一种基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯的制作方法

本实用新型属于LED节能灯技术领域，具体涉及一种基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯。

背景技术：

众所周知，LED灯能耗低、寿命长，是可替代现有白炽灯和荧光灯的下一代照明技术,市场占有率呈现快速增加态势。然而，与传统白炽灯和荧光灯相比，LED芯片不耐高温，其寿命和发光效率随着半导体PN结温度的上升快速下降。因此，LED灯的散热封装技术就显得尤为重要。对于LED球泡灯，由于其体积较小，成本控制严格，因此不宜使用风扇冷却，必须依赖结构简单、成本低、可靠性高的自然散热技术，这给LED球泡灯的散热封装设计带来了挑战。

现有LED球泡灯一般包括玻璃灯罩、底座、灯体、灯头、LED芯片、驱动电路：灯头上为灯体，灯体内部装有驱动电路，灯体外部上表面有一铝制底座，同时有一玻璃灯罩罩设在其上，铝制底座表面贴有LED芯片。灯体位于灯罩和灯头之间，由高导热率的铝材料制成，用于散热。LED芯片产生的热量经过铝制底座和灯体导热后最终在灯体外表面通过自然对流和热辐射散发至环境中。由于灯体提供的散热面积较小，导致散热过程终端环节受阻，制约整体散热效率，从而难于增大LED球泡灯的功率和流明数。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种LED球泡灯的散热结构和芯片布置优化方案，该散热结构包括灯泡下方的灯体和灯泡内安装的支架。灯泡内安装的支架产生烟囱效应，增强灯泡内的自然对流，从而利用灯罩表面散热，实现灯泡全外表面对外散热。灯体上面粘接有与之良好接触的底座。全部芯片的一部分被安装在底座上，另外一部分芯片安装在支架上，通过优化安装在底座和支架上芯片的数量，可充分利用两者的散热潜能，从而最大限度降低LED芯片的温度，延长其使用寿命，提高发光效率。本实用新型提出的LED球泡灯，传热效率高，光强分布均匀，结构简单，容易实现，成本较低，市场前景颇为广阔。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下的技术方案：

一种基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯，包括玻璃灯罩，LED芯片，支架，孔洞，底脚，底座，驱动电路，灯体和灯头，灯头上连接灯体，灯体内部装有驱动电路，灯体上面设置有支架，支架为直柱状结构，其表面贴有LED芯片，支架与底座通过底脚连接，在底座表面贴有若干个LED芯片，支架与底座上安装的LED芯片数量比例介于1:3到5:7。

在底座位于支架直筒内部的区域安装2-10个LED芯片，外侧20-40个LED芯片。

支架表面贴有多个LED芯片。

支架与底座接触部位开有若干孔洞。

支架为圆柱或者多棱直柱结构。

支架与底座上安装的LED芯片数量最优比为1:2。

单个底脚的宽度为0.5—10mm，底脚数量为2—30个。

本实用新型提出的LED球泡灯散热结构，通过在灯泡内安装支架，产生烟囱效应，增强灯泡内的自然对流，利用灯罩表面散热，从而降低LED芯片的温度，延长其使用寿命，提高发光效率。

本实用新型提出的基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯，与传统设计相比具有以下优点：

1、本实用新型中，在底座上安装中空支架，并将部分LED芯片安装在支架外表面，通过支架与灯罩之间的辐射换热、以及支架烟囱效应形成的自然对流，有效将热量从支架传递给灯罩，将灯罩外表面激活为散热表面，从而增大了灯泡与环境之间的换热面积。本实用新型提出的LED球泡灯较传统设计的芯片温度大幅降低10摄氏度以上；

2、全部LED芯片的一部分被安装在支架上，另一部分被安装在底座上，且两者上面安装的芯片数量的比例得到优化，充分发挥支架-灯罩-环境和底座-环境两条散热途径的潜能；

3、本实用新型中，部分芯片安装在底座上，另外一部分芯片安装在支架的侧面，LED芯片发出的光线可以均匀从灯罩顶部和四周侧面导出，光强分布更加均匀；

4、本实用新型提出的LED球泡灯实现了散热和光学性能的显著提升，同时保持了结构简单、容易实现、成本较低的优势，市场前景颇为广阔，特别适用于制成小功率LED球泡灯。

5、由于本实用新型将布置在支架和底座上LED芯片的数量根据两者的散热能力进行了优化，不再需要通过底脚传导热量来均衡支架和底座上的热量，这时底脚的功能仅用于将支架固定在底座上，因此单个底脚的宽度和底脚的数量可以减小，从而可以增大支架底部孔洞的宽度和数量，达到减小气流进入支架阻力和增强灯泡内自然对流的目的；

6、由于本实用新型在底座上位于支架筒内区域安装了若干LED芯片以给灯泡顶部提供光线，因此不再需要将支架顶部内折，并在其顶部安装芯片来为灯泡顶部补充光线。因此，本实用新型的支架为直柱状结构，可以减小气体流出支架的阻力。

