2 月
飞利浦照明和美国的安捷伦科技合
资 Lumileds 公司
开发出一种白色 LED 在受控的实验室环
境内,以标准测试条件及以 350mA 电流推
动下得出 208
lm/W
2011 年 3 月
荷兰飞利浦公司
开发出一种融合了半导体致冷与普通极
管的特性 ,新结构为 N-PN-P ,新结构使得
发光二极管的发热量明显降低,功率不变,
但寿命大幅增长。
相较于普通照明而言,白色光源在生活中照明中普遍容易使人们接受。因为白色光
源在仿生学中更接近太阳光,相比于黄色的白炽灯更易使人类眼睛所接受。所以人们在
1989年研发出一种白光的LED。这种LED是将
aNG
芯片发蓝光
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