附图说明

图1是本实用新型的正面结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型俯视结构图；

玻璃灯罩1，LED芯片2，支架3，孔洞4，底脚5，底座6，驱动电路7，灯体8和灯头9。

具体实施方式

本实用新型散热原理为，LED芯片2产生的热量通过导热传导给支架3，随后支架3通过两种路径导出热量：1)支架3产生烟囱效应，增强灯泡内的自然对流，灯泡内气体的自然对流将热量从支架3传给玻璃灯罩1；2)支架3通过热辐射直接将热量从支架3传给玻璃灯罩1。LED芯片2产生的热量通过导热传导给底座6，底座6上的热量通过导热从底座6传递给灯体8，传导至灯体8的热量通过其外表面散发至环境中。因此，安装在支架和底座上的LED芯片产生的热量其传递路径分别为：LED芯片-支架-灯罩-环境和LED芯片-底座-灯体-环境。将全部LED芯片被按一定比例分布在支架3和底座6上，可最大限度利用支架3和底座6的散热潜能，以降低LED芯片2温度。

一种基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯，包括玻璃灯罩，LED芯片，支架，孔洞，底脚，底座，驱动电路，灯体和灯头：灯头上为封闭灯体，灯体内部装有驱动电路，外部上表面为底座；底座上安装支架；底座和支架表面贴有LED芯片；支架外侧有玻璃灯罩罩设在灯体上。

所述支架选用高导热率材料，如铝、铜、铁、锌等，折叠成多棱柱结构，其内部中空，沿轴线方向中空直径均匀。支架与底座接触部位开有若干孔洞，以便气体进入支架。支架顶部敞开，以便气体受热后离开支架。

所述底座和灯体选用高导热率材料，如铝、铜、铁、锌等，底座与灯体之间采用高导热率粘胶或者焊接进行连接，保证两者之间良好接触，避免接触热阻。

支架的下部具有若干被向外弯折90度形成的底脚，底脚与底座通过高导热率粘胶或者焊接进行连接，保证良好的热接触。

所述支架和底座上分别安装有多个LED芯片，支架与底座上安装的LED芯片数量比例介于1:3到5:7，取1:2为最优。在底座位于支架直筒内部区域安装2-10个LED芯片，外侧区域安装20-40个LED芯片，以增加灯泡顶部光强，保证灯泡整体光强分布均匀。

所述玻璃灯罩罩设在灯体上，两者之间的缝隙采用玻璃胶粘封。

参照附图1、2、3，即四个底脚八个棱柱样式，一种基于散热结构和芯片布置优化的LED球泡灯，包括玻璃灯罩1，LED芯片2，支架3，孔洞4，底脚5，底座6，驱动电路7，灯体8，灯头9和LED芯片2。灯头9上为封闭灯体8，灯体8内部装有驱动电路7，外部上表面为底座6。底座6上贴有LED芯片10。底座6上架设支架3，其表面贴有LED芯片2。支架3外侧有玻璃灯罩1罩设在灯体上。所述支架3采用高导热率材料制成，如铝、铜、铁、锌薄板，折叠八扇结构，其中上下大小均匀，顶部无缩口，形成八棱柱直筒结构。支架3底部开有孔洞4，以便气体进入支架3内部；支架3顶部敞开，以便气体受热后流出支架3。所述八扇支架3的下部有四个被向外弯折90度，形成四个底脚5，四个底脚5与底座6之间通过高导热率粘胶或者焊接进行连接，保证良好热接触；另外四个孔洞4可以增强支架内外的气体流动。所述支架3上安装有16个LED芯片2，底座6上安装32个LED芯片2。所述底座6上位于支架3内侧区域贴有4个LED芯片2，外侧区域安装28个LED芯片2。所述底座6和灯体8选用高导热率材料制成，例如铝、铜、铁、锌等。底座6与灯体8之间通过高导热率粘胶或者焊接进行连接，以保证两者之间良好接触，减小接触热阻。所述玻璃灯罩1罩设在灯体8上，两者之间的缝隙采用玻璃胶粘封。

为了优化支架3的结构和安装在支架3和底座6上的LED芯片数量，采用计算传热学方法对LED灯泡的散热进行了数值仿真，计算域包括LED芯片2、铝制底座6、铝制灯体8、铝制支架3、玻璃灯罩1、玻璃灯罩1内填充的气体、底座6与灯体8包围空间内部所填充的空气、及包裹整个灯泡的外部球型空间内所填充的空气。此问题的求解涉及热传导、自然对流、热辐射这三种传热方式，固体区域传热采用导热方程求解，流体流动和传热采用带浮升力项的N-S方程和对流传热方程，辐射传热采用离散坐标模型(DO model)。

采用以上数值仿真方法计算并对比了两种支架3的结构和LED芯片的分配方法。第一种支架结构为本实用新型中的棱柱体，顶部完全敞开，气流出口无内折缩口；第二种支架结构为传统支架，支架顶部内折，并在支架顶部的8个扇面上各安装一个LED芯片。安装在支架和底座上的LED芯片总数固定为48个，针对以上两种支架结构，分别优化了支架和底座上LED芯片的数量，使得在相同功率下LED芯片的最高温度和平均温度都降到最低。计算结果见表1中，可以看出：对于本实用新型提出的支架结构，当在支架和底座上分别安装16和32个LED芯片时，最高LED芯片温度的最小值351.94K；对于传统支架结构，同样，当在支架和底座上分别安装16和32个LED芯片时，最高LED芯片温度的最小值为355.1K。在相同功率下，本实用新型提出的支架结构的LED芯片温度比传统支架降低了3摄氏度，这是因为本实用新型支架结构顶部完全敞开，无阻碍流动结构，气流进出支架更顺畅，灯泡内的自然对流更强。

表1本实用新型中支架与传统支架结构的散热效率对比

上述实施例和图示并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本实用新型的范畴。